新城区河道综合治理措施探讨——以澄迈美伦河为例

吴春

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

新城区河道综合治理措施探讨
——以澄迈美伦河为例

吴春

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

新城区河道综合治理需从防洪排涝安全、水生态修复、水质保障、水资源利用及水景观等多方面综合考虑。以海南岛澄迈美伦河治理为例，分析识别城市化新城区河道存在的问题及建设需要，综合运用河道拓浚、河滩生态保护、沿河截污等对策，同时注重与河岸绿化带景观设计协调融合，因地制宜地采用生态驳岸、水岸湿地、氮磷生态拦截、初期雨水调蓄处理等措施，满足防洪及水生态要求，恢复河流自净能力，构建美伦河生态廊道，打造“水量可调、水质可控、水清岸绿”的水岸公园，充分发挥河道的防洪、生态、供水及景观系统功能。

河道综合治理；生态修复；新城区；生态堤岸；人工湿地

0 引言

新城区内新建河道的河床渠化、河岸护坡硬化，削弱了水系的生态系统净化功能。初期雨水集聚污染，导致河道沉积大量有机物、氮、磷、重金属等污染物，难以拆迁改造的村镇居民将生活污水及生活垃圾直接排入河道。在外源污染和内源污染交相影响下，新城区河道水污染征兆日渐突出。水污染的加重以及生态和景观功能的弱化，水系逐渐失去作为城市生态廊道的基本条件。为恢复水系的综合功能，新城区河道需进行系统综合治理。除保障防洪排涝功能外，尚需修复水系的水生生物栖息、地下水补给等自然生态功能[1]。

本文针对新城区河道现状及目前生态治理存在的问题，对城市化地区系统的河道综合治理技术进行总结和分析，构建生态河道综合治理体系，为新城区高标准河道综合治理提供切实可行的治理对策。

1 工程概况

1.1 项目区概况

澄迈县位于海南岛的西北部，毗邻省会海口市，地势南高北低，南部为丘陵山地，中部为河积平原，北部为台地和海积平原，全县陆地面积2 076km2，海域面积1 100km2，户籍总人口约58万人。海南生态软件园位于澄迈县老城经济开发区美伦河畔，是海南“一岛一区两园”项目之一[2]，目前已有众多I T企业入驻。海南生态智慧新城是海南生态软件园的2.0版，位于生态软件园东南侧，是海南省重点园区建设项目。新城占地面积14.5km2，分两期开发建设，其中起步区占地面积为7.1km2，规划人口5万人。美伦河位于海南生态智慧新城西侧，流域面积38.4km2，河道纵坡较大，新城区内河段河底高程从39 m下降至21 m。新城规划将美伦河打造为安全、生态、高标准的河道，充分发挥水系的综合性功能和效益，满足城市防洪排涝、生态景观及供水多方需求。

1.2 存在问题及需求

（1）水安全：汛期山区洪水峰高量大，防治困难。山洪挟带泥沙造成河道淤积，河床抬高，河道较浅。现状防洪排涝标准低，沿线低洼地区内涝问题突出。局部河道纵坡大，河岸冲刷水毁严重。需优化河道纵断面，拓宽疏浚河道横断面，建设生态护岸满足50 a一遇行洪安全要求。

（2）水生态环境：河道上游来水水质差，面源污染严重，总磷总氮浓度较高，非汛期富营养化严重，河床布满水葫芦。河道沿线村镇为合流制排水系统，现状无截污设施，外源污染是河道黑臭的重要成因。沿河村镇生活污水及生活垃圾直排入河，导致水环境严重恶化。水体自净能力差，受环境容量所限，进入河道的有机物难以及时有效分解，生态系统脆弱，水生动植物生存条件差。亟待进行污染源控制，对河道生态系统进行修复，改善水环境，逐步提升河道水质。

（3）水资源：项目区降雨量时空分布不均，枯水季节降雨量少，水资源短缺，地下水位及河道水位均较低，易出现断流，难以保障湖泊常水位、绿化浇灌用水及生态基流量，给河道生态环境造成严重影响。需通过蓄水措施，合理配置水资源，满足水生态、水景观及绿化浇灌用水要求。

2 河道综合治理目标及技术路线

2.1 河道综合治理目标

通过河道拓宽疏浚及堤防护岸建设，全面提高河道防洪标准达到50 a一遇设防要求。综合运用沿河截污，采用氮磷生态拦截、植物缓冲带、初期雨水调蓄、水岸湿地等措施削减外缘污染负荷，恢复河道水生态系统，提高河道自净能力，改善水环境，运行期内主要水质指标达到I V类水标准。根据生态景观需要，建设蓄水溢流堰，通过水资源合理配置满足景观蓄水、绿地浇灌及生态基流要求。充分利用两岸绿化空间融合河道景观设计，建设透水性好的植草沟、防汛通道、生态柔性堤岸，水体经过滤汇入河滩湿地，打造“水量可调、水质可控、水清岸绿”的生态水岸公园。

2.2 河道综合治理技术路线

分析识别现状水系存在的问题及成因，通过洪水量、水资源量、水环境容量及工程效益四大平衡要素计算确定各治理措施规模。根据现状河流特点采用多样化的生态堤岸因势利导控制河道流势，减少人工改造痕迹，保障两岸新城区道路及地块防洪排涝安全。采取分级蓄水措施解决水资源量时空分布不均衡问题，满足雨季蓄水、枯季供水，增加地下水回补量，涵养地下水源，实现水资源多层次利用，满足景观湖泊蓄水及维持河道生态基流的需要。通过沿河截污纳管、氮磷拦截及雨水调蓄池等措施控制外源污染，有效控制削减入河污染物，改善水环境，有利于水生态修复。尽量保留利用现有河滩湿地，通过跌水曝气、水生动植物系统培育，恢复河道水生态，实现良性循环，确保生态系统长期处于稳定持续的平衡状态。图1为河道综合治理技术路线图。

3 河道综合治理总体方案

图1 河道综合治理技术路线图

河道综合治理总体方案为拓宽河道断面、截污纳管控制外源污染、修复水生动植物系统恢复河道自净能力。综合运用生态堤岸治理、沿河截污、生态拦截氮磷、蓄水堰及初雨调蓄池等措施，尝试采用新技术、新工艺满足美伦河的防洪、生态及景观功能。河道治理长度4.8km，新建生态堤岸9.3km。由于河道将清淤厚度较薄，普遍小于0.8m，为避免二次污染，不对淤泥进行清理，主要通过水生动植物培育降解河底淤泥污染物浓度。河道上游镇区段沿西侧河岸新建截污管1.3km，拦截镇区生活污水汇入下游道路污水干管内。河道上游来水氮磷含量高，为削减污染物浓度，避免下游湖泊水体富营养化，在上游河段用地范围内新建复合人工湿地对氮磷进行生态拦截，新建湿地面积0.6 hm2，上游河水通过新建蓄水堰抬升水位自流排入人工湿地净化。为满足蓄水、防洪跌水及生态曝气需要，在河道上新建蓄水坝4座，形成4级河道式生物塘。通过堰的控制，在蓝梦一路南北两侧形成宽阔的蓝梦湖，在上游镇区东南侧形成2级生物塘，实现蓄水、净化水质、回补地下水及供水等功能，在北侧形成第四级生物塘给绿化浇灌提供稳定水源。为控制城市化地区初期雨水污染，对汇入美伦河的三座雨水排水系统进行末端处理，新建三座初雨调蓄池，配套提升泵站及河岸人工湿地。图2为总体治理方案布置图。

4 规模论证计算

4.1 河道洪水位计算

图2 总体治理方案布置图

河道洪水位由设计洪峰流量、河道纵坡、河道横断面及相应糙率确定，通过不断优化河道纵断面和横断面来控制设计洪水位，确保河道沿线市政道路雨水能自流汇入河道（见图3）。洪峰流量根据河道工程范围，即上游起点控制断面洪水过程，河道沿线地块排水系统设计雨水过程，进行组合计算得到。美伦河起点控制断面流域特征参数（见表1）由1∶1万流域地形图绘制得到；设计洪峰流量采用推理公式法计算；河道沿线地块汇入河道的设计雨水量，根据排水系统设计标准及管网设计资料，采用暴雨强度公式计算得到。由于河道洪水位的高低对排水系统的排水能力影响较大，为复核排水系统实际过流量过程，需通过建立S W MM模型进行验证[3]。洪水位计算采用明渠恒定非均匀流由下游往上游逐断面推算。表2为设计洪水及水位成果。

图3 流域示意图

表1 流域特征参数

表2 设计洪水及水位成果

4.2 水资源配置

为满足美伦河中部蓝梦湖稳定的景观常水位及绿化浇灌用水需求，需在美伦河上游新建蓄水工程。通过分析计算美伦河流域水资源量、水域蒸发量、渗漏量、公园绿化浇灌需水量及生态基流量，根据逐月水量平衡确定蓄水工程的规模。

4.2.1 径流量计算

美伦河为山区性小流域无实测水文站，径流量计算将采用径流系数法，平均径流系数采用海南省水资源公报公布的近十年数据平均值，经计算为0.57，各月丰平枯降雨量由收集到的近30年逐月降雨量资料经频率计算得到。

4.2.2 耗水量计算

美伦河水系耗水量主要有水域蒸发量、渗漏量、生态基流量及公园灌溉需水量。美伦河两侧公园绿化面积16.8 hm2，绿化浇灌用水定额取20 m3/hm2·d，绿化浇灌需水量336 m3/d。水域蒸发量根据近二十年蒸发资料经频率计算得到。河道渗漏量根据地质情况采用一维非恒定流渗漏模型进行计算。河道生态基流量采用蒙大拿法计算，即采用近三十年枯水季节平均径流量的10%作为河道生态基流量。

4.2.3 水量平衡分析

通过水量逐月平衡计算可知一年内主要缺水月份及相应的缺水量。由计算成果可见，美伦河水系在频率为75%的枯水年将出现缺水，枯季1～3月份的总缺水量达4.36万m3，根据缺水量来确定河道上游需修建的蓄水塘规模。表3为枯水季节各月水量平衡一览表。

4.3 河道污染物平衡计算

河道主要污染源为上游农业面源污染及沿线村镇生活污水。河道上游面源污染主要通过氮磷生态拦截削减氮磷浓度；沿线村镇生活污水主要通过沿河新建截污管，满足镇区各合流制排放口晴天无水量排入河道的要求。经调查，河道上游农业面源污染严重，来水总磷和氨氮浓度分别为0.47m g/L和2.88 m g/L，枯水季节平均来水量9 046万m3/d。生活污水直接排入河道的村镇人口约8 200人，生活污水量采用用水定额法估算，约1 130 m3/d，氨氮浓度20.2 m g/L，截污率按照85%控制。根据上述边界条件采用河湖纳污能力计算模型可得到枯水季节河道的稳定氨氮浓度为1.81 m g/L，不能满足目标水质要求。计算公式如下[4]：

根据规划要求，河道目标水质为I V类水，即氨氮目标浓度为1.5 m g/L。为确保下游河道（蓝梦湖区）水质达到I V类水标准，经计算，需将河道上游来水的氨氮浓度需控制不超过1.96 m g/L。河道上游氮磷生态拦截措施的规模依据该控制指标计算确定。

5 河道综合治理措施

5.1 河道堤岸建设

河道堤岸布置需综合考虑现有河岸线、地形地势、区域防洪排涝规划、两岸地块规划竖向标高及用地规划情况，合理利用现有自然岸线，堤岸线顺应河势流向避免折线或急弯，保留多处现状生态植被良好的河滩地，避免大规模开挖。堤岸结构型式主要采用具有一定透水性的土堤外加能满足冲刷要求的生态护面材料，断面结构充分利用砾石、块石及火山岩等当地材料，有利于堤防的透气透水性，满足河岸水体与地下水的交换[5]。针对不同河段位置及两岸用地宽度采用多样化河道断面型式。对于绿化带及现状滩地较宽的河段采用缓坡梯形断面，保留现有植被良好的河滩，加高加固岸边土堤；对于绿化带及现状河口较窄的河段采用复式断面，下部采用透水性好的生态石笼挡墙，上部采用耐冲刷的柔性生态袋堆砌防护；对于弯曲凹岸段，承受的冲击力大，容易被侵蚀，则采用大块石护脚护坡。

5.2 截污工程

截污是实现河道水质可持续改善的根本条件，河道沿线村镇合流制排水沟渠众多，沿河截污管与河道堤岸建设同步实施，截污管道置于护岸内部不影响行洪安全，各排放口末端新建截流井，截流倍比数取为3.0，截污管道直径600 mm，污水经拦截后纳入次一路经市政污水管网汇集至污水处理厂处理。

5.3 蓄水跌水工程

蓄水坝能缓减河道流速，增加河道蓄水量及下渗回归地下水，延长水体滞留时间，使水流携带的颗粒物质得以沉淀，通过水体中动植物系统对氮磷的吸收及微生物的降解，有利于水质净化。

河道上新建4座蓄水跌水坝，形成4座梯级生物塘。蓄水坝的高度根据蓄水深度、坝宽度及调蓄的洪水位确定，高度在1.5～2.5 m之间。坝体位于河床上1 m高度处设泄水孔，直径0.8 m，满足清淤放空及向下游供水的要求。水塘内浅水区域种植水生植物，深水区域圈养土生水葫芦，并投放本地鱼种，发挥生态食物链的水质净化功能。第一级河道生物塘位于河道最上游，长度230 m，宽度15～22 m，蓄水坝高2 m，常水位41.0 m。该生物塘拦截上游大量漂浮物和泥沙，便于定期集中清淤。在水塘的南侧设置人工湿地取水口，经过水塘沉淀净化后的表面水流引入人工湿地，拦截水体中的氮磷污染物。河水经人工湿地处理后排入第二级河道生物塘，长度750 m，宽度40～88 m，蓄水坝高度2 m，常水位38.5 m，蓄水量4.1万m3。在枯水季节下游缺水时可放空该水塘向蓝梦湖补水，水位超过38.5m后水流从堰顶漫过跌水下游1.15km长的陡坡河道，陡坡落差12 m，通过河道中的各种石块挡水跌水实现自然复氧。第三级河道生物塘为湖泊，是该新城区的核心景观公园，对水质要求高，湖泊长度689 m，宽度22～166 m，蓄水深度1.5～3 m，常水位26.5 m，有利于鱼类生存，蓄水堰高度3 m，宽度50 m。该堰设计成阶梯式滚水曝气系统，堰下游侧斜面上采用石块堆砌成梯级状跌水台阶，增加水体溶解氧含量，有利于水体在下一级生物塘内氧化水中有机物。第四级河道生物塘蓄水位23 m，蓄水长度1 985 m，蓄水坝高度2 m，水面宽度22～59 m，将从该水塘内提取绿化浇灌用水。

5.4 氮磷生态拦截措施

氮磷生态拦截措施主要采用垂直流-水平潜流串联的复合人工湿地。人工湿地是复合型生态系统，综合了物理、化学和生物三种作用。污水流经湿地时，可溶性的有机物通过生物膜吸附、吸收、生物分解等作用被除去，湿地具有天然高效的水体自净能力[6]。工艺流程为：一级河道生物塘→引水渠→栏污格栅→复合人工湿地→二级生物塘（见图4）。根据河道上游来水水质及4.3节的控制出水质确定人工湿地面积6 000 m2、水力停留时间5.8 h及水力负荷1.5 m3/m2·d。人工湿地分为W1、W2两个处理单元，每个单元面积3 000 m2，每个单元由垂直流和水平潜流湿地种植池串联而成，每个种植池面积约1 500 m2，平面尺寸根据景观平面设计确定，长宽比约2∶1。

图4 复合人工湿地工艺流程示意图

5.5 暴雨径流末端处理

河道东侧有蓝梦一路、活力二路及次一路3条市政道路的雨水汇入河道，3片雨水排水系统服务范围分别为39.6 hm2、36.5 hm2和47.3 hm2。为减轻初期雨水对蓝梦湖景观水体的污染，在雨水排放口末端建设3座初雨调蓄池。调蓄池规模根据《室外排水规范》（G B 50014—2006）（2016年版）中4.14.4A公式V=10 DFψβ计算。规范规定用于分流制排水系统，径流污染控制调蓄池的有效容积按降雨量计算可取4～8 mm[7]，本工程取6 mm。经计算，3座调蓄池的有效容积分别为1 307 m3、1 205 m3及1 561 m3。调蓄池布置于绿化带内为半地下式，需控制蓄水池内的最高水位不超过设计洪水位，占地面积为20 m×35 m。蓄水深度1.7～2.3 m。为处理调蓄池内的初雨在河道边上设置3片小型河岸湿地，调蓄池内的初雨通过水泵提升排入河岸湿地，过滤净化后就近排入河道。调蓄池内的污泥经自动冲洗设备冲洗后，通过水泵提升排入污水管网。

6 结语

河道综合治理已发展为需要融合水利、排水、生态及景观等多个涉水专业为一体的系统性工程，其设计思路与传统的河道整治技术路线有较大区别。本文分析新城区河道存在的问题及建设需求，提出适用于新城区河道综合治理的技术路线，系统地处理好防洪排涝、河道蓝线布置、生态堤岸选择、初期雨水拦截、截污与堤防关系及水污染防治等关键问题，使河道综合治理措施更科学、合理，适用于城市化地区的开发建设。

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[2]相春雷.国际智能旅游岛[J].软件和信息服务，2010（4）：48-49.

[3]张彬，戴贤波，徐向阳，等.SWMM模型在感潮河网城市排水防涝计算中的应用[J].水电能源科学，2014，32（10）：56-59.

[4]SL 348-2006，水域纳污能力计算规范[S].

[5]黄凯文，方建飞.山区河道堤防设计探索——以松阳县河道治理工程为例[J].浙江水利科技，2012（4）:38-39.

[6]王忠敏，梅凯.氮磷生态拦截技术在治理太湖流域农业面源污染中的应用[J].江苏农业科学,2012,40（8）:336-339.

[7]GB 50014-2006，室外排水设计规范（2014年版）[S].

T V85

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1009-7716（2017）06-0155-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.045

2017-03-01

吴春（1985-），男，浙江丽水人，硕士，工程师，从事水利工程规划设计工作。