海綿城市建設(shè)與河道綜合治理模式研究論文
近年來(lái)我國(guó)的城鎮(zhèn)化水平快速提高，城鎮(zhèn)化率從2004年的41.76%上升到2014年的54.77%，與之相伴的是城市發(fā)展面臨的環(huán)境和資源問(wèn)題日益凸顯。海綿城市建設(shè)是有效解決上述問(wèn)題的重要舉措，它以水為主線，以城市規(guī)劃建設(shè)和管理為載體，構(gòu)建城市良性水循環(huán)系統(tǒng)，增強(qiáng)城市水安全保障能力和水資源水環(huán)境承載能力。
目前，城市水安全中普遍存在城市河湖、濕地萎縮，河湖水生態(tài)空間被嚴(yán)重?cái)D占，水生態(tài)惡化，水災(zāi)害加劇等問(wèn)題。加強(qiáng)城市河湖綜合治理，實(shí)施水生態(tài)修復(fù)是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，是保障海綿城市建設(shè)“滲、滯、蓄、凈、用、排”各項(xiàng)措施發(fā)揮系統(tǒng)治理效益的重要基礎(chǔ)。本文結(jié)合海綿城市建設(shè)理念及其河流治理目標(biāo)，以上海崇明陳家鎮(zhèn)河道設(shè)計(jì)為案例，闡述城市河流水系的具體設(shè)計(jì)思路、方法及技術(shù)方案，為城市河道治理建設(shè)，構(gòu)建城市良性水循環(huán)系統(tǒng)提供借鑒和參考。
1海綿城市理念
海綿城市是以低影響開發(fā)建設(shè)模式為基礎(chǔ)，以防洪排澇體系為支撐，充分發(fā)揮綠地、土壤、河湖水系等對(duì)雨水徑流的自然積存、滲透、凈化和緩釋作用，實(shí)現(xiàn)城市雨水徑流源頭減排、分散蓄滯、緩釋慢排和合理利用，使城市像海綿一樣，減緩或降低自然災(zāi)害和對(duì)環(huán)境變化的影響，保護(hù)和改善水生態(tài)環(huán)境。
城市水系是城市內(nèi)降雨徑流自然排放的重要通道、受納體及調(diào)蓄空間，河湖綜合治理是海綿城市建設(shè)水利工作的重要內(nèi)容。根據(jù)水利部《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)水利工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出的工作總目標(biāo)，結(jié)合海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，河湖水系綜合治理的目標(biāo)圍繞水安全、水環(huán)境、水資源和水生態(tài)四個(gè)方面展開。水安全方面，完善城市防洪排澇體系，合理安排洪澇水出路，提高城市防洪排澇標(biāo)準(zhǔn);水環(huán)境方面，加強(qiáng)城市河湖綜合整治和水系連通，控制河流污染，改善城市水環(huán)境;水生態(tài)方面，保護(hù)和修復(fù)河湖水生態(tài)系統(tǒng)，提升河流自凈能力;水資源方面，加強(qiáng)雨水、再生水等水源利用，提高城市水資源水環(huán)境承載力，保障海綿城市建設(shè)的水環(huán)境承載能力。
2城市河流綜合治理是關(guān)鍵
河流治理規(guī)劃設(shè)計(jì)從海綿城市建設(shè)理念出發(fā)，抓住城市河流面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，因地制宜提出解決方案，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制、多專業(yè)協(xié)調(diào)，發(fā)揮河流綜合效益。河流治理設(shè)計(jì)首先要在科學(xué)規(guī)劃、系統(tǒng)布局的基礎(chǔ)上開展，關(guān)鍵點(diǎn)在于多目標(biāo)體系制定，河流總體布局，生態(tài)治理與修復(fù)，水景觀建設(shè)等方面，其中河流水生態(tài)治理與修復(fù)技術(shù)是重點(diǎn)工作之一，針對(duì)特定的河道，需具體分析其存在問(wèn)題及受損程度，再根據(jù)水質(zhì)水文條件、河流地貌特征，在滿足防洪、排澇及引水等河道基本功能的基礎(chǔ)上，因地制宜地選擇生態(tài)治理、物種恢復(fù)等具體治理措施。
3案例分析
以崇明陳家鎮(zhèn)四號(hào)河、琵鷺河項(xiàng)目為具體案例，分析海綿城市建設(shè)中河道綜合治理內(nèi)容和模式。
3.1項(xiàng)目概況
陳家鎮(zhèn)位于上海市崇明島的東部，與崇明東灘國(guó)際濕地自然保護(hù)區(qū)相鄰，是崇明生態(tài)島建設(shè)的重點(diǎn)地區(qū)之一，四號(hào)河和琵鷺河是鎮(zhèn)域內(nèi)水系的重要組成部分。陳家鎮(zhèn)—東灘地區(qū)規(guī)劃配置十大生態(tài)功能區(qū)，四號(hào)河將穿過(guò)鎮(zhèn)域內(nèi)的2大生態(tài)功能區(qū)(裕安現(xiàn)代社區(qū)、國(guó)際論壇商務(wù)區(qū))和3塊公共綠地(森林公園、生態(tài)體驗(yàn)園、體育公園)，河道總長(zhǎng)5. 23km，其中約2. 8 km需實(shí)地開河。琵鷺河位于實(shí)驗(yàn)生態(tài)社區(qū)，河道全長(zhǎng)約2km，其中玉葉湖及東側(cè)長(zhǎng)約1. lkm的河道需實(shí)地開挖。陳家鎮(zhèn)水系規(guī)劃。
河道存在的主要問(wèn)題，現(xiàn)狀河道規(guī)模小且不貫通，岸坡坍塌、河床淤積，河道的蓄泄能力不足，影響陳家鎮(zhèn)地區(qū)的防汛安全;河道內(nèi)水體渾濁，且含鹽度較高，對(duì)水環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響，與陳家鎮(zhèn)地區(qū)建設(shè)低碳生態(tài)示范區(qū)的要求不相適應(yīng)。針對(duì)上述問(wèn)題，將通過(guò)水域保護(hù)、水系溝通、水生態(tài)修復(fù)、增設(shè)湖泊濕地等措施，提高防洪排澇能力，達(dá)到改善鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境的治理目標(biāo)。
3.2河道綜合治理目標(biāo)
該工程綜合治理目標(biāo)主要為保障區(qū)域防汛安全，改善河流水質(zhì)，既滿足河流的自身功能又滿足景觀、生態(tài)功能及多功能開發(fā)的要求。
3.3總體布局
項(xiàng)目位于崇明陳家鎮(zhèn)生態(tài)建設(shè)的核心區(qū)域，生態(tài)景觀要求較高，河道布局需在河流生態(tài)學(xué)理論基礎(chǔ)上，按照海綿城市建設(shè)理念，在滿足河道防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)的前提下，將河道設(shè)計(jì)成自然生態(tài)型的河道。
3.3.1設(shè)計(jì)原則
(1)保護(hù)和恢復(fù)河流形態(tài)的多樣性，平面上盡量保持河流蜿蜒形態(tài)，溝通現(xiàn)有水系，依托現(xiàn)狀地形因地制宜的布置濕地、人工島，斷面盡量采用復(fù)式斷面;
(2)通過(guò)河道整治為植物生長(zhǎng)和動(dòng)物棲息創(chuàng)造條件，重點(diǎn)在水域和水陸交錯(cuò)帶的生態(tài)建設(shè);
(3)充分考慮生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)和自我凈化功能;
(4)陸域岸坡?tīng)I(yíng)造一種人與自然親近的環(huán)境，保留河道天然的美學(xué)價(jià)值。
3. 3. 2河道平面布置
河道的平面布局，通過(guò)對(duì)河道周邊環(huán)境的分析，根據(jù)鎮(zhèn)域的土地利用規(guī)劃和水文、地形等特點(diǎn)條件，因地制宜地合理布局。琵鷺河以面積3. 34萬(wàn)m2的玉葉湖為中心，溝通周邊的骨干河道，局部區(qū)域適當(dāng)布置生態(tài)濕地;四號(hào)河結(jié)合周邊的.生態(tài)功能區(qū)，形成“一廊、二帶、三區(qū)”的平面布局，一廊即生態(tài)水廊，二帶為兩岸生態(tài)護(hù)岸帶，三區(qū)則在陸域布置生態(tài)氧吧區(qū)、河流濕地區(qū)和彩葉林帶區(qū)。
3.3.3典型斷面設(shè)計(jì)
河道斷面首先滿足行洪要求，局部區(qū)域通過(guò)地形改造適當(dāng)布置濕地、島嶼、淺灘、林蔭、魚礁等為生物提供不同的生境，為生物多樣化創(chuàng)造良好的生存條件。垂直空間領(lǐng)域，充分保證水生動(dòng)植物和陸域動(dòng)植物生物鏈的完整性和連續(xù)性，同時(shí)還要考慮岸坡的透水性和植被率，達(dá)到水、岸、陸三位一體的效果。
3. 4生態(tài)修復(fù)方案
3.4.1河道生境改造
河道生境改造主要是營(yíng)造適宜水生生物生長(zhǎng)的環(huán)境。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有河道的疏拓及實(shí)地段河道的開挖，湖底形態(tài)設(shè)計(jì)和微地形改造，滿足種植不同水生植物的適宜水深。岸坡作為水陸交接面，適當(dāng)布置生態(tài)濕地、島嶼、淺灘等，有針對(duì)性地設(shè)置適合生物(微生物、魚類、底棲生物等)生長(zhǎng)的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，如生態(tài)石籠、生態(tài)魚槽磚、植被型生態(tài)混凝土、斜坡式鵝卵石大緩坡等，形成適宜不同水生動(dòng)、植物生存的連續(xù)而又富于變化的生境基底。
3.4.2生物多樣性構(gòu)建
河道的生態(tài)建設(shè)。在改善及優(yōu)化的河道生境及護(hù)岸改造的基礎(chǔ)上，構(gòu)建較為完整的水生植物系統(tǒng)和濱湖的濕生、陸生喬灌草系統(tǒng)，以及濱岸帶及河道主槽的生物配置及恢復(fù)，形成一個(gè)完整有序、自然過(guò)渡的河道生態(tài)系統(tǒng)。
在水體中種植對(duì)污染物吸收能力強(qiáng)、耐受性好的植物，應(yīng)用植物的生物吸收及根區(qū)修復(fù)機(jī)理(植物一微生物的聯(lián)合作用)去除污染物或?qū)⑽廴疚镉枰怨潭ǎ瑥亩鴮?shí)現(xiàn)修復(fù)水體的目的。根據(jù)水位變化由岸邊向河內(nèi)梯次布置挺水、沉水植物，采用塊狀或帶狀混交方式配置，使水岸線曲折變化有序，形成良好的景觀效果。根據(jù)上海地區(qū)的氣候及水質(zhì)特點(diǎn)，植物品種選擇夏綠型、冬綠性和常綠型搭配，挺水植物如蘆葦、香蒲、黃葛蒲，浮葉植物如睡蓮、萍逢草，沉水植物如輪葉黑藻、苦草、范草、金魚藻等本地種，營(yíng)造四季常綠的天然水環(huán)境效果。
該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的河道為開放式河道，水生動(dòng)物放養(yǎng)以螺、河蚌等遷移較慢的底棲動(dòng)物為主，可攝食藻類，促使河水中懸浮物質(zhì)絮凝，并利用食物鏈關(guān)系進(jìn)行有效的回收和利用資源，取得水質(zhì)凈化和資源化、生態(tài)效果等綜合效益。
3. 4. 3生態(tài)濕地
生態(tài)濕地重點(diǎn)布設(shè)于琵鷺河?xùn)|段南側(cè)岸邊，其他河段零星分布，濕地控制水深為20—40cm ,屬于表流人工濕地。污水從濕地基質(zhì)表面流過(guò)時(shí)，通過(guò)植物根莖的攔截作用以及根莖上生成的生物膜的降解作用去除水中污染物。在較寬的河道中錯(cuò)落有致的安排一系列生態(tài)島(島I、島II)，不僅增加水生植物種植面積，還起到將河水分流、改變水流方向和減緩水流速度的作用，使含有污染物的水體更多的與水生植物接觸，更好的起到固定、過(guò)濾、吸收的作用。
3.5景觀綠化
景觀設(shè)計(jì)以“人文——生態(tài)——節(jié)能”為主旨，與鎮(zhèn)域規(guī)劃的功能區(qū)分布相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)生態(tài)社區(qū)、裕安現(xiàn)代社區(qū)和商務(wù)活動(dòng)區(qū)，人文活動(dòng)較為密集，河邊間隔設(shè)計(jì)親水步道和木棧道，增加人與水的互動(dòng)，營(yíng)造出健康向上的城市氛圍。生態(tài)體驗(yàn)園和森林公園段，兩側(cè)陸域帶以喬木為主，整個(gè)森林公園將形成一個(gè)巨大的城市綠肺，不同樹形、季相、色彩的品種錯(cuò)落布置，以形成高低不平的林冠線、顏色豐富的彩葉林。
3.6河道水動(dòng)力及水質(zhì)分析
為確保河道行洪安全，分析護(hù)岸防沖流速，對(duì)采取生態(tài)修復(fù)后的工程效果進(jìn)行分析，采用二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型MIKE11的HD(水動(dòng)力)和AD(水質(zhì))模塊，以四號(hào)河為例進(jìn)行計(jì)算分析。
河道流速分析了引排水不同工況，計(jì)算結(jié)果顯示河道內(nèi)的最大流速約為0. 65m/s，結(jié)合工程區(qū)的地質(zhì)條件分析，確定河道的防護(hù)范圍，并選擇滿足抗沖流速的、透水性好、植生能力強(qiáng)的護(hù)砌材料對(duì)河道邊坡進(jìn)行保護(hù)。
河道水質(zhì)改善分析，模擬水資源調(diào)度時(shí)的排污引清過(guò)程，以及生態(tài)修復(fù)工程措施后水體的自凈恢復(fù)效果。計(jì)算結(jié)果表明:在有面源污染、無(wú)生態(tài)修復(fù)的情況下，河道水體的氨氮7天后超標(biāo)，總磷9天后超標(biāo)，惡化為W類水;有生態(tài)修復(fù)的情況下，氨氮在15天后超標(biāo)，總磷在13天后超標(biāo)，且濃度變大的速率明顯低于無(wú)生態(tài)修復(fù)的情況。由此可見(jiàn)，生態(tài)修復(fù)減緩了面源污染對(duì)水體的惡化速度，對(duì)四號(hào)河的水環(huán)境改善有較好的作用。
3.7綜合分析
河道生態(tài)治理需建立在對(duì)河道生態(tài)現(xiàn)狀全面調(diào)研、監(jiān)測(cè)和深人分析的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用水利工程學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、生態(tài)工程學(xué)和景觀園林工程學(xué)等原理和方法，充分體現(xiàn)河道及周邊區(qū)域發(fā)展的特點(diǎn)開展設(shè)計(jì)。陳家鎮(zhèn)地區(qū)屬于平原河流，河道特性是水淺面寬，水流平緩，水位隨季節(jié)變化較小，因此河道生態(tài)治理采取有針對(duì)性地措施，首先要增加水面、溝通水系，促進(jìn)水體流動(dòng)，增加調(diào)蓄容量;其次，生態(tài)修復(fù)以自然為主，充分利用現(xiàn)狀河道的地形和形態(tài)，輔以地形塑造和斷面設(shè)計(jì)，適當(dāng)布置濕地、島嶼，滿足不同水生物生長(zhǎng)所需的生境條件;最終目的是構(gòu)建具有自我修復(fù)及穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，物種選擇及配置以本土種為主，形成生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)。
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