雨源型河道多河多点生态补水案例研究

刘星宇，杨 欣

（1.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

本文结合深圳市前海铁石片区水环境综合整治项目，就雨源型城市的多河道多点生态补水系统的设计过程、难点进行介绍，为同类型的工程提供一定思路。

1 项目概况

本工程位于深圳市宝安区前海湾片区，近年来城区人口剧增，水资源日渐匮乏。上游铁岗水库为饮水水源，平时不放水，因此特别在旱季，区内河道基本无来水，造成河道生态破坏，河道内水体腐臭，还有河床裸露等现象。

前海片区水系众多，区域内有十余条河道，河道环境水质对整个区域的环境影响很大。

根据补水管区域位置及资金拆分方式等因素综合考虑，本次补水工程建设分为五大片区。其中河东河西片区为现状补水管线调整，设计补水量20 万t/天，水源选自固戍污水处理厂深度处理尾水，其管道规模不变，故不过多介绍；官田片区新建补水管单独自九龙坑水库涵管接出，不作为此次介绍内容。九围、固戍、福中福片区为新建补水管线系统，设计补水量12 万t/天，水源选自固戍污水处理厂深度处理尾水，作为本文重点介绍内容。

图1 片区分布

本工程补水河道13 条，其中包括九围片区5条河：机场外排渠、三支渠、机场南排渠、钟屋排洪渠、新涌；固戍片区3 条河：南昌涌，铁岗水库排洪河，固戍涌；福中福片区1 条河：共乐涌；河东河西片区4 条河：西乡河，咸水涌，新圳河，双界河。

2 补水系统设计

2.1 设计原则

1）补水工程应按远期规划、近远期结合、以近期为主的原则进行设计。

2）补水管线走向取决于城市路网分布、地形、水源及补水点位置等因素，并充分考虑补水的安全性及经济性。

3）补水管管径选择根据补水量分析，管径以近期为主、复核远期设计。技术上考虑所选管径符合补水量及压力的要求，经济上考虑工程造价以及后期运行管理成本（如电费等）。尽量保证补水管道运行时近期不淤，流速不低于0.6 m/s（对污水厂再生水等含泥量低的可适当降低），远期流速安全经济合理，流速不大于2 m/s。

2.2 补水水源

该区域河道属雨源型河道，地表、地下径流依靠降雨，雨季降雨集中，旱季雨量极少。为满足旱季补水的要求，结合宝安区已实施的补水项目，以及对固戍污水厂可用水量的研究，本工程补水水源选择固戍污水厂深度处理后的再生水。固戍污水处理厂目前正在进行二期改造建设，固戍污水厂可用水量见表1。

表1 污水厂可用水量

2.3 补水点位置

1）补水点位置设于河道上游端，保证各河道明渠段有一定的水流；

2）补水点位置应保证补水后形成恒定流态，使河道设计段水深满足布置生态措施及景观等特定要求；

3）补水点位置的确定需考虑管网敷设的可能性。

图2 补水点位置分布

2.4 补水量

1）计算原则

本工程根据河长、河宽、坡降、水位、景观需求等条件设计补水。

非消耗型需水量占比大，以生态功能及景观环境需水量为主；消耗型需水量占比小，跟降雨量、蒸发量、下渗量等有关，根据相关气象资料，区域内多年平均降雨量为1 606 mm，蒸发量为 1 521.7 mm，结合深圳市海绵城市建设的现状考虑，可适当忽略。故本次设计要求在达到景观环境补水量的前提下兼顾生态水量。

当完全使用再生水时，景观河道类水体的水力停留时间宜在5 天以内[1]。根据区内已进行补水的西乡河、新圳河等河道补水水量推算出河道换水周期为2 天左右，补水后水质及景观改善较明显。

综上考虑，本工程补水设计以河道换水周期2 天计算补水量。

2）补水量计算

表2 补水量计算结果

2.5 管线设计

1）现状补水管线敷设情况

本工程片区现状补水管线水源来自固戍污水处理厂的再生水。管线沿城市道路敷设至西乡河、咸水涌、新圳河及双界河补水点，具体敷设情况如图3 所示。

图3 现状补水管道

2）新建补水管线敷设

除个别新增补水点自现状补水干管接出以外，根据片区新增补水点位置、流量及压力要求，本工程新建一路补水干管及各路配水支管，干管自固戍污水处理厂再生水经泵房加压供至各补水点。由于管线较长，根据设计前期资料及现场踏勘情况，设计两种线路方案进行比选。

线路方案一：干管线路“铜鼓路-宝源路-碧湾路-宝安大道”。敷设情况如图4。

线路方案二：干管线路“铜鼓路-宝源路-机场南路-航站四路”。敷设情况如图5。

图4 新建补水管道线路方案一

图5 新建补水管道线路方案二

线路方案一管线最短、水损小；管线穿越河道等障碍物较少。但宝安大道交通繁忙，沿线有地铁1 号线，需与地铁等相关部门沟通同意后方可实施，宝安大道现状管线多，施工难度大。

线路方案二沿线道路车辆较少，施工对交通影响相对较小。但管线穿越河道较多；穿越现状燃油管道。

管线过长除了施工影响大，也对泵房压力有更大需求，后期运行费用不菲，考虑技术与经济性，本次补水管线敷设采用线路一方案。

3）管线水力计算

设计补水量32 万t/天，远期考虑进一步加大补水量。故为保证补水管道运行时近期不淤，远期安全经济合理，计算干管管径如表4。

表4 管径计算

支管管径计算方法与干管一致。

管网以最不利点为控制点，所需压力如下：

式中：H 为泵房压力（m）；H1为泵房吸水池最低水位与最不利点出水口管中心高差（m）；H2为管道沿程损失（m）；H3为管道局部损失（m），宜采用当量长度法计算，也可以沿程损失的30 %计；H4为服务水头（m），考虑景观效果等，取5～ 10 mH2O。

4）管材比选

根据所得资料，区内现状补水管经过计算对比，同时考虑施工进度及现场实际，本次工程选择焊接钢管。

3 难 点

3.1 定线难

本工程多个补水点位于商业繁华区域。若补水干管穿越中心交通繁忙地带，则管道整体里程短，但与各管理部门协调沟通工作量大且施工阻碍大；若补水干管避开中心地带，则施工难度减小，但管道整体里程长，建设费用及后期运行费用均高。

3.2 空间难

城市路网下遍布各类市政管线及基础设施，现有绿化带及非机动车道下横断面空间饱和，建设补水管多需占用机动车道下空间。补水管管径较大，沿路找出可利用空间实属不易。

3.3 施工难

1）补水管大部分位于主次干道以下或附近，施工对交通影响较大，交通疏解压力大，部分区域只能利用晚间施工。

2）市政道路范围各市政管网众多，补水管与之交叉多，转弯避让繁多，现有管线保护工作量大。

3）部分管线需穿越河道及交通不能中断的道路，考虑施工周期短，管道的施工方式尽量避开采用施工周期长的施工方式。故大部分管段采用开挖支护方式，部分管线采用拖拉管。

3.4 各补水点补水量控制平衡难

补水点多且分散，各补水点处压力差异大，需采用有效的调流调压设施，避免出现距污水厂近的补水点补水过量，而最不利补水点水量不足的情况，同时控制多个补水点的水量、水压，使每个补水点实际运行时补水量尽可能与设计相符合。

4 结 语

作为生态文明建设的一项重大举措，水环境整治显得日益重要。治水除了要清理污染、截住污染，还要使水活起来，否则妄谈“生态”二字。尤其对于雨源型河道来说，若要构建一个完整的水生态系统，补水是必不可少的一道环节，它对于水生动物、植物的栖息，整体环境的改善作用甚大。本文介绍了城市内河道补水的系统设计和困难点，希望给同类型工程一些参照及思考。