源頭引水與生態(tài)提升系統(tǒng)結(jié)合的河道水環(huán)境治理設(shè)計研究

馮國娜

（陜西省引漢濟渭工程建設(shè)有限公司,陜西 西安 710100）

0 引言

水是有限的自然資源,是生命之源、文明之本,是城市社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)和命脈[1]。城市水環(huán)境對于城市和國家經(jīng)濟發(fā)展都有著極其重要的作用[2]。近年來,隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的快速推進(jìn),城市水環(huán)境污染問題日益顯現(xiàn),而河道水體黑臭問題尤為顯著,對城市生活環(huán)境和居民身體健康帶來嚴(yán)重威脅。城市水環(huán)境治理過程中面臨的問題因地而異,受到越來越多專家和學(xué)者的重視。國內(nèi)多項水環(huán)境治理案例分析了存在的問題,并提出多種解決措施,但并沒有針對無源頭城市河道提出水環(huán)境治理技術(shù)措施?；诖?本文以西安市長安區(qū)皂河治理工程為例,提出源頭引水與河道生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合的水環(huán)境治理技術(shù)措施,并總結(jié)其先進(jìn)性及創(chuàng)新點,以期為其他城市水環(huán)境治理提供借鑒。

1 工程概況

皂河是渭河的一級支流,發(fā)源于西安市長安區(qū)水寨村,終點從草灘生態(tài)產(chǎn)業(yè)園西側(cè)入渭河,全長35.85 km,匯水面積152.62 km2。皂河屬于城市無源頭河流,其功能在于接納西安城區(qū)南郊、西郊、北郊的城市雨水,以及沿線污水處理廠尾水,排水體制為雨污合流制。由于沿途不斷有工業(yè)廢水和生活污水匯入,水質(zhì)狀況惡劣,河流自凈能力受到了極大的破壞。同時隨著城市的開發(fā)建設(shè),皂河逐漸被綠化帶、城市道路、建（構(gòu)）筑物等所覆蓋,成為一條地下暗河。河道淤積嚴(yán)重,黑臭現(xiàn)象突出。隨著城市的發(fā)展,群眾對于城市生態(tài)環(huán)境提出了更高的要求,對皂河控源截污、引入清水,并將其揭蓋復(fù)明、提升河道生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境面貌也隨之開展,西安市長安區(qū)皂河綜合治理工程內(nèi)容為皂河長安段河道治理及兩岸提升。

2 方案設(shè)計

2.1 源頭引水系統(tǒng)構(gòu)建

皂河原有功能為排泄城區(qū)雨水及污水,屬無源頭河流,長安區(qū)截污工程實施完成后,皂河旱季為干河,為實現(xiàn)河道水清岸綠的效果,尋求水資源供給尤為重要。源頭引水系統(tǒng)采用跨流域調(diào)水方式,通過四庫聯(lián)調(diào)重新對秦嶺北麓水庫棄水資源進(jìn)行分配,通過源頭引水管線將聯(lián)調(diào)水資源輸送至皂河源頭,疊加中水回用,實現(xiàn)聯(lián)合供水。

四庫聯(lián)調(diào)是將秦嶺北麓四座水庫（大峪水庫、東溝水庫、許家溝水庫、小峪水庫）進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度,在滿足水庫下泄生態(tài)流量及原有防洪、灌溉、供水需求前提下,優(yōu)化水庫運行方式及水量分配模式,將調(diào)蓄出的富裕水量作為皂河生態(tài)用水的補給水源。目前大峪水庫、東溝水庫、許家溝水庫已進(jìn)行聯(lián)調(diào),通過新建3.8 km小峪引水管線將小峪水庫與三座水庫連通,實現(xiàn)四座水庫水資源聯(lián)合分配調(diào)度。聯(lián)調(diào)水資源經(jīng)甫江村節(jié)制閘,沿現(xiàn)有西干渠引至東曹村節(jié)制閘,利用航天基地經(jīng)濟開發(fā)區(qū)已建3.7 km管線將水引至航天南路與包茂高速交叉口。

皂河水源補給工程起點是航天南路與包茂高速交叉口,通過一條長約5.28 km的DN600 球墨鑄鐵管,將四庫聯(lián)調(diào)水資源輸送至皂河源頭,實現(xiàn)源頭引水,最大設(shè)計流量0.577 m3/s。從皂河源頭沿河鋪設(shè)補水管道,至治理末端第九污水處理廠,管道沿線預(yù)留給水口,采用雙向運行模式,豐水期將四庫聯(lián)調(diào)水資源經(jīng)管道補給沿河綠化及景觀節(jié)點,枯水期作為中水回用通道,從第九污水處理廠將中水加壓提升至源頭進(jìn)行補水。補水管道全長8 km,直埋段采用DN600 球墨鑄鐵管,頂管段采用DN800 焊接鋼管。

圖1 源頭引水系統(tǒng)構(gòu)建圖

2.2 河道生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

2.2.1 皂河上游郊野段生態(tài)修復(fù)

皂河上游屬于郊野段河流,現(xiàn)狀為梯形斷面,兩岸邊坡及河底為漿砌石襯砌的硬質(zhì)護坡。原有硬質(zhì)護坡阻斷了河道微生物交換,破壞了河道固有的生態(tài)系統(tǒng)。上游郊野段采用拆除原有護岸,以種植花池+蜂巢約束系統(tǒng)復(fù)式駁岸實現(xiàn)河道生態(tài)修復(fù)的方案,使其同時具備結(jié)構(gòu)要求與生態(tài)提升功能。一級護坡為格賓護墊護坡型式,邊坡1∶1.5,選用厚度為17 cm的鍍鋅材質(zhì),格賓護墊以上鋪設(shè)15 cm厚卵石層。格賓護墊以上為50 cm寬種植花池,池內(nèi)以挺水植物搭配為主,池外采用直徑20 cm長度1.2 m的C15預(yù)制仿木樁做護腳,起到抗沖刷及擋土結(jié)構(gòu)的作用。整個種植花池在正常蓄水位以下15 cm,保證水生植物生長的水位需求。正常蓄水位以上二級邊坡采用蜂巢約束系統(tǒng)作為護坡材料,格室高度20 cm,格室尺寸150 mm×150 mm,格室內(nèi)填充種植土并撒播草花組合。植物選擇以生態(tài)修復(fù)主線,以提升水質(zhì)為脈絡(luò),突出河道的生態(tài)效益,營造以“河”為主的生態(tài)綠化景觀。

為了營造良好的水生態(tài),避免枯水期河道整體生態(tài)系統(tǒng)退化,在河道上結(jié)合比降布置多座小型生態(tài)跌水堰,在河道內(nèi)保持一定的常水位,滿足岸坡植物的用水需求。

圖2 種植花池+蜂巢約束系統(tǒng)復(fù)式駁岸設(shè)計方案圖

2.2.2 皂河下游城區(qū)段生態(tài)改造

皂河下游屬于城區(qū)段河流,現(xiàn)狀為漿砌石梯形斷面上加混凝土蓋板,頂部鋪設(shè)草皮進(jìn)行綠化,蓋板讓河道徹底成為城市地下河。下游城區(qū)段生態(tài)改造方案為揭蓋復(fù)明,改造河道護岸,形成生態(tài)擋墻+種植花池+生態(tài)緩坡+城市綠道的駁岸型式,恢復(fù)河道原有生態(tài)面貌,提升城區(qū)環(huán)境。擋墻選用重力式毛石擋墻型式,頂寬0.3 m,迎水側(cè)為直立邊坡,背水側(cè)邊坡1∶0.3,C25混凝土基礎(chǔ),厚度0.5 m。墻頂?shù)陀谡Ｐ钏?.15 m,作為景觀壓頂預(yù)留空間。墻后與水生植物種植花池相接,花池寬2 m,選用挺水植物布置于種植花池內(nèi)。種植花池以上銜接草皮邊坡,坡比1∶3～1∶5,搭配多種野花組合。草皮邊坡以上為城市公園綠道系統(tǒng),兼具堤頂路功能,總寬3 m,騎行道加漫步道,滿足居民運動需求。

城區(qū)段河道生態(tài)綠化不僅需要形成良好的生態(tài)系統(tǒng),同時要與城市面貌相匹配。在種植花池搭配上主要以水生植物為主,在生態(tài)緩坡駁岸中混播具有觀賞性的花種,形成較為完整的生態(tài)系統(tǒng),且與城市綠道形成良好的搭配。

為形成良好的城市水生態(tài),在城區(qū)段最下游布置一座液壓壩,非汛期通過立壩蓄水使城區(qū)段河道形成大水面,汛期塌壩運行保證河道行洪通暢。液壓壩孔口尺寸為10 m×2 m,立壩壅水高度2.0 m,回水長度約1200 m,正常蓄水位庫容約2.85萬m3。

3 工程先進(jìn)性及創(chuàng)新點分析

3.1 先進(jìn)性分析

設(shè)計先進(jìn)性一：尊重河道,也尊重人的行為。

設(shè)計方案在滿足河道防洪排澇基礎(chǔ)上,也同樣強調(diào)人參與的空間設(shè)計,滿足濱河親水功能。皂河駁岸設(shè)計采用種植花池、景觀置石、拋石、直立式生態(tài)駁岸、草坡入水、臺階駁岸等多種駁岸型式,分段交錯分布,輔之以蓄水工程形成景觀水面,實現(xiàn)皂河生態(tài)化改造。

設(shè)計先進(jìn)性二：多源供水,保障皂河水資源。

四庫聯(lián)調(diào)、源頭引水、中水回用聯(lián)合供水,多途徑保障皂河全年水資源。通過秦嶺北麓四座水庫聯(lián)合調(diào)度,優(yōu)化水庫興利庫容,攔蓄秦嶺北麓雨洪資源向皂河源頭供水。沿河鋪設(shè)皂河補水管線,采用雙向運行模式,豐水期經(jīng)管道補給沿河綠化及景觀節(jié)點,枯水期作為中水回用通道,由下游至上游逆向補源頭。

3.2 創(chuàng)新點分析

創(chuàng)新點一： “無源之河”的河道治理與自然水體景觀耦合設(shè)計。

目前,國內(nèi)外對“無源之河”的治理案例基本都是單一地圍繞水質(zhì)或水源問題。長安區(qū)皂河綜合治理首次將水源、水質(zhì)、水景觀統(tǒng)籌考慮設(shè)計,解決引水、考慮截污、創(chuàng)造城市濱水空間。經(jīng)多專業(yè)協(xié)同合作提出的系統(tǒng)解決方案,通過設(shè)計統(tǒng)籌規(guī)劃,將雨洪資源及中水再利用、生態(tài)防洪技術(shù)、水生態(tài)修復(fù)技術(shù)等相融合,重建河流廊道生態(tài)系統(tǒng),構(gòu)建多層次服務(wù)城市市民的藍(lán)綠基礎(chǔ)設(shè)施。

創(chuàng)新點二：水生植物銜接生態(tài)駁岸,完善水陸生態(tài)系統(tǒng)媒介。

在滿足駁岸穩(wěn)定性的同時,通過創(chuàng)新的工程措施,為種植水生植物創(chuàng)造條件。水陸過渡帶為各種水生生物提供生存和繁衍的空間,同時具有提高穩(wěn)定河岸、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)微氣候和美化環(huán)境的功能。

4 工程效益

4.1 經(jīng)濟效益

本工程為公益性水利項目,經(jīng)濟效益主要表現(xiàn)在以下三個方面：1）四庫聯(lián)調(diào)引水工程及中水回用工程帶動水資源增加供水效益。2）長安區(qū)人居環(huán)境改善及對外形象提升帶動的區(qū)域經(jīng)濟增長。3）商業(yè)和生態(tài)園區(qū)結(jié)合,增加造血功能,減輕財政負(fù)擔(dān)。

4.2 社會效益

1）提高群眾滿意度

治理后的皂河融合水生態(tài)景觀、群眾健身等元素,已建設(shè)為一座城市生態(tài)公園,曾經(jīng)的臭水溝,變成了如今水清岸綠、美不勝收的新公園,成為市民休閑小憩好去處。公園的建成彌補城市功能短板,提升區(qū)域生活環(huán)境,增強人民幸福感,提高群眾滿意度。

2）提升政府公信力

長安區(qū)皂河綜合治理實現(xiàn)了河道生態(tài)化改造及周邊人居環(huán)境的改善,是對人民群眾日益增長的美好生活需求的具體滿足。原本一條排雨水污水的河道,成為集生態(tài)治理、休閑觀光于一體的水生態(tài)活力示范區(qū)。更重要的是,項目的實施讓群眾看到和相信政府,有決心和能力做好環(huán)境治理工作。

5 結(jié)語

本次皂河綜合治理,通過源頭引水、河道生態(tài)提升、蓄水工程等工程措施的實施,改善了水環(huán)境,致力于恢復(fù)河道自然生態(tài)環(huán)境,注重城市生態(tài)綠帶連接。同時極大提升人居環(huán)境、改善投資環(huán)境,帶動城市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。