雨源型河道多河多點生態補水案例研究

劉星宇，楊 欣

（1.中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海 200120；2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

本文結合深圳市前海鐵石片區水環境綜合整治項目，就雨源型城市的多河道多點生態補水系統的設計過程、難點進行介紹，為同類型的工程提供一定思路。

1 項目概況

本工程位于深圳市寶安區前海灣片區，近年來城區人口劇增，水資源日漸匱乏。上游鐵崗水庫為飲水水源，平時不放水，因此特別在旱季，區內河道基本無來水，造成河道生態破壞，河道內水體腐臭，還有河床裸露等現象。

前海片區水系眾多，區域內有十余條河道，河道環境水質對整個區域的環境影響很大。

根據補水管區域位置及資金拆分方式等因素綜合考慮，本次補水工程建設分為五大片區。其中河東河西片區為現狀補水管線調整，設計補水量20 萬t/天，水源選自固戍污水處理廠深度處理尾水，其管道規模不變，故不過多介紹；官田片區新建補水管單獨自九龍坑水庫涵管接出，不作為此次介紹內容。九圍、固戍、福中福片區為新建補水管線系統，設計補水量12 萬t/天，水源選自固戍污水處理廠深度處理尾水，作為本文重點介紹內容。

圖1 片區分布

本工程補水河道13 條，其中包括九圍片區5條河：機場外排渠、三支渠、機場南排渠、鐘屋排洪渠、新涌；固戍片區3 條河：南昌涌，鐵崗水庫排洪河，固戍涌；福中福片區1 條河：共樂涌；河東河西片區4 條河：西鄉河，咸水涌，新圳河，雙界河。

2 補水系統設計

2.1 設計原則

1）補水工程應按遠期規劃、近遠期結合、以近期為主的原則進行設計。

2）補水管線走向取決于城市路網分布、地形、水源及補水點位置等因素，并充分考慮補水的安全性及經濟性。

3）補水管管徑選擇根據補水量分析，管徑以近期為主、復核遠期設計。技術上考慮所選管徑符合補水量及壓力的要求，經濟上考慮工程造價以及后期運行管理成本（如電費等）。盡量保證補水管道運行時近期不淤，流速不低于0.6 m/s（對污水廠再生水等含泥量低的可適當降低），遠期流速安全經濟合理，流速不大于2 m/s。

2.2 補水水源

該區域河道屬雨源型河道，地表、地下徑流依靠降雨，雨季降雨集中，旱季雨量極少。為滿足旱季補水的要求，結合寶安區已實施的補水項目，以及對固戍污水廠可用水量的研究，本工程補水水源選擇固戍污水廠深度處理后的再生水。固戍污水處理廠目前正在進行二期改造建設，固戍污水廠可用水量見表1。

表1 污水廠可用水量

2.3 補水點位置

1）補水點位置設于河道上游端，保證各河道明渠段有一定的水流；

2）補水點位置應保證補水后形成恒定流態，使河道設計段水深滿足布置生態措施及景觀等特定要求；

3）補水點位置的確定需考慮管網敷設的可能性。

圖2 補水點位置分布

2.4 補水量

1）計算原則

本工程根據河長、河寬、坡降、水位、景觀需求等條件設計補水。

非消耗型需水量占比大，以生態功能及景觀環境需水量為主；消耗型需水量占比小，跟降雨量、蒸發量、下滲量等有關，根據相關氣象資料，區域內多年平均降雨量為1 606 mm，蒸發量為 1 521.7 mm，結合深圳市海綿城市建設的現狀考慮，可適當忽略。故本次設計要求在達到景觀環境補水量的前提下兼顧生態水量。

當完全使用再生水時，景觀河道類水體的水力停留時間宜在5 天以內[1]。根據區內已進行補水的西鄉河、新圳河等河道補水水量推算出河道換水周期為2 天左右，補水后水質及景觀改善較明顯。

綜上考慮，本工程補水設計以河道換水周期2 天計算補水量。

2）補水量計算

表2 補水量計算結果

2.5 管線設計

1）現狀補水管線敷設情況

本工程片區現狀補水管線水源來自固戍污水處理廠的再生水。管線沿城市道路敷設至西鄉河、咸水涌、新圳河及雙界河補水點，具體敷設情況如圖3 所示。

圖3 現狀補水管道

2）新建補水管線敷設

除個別新增補水點自現狀補水干管接出以外，根據片區新增補水點位置、流量及壓力要求，本工程新建一路補水干管及各路配水支管，干管自固戍污水處理廠再生水經泵房加壓供至各補水點。由于管線較長，根據設計前期資料及現場踏勘情況，設計兩種線路方案進行比選。

線路方案一：干管線路“銅鼓路-寶源路-碧灣路-寶安大道”。敷設情況如圖4。

線路方案二：干管線路“銅鼓路-寶源路-機場南路-航站四路”。敷設情況如圖5。

圖4 新建補水管道線路方案一

圖5 新建補水管道線路方案二

線路方案一管線最短、水損小；管線穿越河道等障礙物較少。但寶安大道交通繁忙，沿線有地鐵1 號線，需與地鐵等相關部門溝通同意后方可實施，寶安大道現狀管線多，施工難度大。

線路方案二沿線道路車輛較少，施工對交通影響相對較小。但管線穿越河道較多；穿越現狀燃油管道。

管線過長除了施工影響大，也對泵房壓力有更大需求，后期運行費用不菲，考慮技術與經濟性，本次補水管線敷設采用線路一方案。

3）管線水力計算

設計補水量32 萬t/天，遠期考慮進一步加大補水量。故為保證補水管道運行時近期不淤，遠期安全經濟合理，計算干管管徑如表4。

表4 管徑計算

支管管徑計算方法與干管一致。

管網以最不利點為控制點，所需壓力如下：

式中：H 為泵房壓力（m）；H1為泵房吸水池最低水位與最不利點出水口管中心高差（m）；H2為管道沿程損失（m）；H3為管道局部損失（m），宜采用當量長度法計算，也可以沿程損失的30 %計；H4為服務水頭（m），考慮景觀效果等，取5～ 10 mH2O。

4）管材比選

根據所得資料，區內現狀補水管經過計算對比，同時考慮施工進度及現場實際，本次工程選擇焊接鋼管。

3 難 點

3.1 定線難

本工程多個補水點位于商業繁華區域。若補水干管穿越中心交通繁忙地帶，則管道整體里程短，但與各管理部門協調溝通工作量大且施工阻礙大；若補水干管避開中心地帶，則施工難度減小，但管道整體里程長，建設費用及后期運行費用均高。

3.2 空間難

城市路網下遍布各類市政管線及基礎設施，現有綠化帶及非機動車道下橫斷面空間飽和，建設補水管多需占用機動車道下空間。補水管管徑較大，沿路找出可利用空間實屬不易。

3.3 施工難

1）補水管大部分位于主次干道以下或附近，施工對交通影響較大，交通疏解壓力大，部分區域只能利用晚間施工。

2）市政道路范圍各市政管網眾多，補水管與之交叉多，轉彎避讓繁多，現有管線保護工作量大。

3）部分管線需穿越河道及交通不能中斷的道路，考慮施工周期短，管道的施工方式盡量避開采用施工周期長的施工方式。故大部分管段采用開挖支護方式，部分管線采用拖拉管。

3.4 各補水點補水量控制平衡難

補水點多且分散，各補水點處壓力差異大，需采用有效的調流調壓設施，避免出現距污水廠近的補水點補水過量，而最不利補水點水量不足的情況，同時控制多個補水點的水量、水壓，使每個補水點實際運行時補水量盡可能與設計相符合。

4 結 語

作為生態文明建設的一項重大舉措，水環境整治顯得日益重要。治水除了要清理污染、截住污染，還要使水活起來，否則妄談“生態”二字。尤其對于雨源型河道來說，若要構建一個完整的水生態系統，補水是必不可少的一道環節，它對于水生動物、植物的棲息，整體環境的改善作用甚大。本文介紹了城市內河道補水的系統設計和困難點，希望給同類型工程一些參照及思考。