源頭引水與生態提升系統結合的河道水環境治理設計研究

馮國娜

（陜西省引漢濟渭工程建設有限公司,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,是城市社會經濟發展的基礎和命脈[1]。城市水環境對于城市和國家經濟發展都有著極其重要的作用[2]。近年來,隨著城市現代化建設的快速推進,城市水環境污染問題日益顯現,而河道水體黑臭問題尤為顯著,對城市生活環境和居民身體健康帶來嚴重威脅。城市水環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者的重視。國內多項水環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境治理技術措施。基于此,本文以西安市長安區皂河治理工程為例,提出源頭引水與河道生態系統結合的水環境治理技術措施,并總結其先進性及創新點,以期為其他城市水環境治理提供借鑒。

1 工程概況

皂河是渭河的一級支流,發源于西安市長安區水寨村,終點從草灘生態產業園西側入渭河,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廢水和生活污水匯入,水質狀況惡劣,河流自凈能力受到了極大的破壞。同時隨著城市的開發建設,皂河逐漸被綠化帶、城市道路、建（構）筑物等所覆蓋,成為一條地下暗河。河道淤積嚴重,黑臭現象突出。隨著城市的發展,群眾對于城市生態環境提出了更高的要求,對皂河控源截污、引入清水,并將其揭蓋復明、提升河道生態系統和環境面貌也隨之開展,西安市長安區皂河綜合治理工程內容為皂河長安段河道治理及兩岸提升。

2 方案設計

2.1 源頭引水系統構建

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

四庫聯調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）進行聯合調度,在滿足水庫下泄生態流量及原有防洪、灌溉、供水需求前提下,優化水庫運行方式及水量分配模式,將調蓄出的富裕水量作為皂河生態用水的補給水源。目前大峪水庫、東溝水庫、許家溝水庫已進行聯調,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,實現四座水庫水資源聯合分配調度。聯調水資源經甫江村節制閘,沿現有西干渠引至東曹村節制閘,利用航天基地經濟開發區已建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,將四庫聯調水資源輸送至皂河源頭,實現源頭引水,最大設計流量0.577 m3/s。從皂河源頭沿河鋪設補水管道,至治理末端第九污水處理廠,管道沿線預留給水口,采用雙向運行模式,豐水期將四庫聯調水資源經管道補給沿河綠化及景觀節點,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 源頭引水系統構建圖

2.2 河道生態系統構建

2.2.1 皂河上游郊野段生態修復

皂河上游屬于郊野段河流,現狀為梯形斷面,兩岸邊坡及河底為漿砌石襯砌的硬質護坡。原有硬質護坡阻斷了河道微生物交換,破壞了河道固有的生態系統。上游郊野段采用拆除原有護岸,以種植花池+蜂巢約束系統復式駁岸實現河道生態修復的方案,使其同時具備結構要求與生態提升功能。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,格賓護墊以上鋪設15 cm厚卵石層。格賓護墊以上為50 cm寬種植花池,池內以挺水植物搭配為主,池外采用直徑20 cm長度1.2 m的C15預制仿木樁做護腳,起到抗沖刷及擋土結構的作用。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作為護坡材料,格室高度20 cm,格室尺寸150 mm×150 mm,格室內填充種植土并撒播草花組合。植物選擇以生態修復主線,以提升水質為脈絡,突出河道的生態效益,營造以“河”為主的生態綠化景觀。

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

圖2 種植花池+蜂巢約束系統復式駁岸設計方案圖

2.2.2 皂河下游城區段生態改造

皂河下游屬于城區段河流,現狀為漿砌石梯形斷面上加混凝土蓋板,頂部鋪設草皮進行綠化,蓋板讓河道徹底成為城市地下河。下游城區段生態改造方案為揭蓋復明,改造河道護岸,形成生態擋墻+種植花池+生態緩坡+城市綠道的駁岸型式,恢復河道原有生態面貌,提升城區環境。擋墻選用重力式毛石擋墻型式,頂寬0.3 m,迎水側為直立邊坡,背水側邊坡1∶0.3,C25混凝土基礎,厚度0.5 m。墻頂低于正常蓄水位0.15 m,作為景觀壓頂預留空間。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。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,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。

城區段河道生態綠化不僅需要形成良好的生態系統,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,在生態緩坡駁岸中混播具有觀賞性的花種,形成較為完整的生態系統,且與城市綠道形成良好的搭配。

為形成良好的城市水生態,在城區段最下游布置一座液壓壩,非汛期通過立壩蓄水使城區段河道形成大水面,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 工程先進性及創新點分析

3.1 先進性分析

設計先進性一：尊重河道,也尊重人的行為。

設計方案在滿足河道防洪排澇基礎上,也同樣強調人參與的空間設計,滿足濱河親水功能。皂河駁岸設計采用種植花池、景觀置石、拋石、直立式生態駁岸、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,實現皂河生態化改造。

設計先進性二：多源供水,保障皂河水資源。

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

3.2 創新點分析

創新點一： “無源之河”的河道治理與自然水體景觀耦合設計。

目前,國內外對“無源之河”的治理案例基本都是單一地圍繞水質或水源問題。長安區皂河綜合治理首次將水源、水質、水景觀統籌考慮設計,解決引水、考慮截污、創造城市濱水空間。經多專業協同合作提出的系統解決方案,通過設計統籌規劃,將雨洪資源及中水再利用、生態防洪技術、水生態修復技術等相融合,重建河流廊道生態系統,構建多層次服務城市市民的藍綠基礎設施。

創新點二：水生植物銜接生態駁岸,完善水陸生態系統媒介。

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

4 工程效益

4.1 經濟效益

本工程為公益性水利項目,經濟效益主要表現在以下三個方面：1）四庫聯調引水工程及中水回用工程帶動水資源增加供水效益。2）長安區人居環境改善及對外形象提升帶動的區域經濟增長。3）商業和生態園區結合,增加造血功能,減輕財政負擔。

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景觀、群眾健身等元素,已建設為一座城市生態公園,曾經的臭水溝,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,提升區域生活環境,增強人民幸福感,提高群眾滿意度。

2）提升政府公信力

長安區皂河綜合治理實現了河道生態化改造及周邊人居環境的改善,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,成為集生態治理、休閑觀光于一體的水生態活力示范區。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境治理工作。

5 結語

本次皂河綜合治理,通過源頭引水、河道生態提升、蓄水工程等工程措施的實施,改善了水環境,致力于恢復河道自然生態環境,注重城市生態綠帶連接。同時極大提升人居環境、改善投資環境,帶動城市區域經濟發展。