海綿城市建設(shè)與河道綜合治理模式研究論文
近年來我國的城鎮(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)境和資源問題日益凸顯。海綿城市建設(shè)是有效解決上述問題的重要舉措，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)空間被嚴重擠占，水生態(tài)惡化，水災害加劇等問題。加強城市河湖綜合治理，實施水生態(tài)修復是海綿城市建設(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，以上海崇明陳家鎮(zhèn)河道設(shè)計為案例，闡述城市河流水系的具體設(shè)計思路、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、河湖水系等對雨水徑流的自然積存、滲透、凈化和緩釋作用，實現(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，減緩或降低自然災害和對環(huán)境變化的影響，保護和改善水生態(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)于推進海綿城市建設(shè)水利工作的指導意見》提出的工作總目標，結(jié)合海綿城市建設(shè)評價指標，河湖水系綜合治理的目標圍繞水安全、水環(huán)境、水資源和水生態(tài)四個方面展開。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準;水環(huán)境方面，加強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，保護和修復河湖水生態(tài)系統(tǒng)，提升河流自凈能力;水資源方面，加強雨水、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)鍵問題，因地制宜提出解決方案，實現(xiàn)多目標控制、多專業(yè)協(xié)調(diào)，發(fā)揮河流綜合效益。河流治理設(shè)計首先要在科學規(guī)劃、系統(tǒng)布局的基礎(chǔ)上開展，關(guān)鍵點在于多目標體系制定，河流總體布局，生態(tài)治理與修復，水景觀建設(shè)等方面，其中河流水生態(tài)治理與修復技術(shù)是重點工作之一，針對特定的河道，需具體分析其存在問題及受損程度，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、物種恢復等具體治理措施。
3案例分析
以崇明陳家鎮(zhèn)四號河、琵鷺河項目為具體案例，分析海綿城市建設(shè)中河道綜合治理內(nèi)容和模式。
3.1項目概況
陳家鎮(zhèn)位于上海市崇明島的東部，與崇明東灘國際濕地自然保護區(qū)相鄰，是崇明生態(tài)島建設(shè)的重點地區(qū)之一，四號河和琵鷺河是鎮(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)，四號河將穿過鎮(zhèn)域內(nèi)的2大生態(tài)功能區(qū)(裕安現(xiàn)代社區(qū)、國際論壇商務區(qū))和3塊公共綠地(森林公園、生態(tài)體驗園、體育公園)，河道總長5. 23km，其中約2. 8 km需實地開河。琵鷺河位于實驗生態(tài)社區(qū)，河道全長約2km，其中玉葉湖及東側(cè)長約1. lkm的河道需實地開挖。陳家鎮(zhèn)水系規(guī)劃。
河道存在的主要問題，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。針對上述問題，將通過水域保護、水系溝通、水生態(tài)修復、增設(shè)湖泊濕地等措施，提高防洪排澇能力，達到改善鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境的治理目標。
3.2河道綜合治理目標
該工程綜合治理目標主要為保障區(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準的前提下，將河道設(shè)計成自然生態(tài)型的河道。
3.3.1設(shè)計原則
(1)保護和恢復河流形態(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，斷面盡量采用復式斷面;
(2)通過河道整治為植物生長和動物棲息創(chuàng)造條件，重點在水域和水陸交錯帶的生態(tài)建設(shè);
(3)充分考慮生態(tài)系統(tǒng)自我修復和自我凈化功能;
(4)陸域岸坡營造一種人與自然親近的環(huán)境，保留河道天然的美學價值。
3. 3. 2河道平面布置
河道的平面布局，通過對河道周邊環(huán)境的分析，根據(jù)鎮(zhèn)域的土地利用規(guī)劃和水文、地形等特點條件，因地制宜地合理布局。琵鷺河以面積3. 34萬m2的玉葉湖為中心，溝通周邊的骨干河道，局部區(qū)域適當布置生態(tài)濕地;四號河結(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
河道斷面首先滿足行洪要求，局部區(qū)域通過地形改造適當布置濕地、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，充分保證水生動植物和陸域動植物生物鏈的完整性和連續(xù)性，同時還要考慮岸坡的透水性和植被率，達到水、岸、陸三位一體的效果。
3. 4生態(tài)修復方案
3.4.1河道生境改造
河道生境改造主要是營造適宜水生生物生長的環(huán)境。通過對現(xiàn)有河道的疏拓及實地段河道的開挖，湖底形態(tài)設(shè)計和微地形改造，滿足種植不同水生植物的適宜水深。岸坡作為水陸交接面，適當布置生態(tài)濕地、島嶼、淺灘等，有針對性地設(shè)置適合生物(微生物、魚類、底棲生物等)生長的護岸結(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、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，形成一個完整有序、自然過渡的河道生態(tài)系統(tǒng)。
在水體中種植對污染物吸收能力強、耐受性好的植物，應用植物的生物吸收及根區(qū)修復機理(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�，從而實現(xiàn)修復水體的目的。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，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，營造四季常綠的天然水環(huán)境效果。
該項目設(shè)計的河道為開放式河道，水生動物放養(yǎng)以螺、河蚌等遷移較慢的底棲動物為主，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)濕地重點布設(shè)于琵鷺河東段南側(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)表面流過時，通過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、過濾、吸收的作用。
3.5景觀綠化
景觀設(shè)計以“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。實驗生態(tài)社區(qū)、裕安現(xiàn)代社區(qū)和商務活動區(qū)，人文活動較為密集，河邊間隔設(shè)計親水步道和木棧道，增加人與水的互動，營造出健康向上的城市氛圍。生態(tài)體驗園和森林公園段，兩側(cè)陸域帶以喬木為主，整個森林公園將形成一個巨大的城市綠肺，不同樹形、季相、色彩的品種錯落布置，以形成高低不平的林冠線、顏色豐富的彩葉林。
3.6河道水動力及水質(zhì)分析
為確保河道行洪安全，分析護岸防沖流速，對采取生態(tài)修復后的工程效果進行分析，采用二維水動力數(shù)學模型MIKE11的HD(水動力)和AD(水質(zhì))模塊，以四號河為例進行計算分析。
河道流速分析了引排水不同工況，計算結(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，確定河道的防護范圍，并選擇滿足抗沖流速的、透水性好、植生能力強的護砌材料對河道邊坡進行保護。
河道水質(zhì)改善分析，模擬水資源調(diào)度時的排污引清過程，以及生態(tài)修復工程措施后水體的自凈恢復效果。計算結(jié)果表明:在有面源污染、無生態(tài)修復的情況下，河道水體的氨氮7天后超標，總磷9天后超標，惡化為W類水;有生態(tài)修復的情況下，氨氮在15天后超標，總磷在13天后超標，且濃度變大的速率明顯低于無生態(tài)修復的情況。由此可見，生態(tài)修復減緩了面源污染對水體的惡化速度，對四號河的水環(huán)境改善有較好的作用。
3.7綜合分析
河道生態(tài)治理需建立在對河道生態(tài)現(xiàn)狀全面調(diào)研、監(jiān)測和深人分析的基礎(chǔ)上，綜合運用水利工程學、環(huán)境工程學、生態(tài)工程學和景觀園林工程學等原理和方法，充分體現(xiàn)河道及周邊區(qū)域發(fā)展的特點開展設(shè)計。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)治理采取有針對性地措施，首先要增加水面、溝通水系，促進水體流動，增加調(diào)蓄容量;其次，生態(tài)修復以自然為主，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，適當布置濕地、島嶼，滿足不同水生物生長所需的生境條件;最終目的是構(gòu)建具有自我修復及穩(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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