源头引水与生态提升系统结合的河道水环境治理设计研究

2023-09-12冯国娜

陕西水利 2023年9期

冯国娜

（陕西省引汉济渭工程建设有限公司,陕西西安 710100）

0 引言

水是有限的自然资源,是生命之源、文明之本,是城市社会经济发展的基础和命脉[1]。城市水环境对于城市和国家经济发展都有着极其重要的作用[2]。近年来,随着城市现代化建设的快速推进,城市水环境污染问题日益显现,而河道水体黑臭问题尤为显著,对城市生活环境和居民身体健康带来严重威胁。城市水环境治理过程中面临的问题因地而异,受到越来越多专家和学者的重视。国内多项水环境治理案例分析了存在的问题,并提出多种解决措施,但并没有针对无源头城市河道提出水环境治理技术措施。基于此,本文以西安市长安区皂河治理工程为例,提出源头引水与河道生态系统结合的水环境治理技术措施,并总结其先进性及创新点,以期为其他城市水环境治理提供借鉴。

1 工程概况

皂河是渭河的一级支流,发源于西安市长安区水寨村,终点从草滩生态产业园西侧入渭河,全长35.85 km,汇水面积152.62 km2。皂河属于城市无源头河流,其功能在于接纳西安城区南郊、西郊、北郊的城市雨水,以及沿线污水处理厂尾水,排水体制为雨污合流制。由于沿途不断有工业废水和生活污水汇入,水质状况恶劣,河流自净能力受到了极大的破坏。同时随着城市的开发建设,皂河逐渐被绿化带、城市道路、建（构）筑物等所覆盖,成为一条地下暗河。河道淤积严重,黑臭现象突出。随着城市的发展,群众对于城市生态环境提出了更高的要求,对皂河控源截污、引入清水,并将其揭盖复明、提升河道生态系统和环境面貌也随之开展,西安市长安区皂河综合治理工程内容为皂河长安段河道治理及两岸提升。

2 方案设计

2.1 源头引水系统构建

皂河原有功能为排泄城区雨水及污水,属无源头河流,长安区截污工程实施完成后,皂河旱季为干河,为实现河道水清岸绿的效果,寻求水资源供给尤为重要。源头引水系统采用跨流域调水方式,通过四库联调重新对秦岭北麓水库弃水资源进行分配,通过源头引水管线将联调水资源输送至皂河源头,叠加中水回用,实现联合供水。

四库联调是将秦岭北麓四座水库（大峪水库、东沟水库、许家沟水库、小峪水库）进行联合调度,在满足水库下泄生态流量及原有防洪、灌溉、供水需求前提下,优化水库运行方式及水量分配模式,将调蓄出的富裕水量作为皂河生态用水的补给水源。目前大峪水库、东沟水库、许家沟水库已进行联调,通过新建3.8 km小峪引水管线将小峪水库与三座水库连通,实现四座水库水资源联合分配调度。联调水资源经甫江村节制闸,沿现有西干渠引至东曹村节制闸,利用航天基地经济开发区已建3.7 km管线将水引至航天南路与包茂高速交叉口。

皂河水源补给工程起点是航天南路与包茂高速交叉口,通过一条长约5.28 km的DN600 球墨铸铁管,将四库联调水资源输送至皂河源头,实现源头引水,最大设计流量0.577 m3/s。从皂河源头沿河铺设补水管道,至治理末端第九污水处理厂,管道沿线预留给水口,采用双向运行模式,丰水期将四库联调水资源经管道补给沿河绿化及景观节点,枯水期作为中水回用通道,从第九污水处理厂将中水加压提升至源头进行补水。补水管道全长8 km,直埋段采用DN600 球墨铸铁管,顶管段采用DN800 焊接钢管。

图1 源头引水系统构建图

2.2 河道生态系统构建

2.2.1 皂河上游郊野段生态修复

皂河上游属于郊野段河流,现状为梯形断面,两岸边坡及河底为浆砌石衬砌的硬质护坡。原有硬质护坡阻断了河道微生物交换,破坏了河道固有的生态系统。上游郊野段采用拆除原有护岸,以种植花池+蜂巢约束系统复式驳岸实现河道生态修复的方案,使其同时具备结构要求与生态提升功能。一级护坡为格宾护垫护坡型式,边坡1∶1.5,选用厚度为17 cm的镀锌材质,格宾护垫以上铺设15 cm厚卵石层。格宾护垫以上为50 cm宽种植花池,池内以挺水植物搭配为主,池外采用直径20 cm长度1.2 m的C15预制仿木桩做护脚,起到抗冲刷及挡土结构的作用。整个种植花池在正常蓄水位以下15 cm,保证水生植物生长的水位需求。正常蓄水位以上二级边坡采用蜂巢约束系统作为护坡材料,格室高度20 cm,格室尺寸150 mm×150 mm,格室内填充种植土并撒播草花组合。植物选择以生态修复主线,以提升水质为脉络,突出河道的生态效益,营造以“河”为主的生态绿化景观。

为了营造良好的水生态,避免枯水期河道整体生态系统退化,在河道上结合比降布置多座小型生态跌水堰,在河道内保持一定的常水位,满足岸坡植物的用水需求。

图2 种植花池+蜂巢约束系统复式驳岸设计方案图

2.2.2 皂河下游城区段生态改造

皂河下游属于城区段河流,现状为浆砌石梯形断面上加混凝土盖板,顶部铺设草皮进行绿化,盖板让河道彻底成为城市地下河。下游城区段生态改造方案为揭盖复明,改造河道护岸,形成生态挡墙+种植花池+生态缓坡+城市绿道的驳岸型式,恢复河道原有生态面貌,提升城区环境。挡墙选用重力式毛石挡墙型式,顶宽0.3 m,迎水侧为直立边坡,背水侧边坡1∶0.3,C25混凝土基础,厚度0.5 m。墙顶低于正常蓄水位0.15 m,作为景观压顶预留空间。墙后与水生植物种植花池相接,花池宽2 m,选用挺水植物布置于种植花池内。种植花池以上衔接草皮边坡,坡比1∶3～1∶5,搭配多种野花组合。草皮边坡以上为城市公园绿道系统,兼具堤顶路功能,总宽3 m,骑行道加漫步道,满足居民运动需求。

城区段河道生态绿化不仅需要形成良好的生态系统,同时要与城市面貌相匹配。在种植花池搭配上主要以水生植物为主,在生态缓坡驳岸中混播具有观赏性的花种,形成较为完整的生态系统,且与城市绿道形成良好的搭配。

为形成良好的城市水生态,在城区段最下游布置一座液压坝,非汛期通过立坝蓄水使城区段河道形成大水面,汛期塌坝运行保证河道行洪通畅。液压坝孔口尺寸为10 m×2 m,立坝壅水高度2.0 m,回水长度约1200 m,正常蓄水位库容约2.85万m3。

3 工程先进性及创新点分析

3.1 先进性分析

设计先进性一：尊重河道,也尊重人的行为。

设计方案在满足河道防洪排涝基础上,也同样强调人参与的空间设计,满足滨河亲水功能。皂河驳岸设计采用种植花池、景观置石、抛石、直立式生态驳岸、草坡入水、台阶驳岸等多种驳岸型式,分段交错分布,辅之以蓄水工程形成景观水面,实现皂河生态化改造。

设计先进性二：多源供水,保障皂河水资源。

四库联调、源头引水、中水回用联合供水,多途径保障皂河全年水资源。通过秦岭北麓四座水库联合调度,优化水库兴利库容,拦蓄秦岭北麓雨洪资源向皂河源头供水。沿河铺设皂河补水管线,采用双向运行模式,丰水期经管道补给沿河绿化及景观节点,枯水期作为中水回用通道,由下游至上游逆向补源头。

3.2 创新点分析

创新点一： “无源之河”的河道治理与自然水体景观耦合设计。

目前,国内外对“无源之河”的治理案例基本都是单一地围绕水质或水源问题。长安区皂河综合治理首次将水源、水质、水景观统筹考虑设计,解决引水、考虑截污、创造城市滨水空间。经多专业协同合作提出的系统解决方案,通过设计统筹规划,将雨洪资源及中水再利用、生态防洪技术、水生态修复技术等相融合,重建河流廊道生态系统,构建多层次服务城市市民的蓝绿基础设施。

创新点二：水生植物衔接生态驳岸,完善水陆生态系统媒介。

在满足驳岸稳定性的同时,通过创新的工程措施,为种植水生植物创造条件。水陆过渡带为各种水生生物提供生存和繁衍的空间,同时具有提高稳定河岸、净化水质、调节微气候和美化环境的功能。