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水环境治理思路

2021/08/18 阅读:

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

水环境治理思路

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