水环境治理思路范文
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摘要：地湖作为厦门筼筜湖水系的重要组成部分，承担行洪排涝、生态休闲等多项功能，加强河道综合整治对城市建设具有重要意义。地湖本底条件相对不足，污染源清晰却较难改善，提升水动力是改善河道水环境的唯一出路。设计创新采用了水流分股、土工管袋原位修复、透水性河底及生境多样性灵活运用等理念，既能满足汛期行洪要求，又能有效提升水动力条件。
关键词：地湖；水动力；主槽；跌坎；深潭；透水
引言
城市河道作为城市系统自然地理的一部分，汛期提供防洪、排涝及排水的水安全功能，非汛期为城市提供水源、绿地、滨水空间及市民文体娱乐场所等一系列的水生态、水景观功能。地湖位于筼筜湖北段，东接天湖，西临松柏湖，长约350m，河宽10~22m，与天湖一并组成江头公园的水体景观部分。上游地湖为人工补水的景观水体，面积约1.18万m2，补水流量约0.35m3/s。天湖与地湖之间有两个排洪渠，排洪沟1为5×2m矩形断面，排洪沟2为3.9×2.7m矩形断面。汛期，地湖主要承担天湖、排洪渠1、2汇集的雨水；非汛期，地湖主要来水为天湖的人工补水，而下游松柏湖接纳地湖所有来水。因此，地湖根本上为一条排洪沟，主要功能为汛期承担排涝，附属承担非汛期的水生态、水景观功能。
1地湖现状
1.1水体现状
地湖从上游到下游，水质逐步变差，其中上游江头月牙堰处水体透明、无异味、水体可见明显流速；江头西路西侧第一座桥梁处水体透明、无异味、桥底有较多藻类、流速较缓；地湖中段水体透明度差、有明显异味、水体基本不流动；嘉禾路桥底水体成灰绿色、有明显异味、水体基本不流动[1]。
1.2水动力现状
地湖河势蜿蜒，整体水深较浅。平时上游人工补水约0.35m3/s，通过月牙堰溢流下泄至地湖。整个地湖平均流速0.03~0.05m/s，水深约0.45~0.75m，水动力明显不足。河道蜿蜒处、管道检查井周边形成较为明显的死水区。
1.3周边建（构）筑物现状
地湖上游为天湖月牙堰，下游为沉砂池，从上游至下游依次分布有月牙堰下溢流口、2处排洪沟、江头泵站、无名泵站及3处截流井等。河道内管线、检查井较多，根据相关资料，共排查出现状地下有压、无压管线9条、检查井7处。
1.4护岸现状
地湖南北两岸均为硬质砌石护岸，北岸直立式砌石护岸，一墙到顶约4.8m高程，南岸为复式护岸，第一级直立式护岸至人行步道约2.5m高程，第二级直立式护岸至江头公园约4.3m高程。两岸树木茂盛，并营造区域塑石景观，但塑石损坏明显。地湖近年来，由于水质变差、异味明显，已经对周边商业、居民生活等造成不良影响，对地湖进行水环境治理已经迫在眉睫。
2问题分析
地湖上游为人工补水的天湖，水质常年较好，下游为松柏湖水质一般，而地湖水质较差，异味明显，究其原因不外乎河道本底条件、污染源问题、水动力条件等原因[2]。
2.1河道本底条件
河道盐分周期性变化。地湖由于地理位置原因，汛期承接天湖、排洪渠的雨水，雨水属于淡水，汛期为淡水环境；非汛期承接天湖人工补充海水，无稳定的淡水补给，平时为海水环境；地湖生境在淡水、咸水之间交替，水环境条件相对不足，无法形成较为完善的生态系统，无法获得稳定的自净系统，自净能力较差，对污染物以接收为主，降解能力较低河道形态及附属设施影响。地湖河势蜿蜒，整体深浅不一，本身河道形态较为优美，但河道底部存在较多裸露污水管道，附属较多管道检查井，河边溢流口众多，加之河道流量较小，易大面积形成滞留、缓流区，甚至死水区，下游沉砂池对地湖雍水效果明显，这对地湖水质维持较为不利。
2.2污染源
外源污染方面，主要包括排洪渠零存整取及周边初期雨水等。地湖上游两座排洪渠规模较大，平时排洪渠内污染底泥、垃圾等慢慢积累，在降雨时随大流量雨水排入地湖，形成较为明显的外源性的点源污染；地湖、天湖自身也存在一定范围的雨水汇水面积，初期雨水直排如河，地湖又基本无自净能力，初期雨水也形成较为稳定的外源性的面源污染源。内源污染方面，主要包括管道泄漏、非正常溢流及污染底泥等。河道底部存在较多的有压、无压管道，且埋深较浅，管道年久无法维修，存在污水外泄的可能；河道边溢流口众多，污水调度不当时，污水存在外溢的可能；河道水中污染物可通过沉淀或颗粒物吸附而蓄存在底泥中，适当条件下会重新释放到水体中，引起二次污染。
2.3水动力条件
地湖本底条件较差，外源污染、内源污染明显，在此条件下，水动力条件显得尤为重要。地湖非汛期仅靠0.35m3/s的补水，平均流速0.03~0.05m/s，伴有大范围的滞留区、缓流区，甚至死水区，水体水动力明显不足。
3治理方案
3.1治理原则
由于地湖的本底条件、污染源短期内无法彻底解决，只能在水动力方面采取重点治理措施。在充分考虑工程可行性、基本不影响地湖防洪排涝的前提下，提高河道水动力；河底管线较多、埋深较浅，设计方案、施工方案尽可能不扰动河底管线；地湖目前清淤频次较高，治理措施充分考虑河道运行维护的便利性[3]。
3.2治理思路
从施工可行性角度，地湖河底污水管线多、埋深浅，因此不适合开挖作业，同时两岸构筑物、大直径树木较多，不具备大面积作业的施工条件。因此，采用河底适当堆高的方式重新构建主槽，重塑纵坡，在尽量不扰动底部管道的情况下，提升水动力条件。从运行维护角度，现状地湖清淤只能断流施工，对整个筼筜湖运行影响较大，清淤期间周边居民反应强烈，本次治理工程在主槽、边滩增设数道跌坎，通过设置挡水板实现过流通道的灵活调度，从而实现不断流分块清淤。从环境保护角度，考虑到地湖行洪后河道沉积较多垃圾、杂物等，为便于清理，河底采用透水路面的设计工艺，使河底水土仍能交流，不破坏原河床该有的生境功能。为营造河道多样性生境，增设几处深潭，同时可用于河底冲洗汛期后冲洗。
3.3治理方案
为提升河道流速，在现状河道中部构建宽约4~9m的主槽，小流量、下游低水位工况下，水流约束于主槽，加快流速；大流量、下游高水位工况下，水流形成主槽、边滩三股水流，降低上游雍水，控制水位不超过1.4m。主槽分为2级平台，逐级跌水，提高流速。主槽两侧为条带状格埂，控制主槽深度为0.4~0.5m。格埂外侧为边滩，高程与主槽相近，主槽、边滩及格埂表面均采用条石护面。边滩及主槽入口均设一道跌坎，跌坎设挡水板，用以控制水流。为保证水量较少时，主槽仍有水流，在2级主槽末端均设一道跌坎，跌坎高5cm，中部设挡水板，满足河道放空需求。为营造河道原有多样性生境，在中部和末端跌坎上游设置2处深潭，同时，用于行洪后留存部分清洗用水，行洪过后可利用深潭中的存水冲洗河道护岸。
3.4创新设计理念
地湖本质上为上游排洪渠的延伸，长度较短，又是海水、淡水交替的生境条件，常规水环境治理思路无法满足治理要求。管理单位、设计单位经充分研讨后，明确了提高水动力的设计思路，创新提出以下具体设计理念：水流分股思路。由于地湖本质为排洪渠的延伸，平时补水流量较小，汛期流量较大，创新提出了水流分股的思路。根据现有河道蜿蜒、河道内外露管线、管径较多的特性，对河道进行合理的三股水流分区，平时流量较小时可灵活选择主槽或边滩进行过流，汛期全断面过流。汛后还可以单股过流，增加清淤期间的灵活调度。土工管袋原位修复。为了规整河底，底部适当垫高，由于汛期水流较大，常规土方填高较难维持，且易形成新的内源污染。经比选，选择土工管袋原位修复技术。通过土工管袋内冲填河道内淤泥，掺入适量固化剂，自行脱水后形成较为自然的河底，一方面隔离河底现有可能的内源污染，另一方面淤泥还成底泥，固化了原内源污染，解决了淤泥出路问题，不带来新的环境问题。透水性河底。目前河底回填、渠化后，较难形成透水性河底，隔离了河道底质与河道内水体、微生物的交流。为了解决渠化后的不利影响，创新提出了透水性河底，参照透水路面的基层做法。结构从下到上分别为原河床、土工管袋（填充淤泥）、透水路面基层、条石面层（条石间不砌砂浆），满足汛期、非汛期过水要求，还使河底能自然“呼吸”[4]。生境多样性灵活运用。地湖原河道宽窄不一、深浅有别，在治理过程中，延续了原河道蜿蜒的特性，同时营造了部分深潭，维持原生境特性，也为河床清理提供水源。
3.5防洪排涝复核
根据《厦门市防洪防涝规划》成果，地湖流域的防洪标准为50年一遇，采用洪峰模数法的洪峰流量98.8m3/s。经计算，50年一遇洪水时，工程实施前，地湖行洪最高水位约3.48m；工程实施后，地湖行洪最高水位为4.00m，行洪水位略有抬高，但满足过洪要求。为安全起见，建议对江头污水泵站对面约40m范围内地势略低区域，结合塑石改造适当平整加高。
3.6效果预测
为了分析工程实施后地湖水动力提升效果，采用水动力模型进行模拟。工程整治后，地湖水流流速由0.03~0.05m/s提升至0.1~0.2m/s、水深由0.45~0.75m降低至0.2~0.4m，水体滞留现象得到有效改善，能够达到活水畅流的设计意图。
结语
地湖河道较短，非汛期补水流量较小，汛期流量较大，成典型的山区性河道特性。地湖本底条件相对不足，污染源清晰，但均较难改善，在此条件下，提升水动力是河道水环境的唯一出路。设计创新采用了水流分股、土工管袋原位修复、透水性河底及生境多样性灵活运用等理念，经水动力模型模拟，既能满足汛期行洪要求，又能有效提升水动力条件，地湖水环境治理效果可期。
参考文献
[1]鲁航线,张开军,陈微静.城市防洪、排涝及排水三种设计标准的关系初探[J].城市道桥与防洪,2007(11):64-66+16.
[2]DB3502/Z047-2018,厦门市标准化指导性技术文件《暴雨强度公式与设计暴雨雨型》[S].
[3]CJJ194-2013,《城市道路路基设计规范》[S].
[4]CJJ/T190-2012,《透水沥青路面技术规程》[S].
作者:曾华荣 单位:厦门市筼筜湖保护中心