金龟河小流域综合整治策略研究

2020-12-07龚玉锋张茂林樊仕宝

水资源开发与管理 2020年11期

龚玉锋张茂林樊仕宝

(深圳市广汇源环境水务有限公司，广东深圳 518001)

在高质量推进治水工作的大背景下，深圳市境内的主要河流相继开展了水环境综合整治工程。深圳市水务发展“十三五”规划中，将金龟河列入了生态清洁型小流域治理任务，要求从流域系统考虑，开展综合整治。2018年底，深圳市广汇源环境水务有限公司承担了金龟河综合整治的可行性研究工作，后续作为EPC总承包完成了初步设计及施工图。目前，此项工作正在有序推进中，现就前期规划设计阶段进行的思考与体会予以分享，以期抛砖引玉供技术探讨更好地提升治河效果[1]，构建健康安全的生态环境。

1 工程概况

金龟河发源于深圳坪山区田心山南部，属典型两山夹一沟的山区雨源性河道。金龟河流域面积约6.85km2，总河长5.4km，其生态本底好，孕育了种类丰富的动植物，曾吸引众多本地及外地民众前来休闲纳趣。

金龟河河道狭长，地势起伏，部分河道防洪标准低，见图1。每逢暴雨洪水，冲刷的泥沙进入淤积河道，进一步加剧了洪涝灾害，破坏了生态环境。此外，沿岸生活有千余户居民，部分民宿和农家乐甚至架设河上，不足的河道断面、不当的河道设施、不和谐的人类活动，都给河道的行洪安全带来直接的挑战，健康安全的生态环境受到潜在的威胁，下游的赤坳水库水质也难以得到保障。

图1 金龟河小流域总体平面

金龟河治理工程针对小流域水安全、水环境、水生态、水管理等方面的痛点，首先明确综合整治切入点，贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的科学发展观，践行“金山银山就是绿水青山”的环保理念，并将其落到具体的工程措施中，促进当地生态文明建设，保障经济社会发展。

2 金龟河总体目标和设计理念

深圳市朝着建设中国特色社会主义先行示范区的方向前行，正努力创建“绿色、宜居、低碳、可持续发展”的粤港澳大湾第一新城。其城市河道治理与改造不仅标准更高，理念也要更超前、更生态。在河道防洪治理的同时，实现环境的生态修复，让身处都市生活圈的人们也能亲山亲水、亲近田园，让小桥溪流、星点萤火、池塘绿蛙、鱼翔浅底都不再只是记忆的画面，而是触手可及、徒步可达的真实场景，在流域治理设计之初就被立为工程治理的总体目标。

设计理念则按照发展及丰富各河段的生境特色，提炼和强化各河段的水力活力，适宜徒步等户外活动的郊野阡陌，打造一条河畅、水清、岸绿、景美，追忆乡愁的乡村水道，同时兼顾宣传展示与生态观教育的自然溪流。

3 综合整治策略研究

与深圳市大沙河景观提升工程致力于打造为城市的豪华“会客厅”不同，金龟河的综合整治是努力成为河道治理的另一类典范——健康、自然、可持续的生态清洁型溪流。结合以上治理目标，梳理并融入 “源于自然、高于自然、自然做功、隐于自然”的要求，恢复河流原貌，同时利用水流泥沙自然协同做功，嵌入智慧管理系统，形成一条安全且有活力，秀美且智慧的河流。

整治工程设计因地制宜地进行静谧且有活力的潺潺流水的恢复，安全且可靠的行洪通道的建立，和谐共存的生物环境的保育，阡陌畅行的田园交通的改造，生态且文明的宣传平台的展示，安全逃生警示必要的设置，健康且现代的生活方式的融入。具体而言，其整治策略包括以下六大系统。

3.1 水文过程动力系统

改变传统河道治理的“截弯取直”，摒弃简单束缚水流的设计，保留金龟河曲流或汊流的动力形态，使河道有一定的腾展空间，利用水流自然冲淤塑造河流形态，形成自然的深泓槽和深潭、浅滩，为生物提供更多的生态栖息空间。

通过现场调查，金龟河干流河段中曲流河段约占45%，分汊河段约占40%，直流河段仅为15%，河道形态分布见图2。

图2 金龟河河道形态示意

3.2 矢量护岸做功系统

金龟河为山区季节性河流，枯水期基流小，丰水期洪量大，因此利用壅水维持水流季节连续性，利用跌水形成河道动力。

根据地形条件，在河道纵坡较大的河段设置集中跌水11处；为确保河道的水深，为动植物生长提供足够的水域环境，设置5处壅水堰，见图3。

图3 金龟河跌水、壅水平面布置

3.3 鱼类栖息洄游系统

根据金龟河水生生物多样性调查，共有10余种本土及外来鱼种、18种底栖动物、百余种浮游生物、58种水生植物。工程结合跌水、丁坝、护岸设施，构建鱼道11处。设置鱼类栖息空间10余处，共采用4种形式。其中，适用于弯曲河道凸岸位置的鱼巢砖形式4 处，适用于河道较开阔河段的置大石形式2 处，适用于跌水形成的深潭处仿木桩形式3 处，适用于较平直河段半原木掩盖形式5处，拟建设的鱼道、鱼槽分布见图4。

鱼道、鱼槽的设计结合了湿地建设，严格现有河道湿地的监管，确保湿地面积不减少，增强了湿地生态功能。

图4 金龟河鱼道、鱼槽分布平面布置

3.4 蓝绿慢行桥梁系统

工程沿河新建步道3.7 km，结合现有村道实现全河贯通，并连接上游坪头岭绿道，实现流域蓝绿慢行系统交融。步道宽度设计为1.5～2.5m，材料就地选用毛石、卵石，打造乡村郊野型步道，沿河绿道材质见图5。

图5 金龟河沿河绿道材质

此外，拟拆除重建8座桥梁，最上游的8号桥利用现状高差，形成三面环水的静谧冥想之地。伴随着流动的水声，置身桥下静静地观赏鱼儿洄游的乐趣。5号、6号、7号桥三梁串联，将河道沿线特有的田园风光、戏水浅滩、休闲步道整合为一个系统，在桥头处设置供人停留和活动的广场，形成阡陌田园的整体意境。4号桥跌水为幕，三面围合，形成四水归堂的特有意境。围坐台阶，听潺潺水声、淌涓涓溪流、看鱼群洄游。最下游的1号桥遥望赤坳水库，野趣漫径，浮想联翩。通过绿道与桥梁的重新打造，在金龟河流域形成畅行的蓝绿通道。

3.5 生态理念教育系统

小流域治理不仅重在短时的建与治，而且重在长时的护与理，这个过程需要社会大众的参与。而大众的参与力度及效果与个体的环保理念和身体力行直接相关[2]。

该工程通过构建水翁保护生态岛、露营基地体验区、浅滩戏水亲水区，增设水翁保护、鱼道、萤火虫护岸、鱼类栖息地等生态科普教育展示牌(见图6)，使人们在亲近大自然的体验中树立生态伦理观，使水脉、绿脉、心脉三脉交融，形成自觉保护河流、保护生态的价值观。

图6 金龟河沿岸教育展示点布置

沿河设置2处下河戏水点，总长约230m，宽度约15～25m。营造一个由草皮缓坡到块石河滩再到卵石河床的亲水戏水区，再结合跌水、溢流堰、丁坝、汀步、鱼道和岸上田园菜地、金龟橘林等建设，打造一个浸入式乡愁野趣体验区。

同石桥下游河段，水翁树群相对集中，面积约1700m2，两岸采用乔灌木植被，形成错落有致的生态空间，打造一个水翁保护、鸟类和两栖生物栖息的生态岛。

同石桥上游河段，打造露营基地体验区，布置约500m2的生态塘，约4000m2的开阔草坪。河岸采用满足萤火虫栖息要求的生态护岸，靠近溪水处种植水芹和艾蒿，构建萤火虫虫卵和幼虫繁殖场所，打造一个“枕溪数星斗，萤火伴蛙鸣”的体验区。

3.6 安全预警逃生系统

金龟河位于田头山与犁壁山两山之间，夏季洪水频发且具有暴涨暴落的特点，对当地的居民或游人构成了潜在的安全威胁。因此，进行提前预警或设置必要的逃生设施是该工程设计的重点内容之一。

在金龟河小流域综合整治工程中，沿河设置相应的逃生设施，见图7。下河戏水点布设下河阶梯，并设置清晰的逃生路线图。涉水路段设置隔离柱、警示告示牌，禁止车辆在洪水漫顶时通行。堤顶道路两侧设置隔离柱、自动报警系统，结合气象云平台数据，当降雨达到一定级别时，通过扩音器喇叭发出警示，提醒周边人员撤离。

4 生态工法

生态工法(Ecological engineering methods)是基于对物种保育、生物多样性及可持续发展而提出的一种施工技术，内涵包括少用或不用硬质材料进行河道整治，从而使得施工后的河道仍具有自然河岸的“可渗透性”。在满足工程功能的同时，设计与施工中最大可能地考虑河道水流的自然特点，生物迁徙、繁衍的规律，并兼顾生态系统的循环要求。

4.1 河床

在河道治理中，过度强调自然，对传统的“硬化、白化、渠化”护坡技术完全摒弃是不可取的。生态工法则是通过自然再生技术，将混凝土、砌石等人工结构“隐于自然、高于自然”。如需对河床进行硬化处理的河段，应避免简单全断面铺设混凝土，可在深泓线交替处设立沙洲或浅滩，为鱼类等水生生物以及两栖动物提供安全的繁衍生息空间。

图7 金龟河安全逃生系统布置

在未铺设混凝土的河床，为防止河水对河床的淘刷，可向河底投入大块径的石块，石笼、木工沉床或直接堆沙。水流较快的河道中要贴着石笼和栽种袋设排桩或者打入锚钉，使左右两岸交错配置的沙洲成为不会被水流冲走的骨架。

在水流缓慢的河流中，把构成沙洲骨架大小形状不同的石块和沙袋，沿左右两岸交错配置，如果配置间隔相差数米左右，将使河床结构变得多样化。如使用的石块太大，水流将无法把泥沙带走，会有许多堆积在石块周围，有可能使水生植物或耐潮湿的泡泡草和大竹草等生长得过于茂盛，因此石块的大小应能在涨水时随水流移动并与泥沙同时留下为准。为确认石块大小是否合适，可于涨水时观察沿岸摆放的石块是否会随水流移动，将不动的大石块挑拣出来，这样构造的再生工程，无论是石笼还是混凝土铺就的河床，虽然比天然河床规模小一些，但也会逐渐形成浅滩和沙洲。

4.2 护岸型式

按照多样性要求，尽可能减少对生态系统造成的伤害，因地制宜地进行河道护岸的建设。既提升了护岸的稳定性，又建立了水-岸一体、水域向陆域协调过渡的自然景观效果。该工程中拟采用的6种生态型护岸见图8。

为兼具过水面积以及生态景观性要求，城市河道一般设计为复合式断面，采用土坡与一级或多级小挡墙相结合，挡墙设置在水位变动区，采用生态砌块、木桩、浆砌块石等材料砌筑，既可增大河道过水断面，防止岸坡受水流侵蚀、冲刷，又能保证水生动植物的繁衍、生息。挡墙顶基本控制在正常水位处，上部设绿化土坡，使水面以上的岸坡呈现自然、生态的滨水景观。

结合河道现状条件，以生态护岸、就地取材、物尽其用为理念，以安全、经济、生态和易于施工为原则，对河道护岸进行改造。该工程采用网箱、植物扦插、植物纤维垫等6种护岸措施新建生态护岸1252m，保留护岸2030m。

4.3 丁坝结构

在弯曲河段为避免水流冲刷破坏岸坡，沿凹岸设置丁坝群，引导水流流向凸岸改善水流流态，共设置3座丁坝。丁坝平面采用扇形或直线形，顶面由高到低向河道内侧设置，采用天然大块石干砌堆砌。

图8 生态护岸结构断面

弯曲段设置小微丁坝群5处，直线段设置原木及堆石结构挑流设施，设置效果见图9。

图9 小微丁坝设置效果

4.4 鱼槽

鱼槽建设为鱼类等水生生物以及两栖动物提供了安全的繁衍生息空间。另外，弯折多孔的空间兼顾了护岸的作用，可部分消除水流对护岸的冲刷，形成河流生态系统与陆域生态系统之间的衔接地带。

该工程结合沿线跌水共新建鱼道11座。采用适合该河道鱼类特性的梯级槽式鱼道，梯级流动的水流产生的水花和水声吸引鱼类找到鱼道的进口，鱼槽净宽为1.0 m，梯级高差为0.1 m，池室长0.3m，为鱼类洄游时提供短暂停留休憩空间，鱼槽结构断面见图10。

图10 鱼槽结构断面

4.5 水翁保护

金龟河小流域综合整治工程中水翁等保护性树种沿岸生长或位于堤坡、河床中，耐湿性强，有一定的抗污染能力。由于金龟河水位变动较为剧烈，水翁根系土壤防冲刷能力需要重点考虑。

对于同石桥下游比较集中的水翁，通过堆石筑岛方式构建生态保护岛。而对于沿河散落生长在堤坡或河床中的水翁，设置疏排松木桩或仿木桩进行单独保护，既有利于水流及营养成分的渗透，看起来整齐美观，又可以最大程度地保护水翁的生长。可结合水土交换条件及岸后绿化配置酌情选择如土工格室、水土保护毯和三维土工网等不同的保护类型。