海綿城市建設與河道綜合治理模式研究論文
海綿城市建設與河道綜合治理模式研究論文
近年來我國的城鎮化水平快速提高，城鎮化率從2004年的41.76%上升到2014年的54.77%，與之相伴的是城市發展面臨的環境和資源問題日益凸顯。海綿城市建設是有效解決上述問題的重要舉措，它以水為主線，以城市規劃建設和管理為載體，構建城市良性水迴圈系統，增強城市水安全保障能力和水資源水環境承載能力。
目前，城市水安全中普遍存在城市河湖、溼地萎縮，河湖水生態空間被嚴重擠佔，水生態惡化，水災害加劇等問題。加強城市河湖綜合治理，實施水生態修復是海綿城市建設的重要組成部分，是保障海綿城市建設“滲、滯、蓄、淨、用、排”各項措施發揮系統治理效益的重要基礎。本文結合海綿城市建設理念及其河流治理目標，以上海崇明陳家鎮河道設計為案例，闡述城市河流水系的具體設計思路、方法及技術方案，為城市河道治理建設，構建城市良性水迴圈系統提供借鑑和參考。
1海綿城市理念
海綿城市是以低影響開發建設模式為基礎，以防洪排澇體系為支撐，充分發揮綠地、土壤、河湖水系等對雨水徑流的自然積存、滲透、淨化和緩釋作用，實現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境變化的影響，保護和改善水生態環境。
城市水系是城市內降雨徑流自然排放的重要通道、受納體及調蓄空間，河湖綜合治理是海綿城市建設水利工作的重要內容。根據水利部《關於推進海綿城市建設水利工作的指導意見》提出的工作總目標，結合海綿城市建設評價指標，河湖水系綜合治理的目標圍繞水安全、水環境、水資源和水生態四個方面展開。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;水環境方面，加強城市河湖綜合整治和水系連通，控制河流汙染，改善城市水環境;水生態方面，保護和修復河湖水生態系統，提升河流自淨能力;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境承載力，保障海綿城市建設的水環境承載能力。
2城市河流綜合治理是關鍵
河流治理規劃設計從海綿城市建設理念出發，抓住城市河流面臨的關鍵問題，因地制宜提出解決方案，實現多目標控制、多專業協調，發揮河流綜合效益。河流治理設計首先要在科學規劃、系統佈局的基礎上開展，關鍵點在於多目標體系制定，河流總體佈局，生態治理與修復，水景觀建設等方面，其中河流水生態治理與修復技術是重點工作之一，針對特定的河道，需具體分析其存在問題及受損程度，再根據水質水文條件、河流地貌特徵，在滿足防洪、排澇及引水等河道基本功能的基礎上，因地制宜地選擇生態治理、物種恢復等具體治理措施。
3案例分析
以崇明陳家鎮四號河、琵鷺河專案為具體案例，分析海綿城市建設中河道綜合治理內容和模式。
3.1專案概況
陳家鎮位於上海市崇明島的東部，與崇明東灘國際溼地自然保護區相鄰，是崇明生態島建設的重點地區之一，四號河和琵鷺河是鎮域內水系的重要組成部分。陳家鎮—東灘地區規劃配置十大生態功能區，四號河將穿過鎮域內的2大生態功能區(裕安現代社群、國際論壇商務區)和3塊公共綠地(森林公園、生態體驗園、體育公園)，河道總長5. 23km，其中約2. 8 km需實地開河。琵鷺河位於實驗生態社群，河道全長約2km，其中玉葉湖及東側長約1. lkm的河道需實地開挖。陳家鎮水系規劃。
河道存在的主要問題，現狀河道規模小且不貫通，岸坡坍塌、河床淤積，河道的蓄洩能力不足，影響陳家鎮地區的防汛安全;河道內水體渾濁，且含鹽度較高，對水環境及生態系統造成不利影響，與陳家鎮地區建設低碳生態示範區的要求不相適應。針對上述問題，將透過水域保護、水系溝通、水生態修復、增設湖泊溼地等措施，提高防洪排澇能力，達到改善鎮區生態環境的治理目標。
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域防汛安全，改善河流水質，既滿足河流的自身功能又滿足景觀、生態功能及多功能開發的要求。
3.3總體佈局
專案位於崇明陳家鎮生態建設的核心區域，生態景觀要求較高，河道佈局需在河流生態學理論基礎上，按照海綿城市建設理念，在滿足河道防洪除澇標準的前提下，將河道設計成自然生態型的河道。
3.3.1設計原則
(1)保護和恢復河流形態的多樣性，平面上儘量保持河流蜿蜒形態，溝通現有水系，依託現狀地形因地制宜的佈置溼地、人工島，斷面儘量採用複式斷面;
(2)透過河道整治為植物生長和動物棲息創造條件，重點在水域和水陸交錯帶的生態建設;
(3)充分考慮生態系統自我修復和自我淨化功能;
(4)陸域岸坡營造一種人與自然親近的環境，保留河道天然的美學價值。
3. 3. 2河道平面佈置
河道的平面佈局，透過對河道周邊環境的分析，根據鎮域的土地利用規劃和水文、地形等特點條件，因地制宜地合理佈局。琵鷺河以面積3. 34萬m2的玉葉湖為中心，溝通周邊的骨幹河道，區域性區域適當佈置生態溼地;四號河結合周邊的.生態功能區，形成“一廊、二帶、三區”的平面佈局，一廊即生態水廊，二帶為兩岸生態護岸帶，三區則在陸域佈置生態氧吧區、河流溼地區和彩葉林帶區。
3.3.3典型斷面設計
河道斷面首先滿足行洪要求，區域性區域透過地形改造適當佈置溼地、島嶼、淺灘、林蔭、魚礁等為生物提供不同的生境，為生物多樣化創造良好的生存條件。垂直空間領域，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境。透過對現有河道的疏拓及實地段河道的開挖，湖底形態設計和微地形改造，滿足種植不同水生植物的適宜水深。岸坡作為水陸交接面，適當佈置生態溼地、島嶼、淺灘等，有針對性地設定適合生物(微生物、魚類、底棲生物等)生長的護岸結構，如生態石籠、生態魚槽磚、植被型生態混凝土、斜坡式鵝卵石大緩坡等，形成適宜不同水生動、植物生存的連續而又富於變化的生境基底。
3.4.2生物多樣性構建
河道的生態建設。在改善及最佳化的河道生境及護岸改造的基礎上，構建較為完整的水生植物系統和濱湖的溼生、陸生喬灌草系統，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系統。
在水體中種植對汙染物吸收能力強、耐受性好的植物，應用植物的生物吸收及根區修復機理(植物一微生物的聯合作用)去除汙染物或將汙染物予以固定，從而實現修復水體的目的。根據水位變化由岸邊向河內梯次佈置挺水、沉水植物，採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。根據上海地區的氣候及水質特點，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、範草、金魚藻等本地種，營造四季常綠的天然水環境效果。
該專案設計的河道為開放式河道，水生動物放養以螺、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絮凝，並利用食物鏈關係進行有效的回收和利用資源，取得水質淨化和資源化、生態效果等綜合效益。
3. 4. 3生態溼地
生態溼地重點佈設於琵鷺河東段南側岸邊，其他河段零星分佈，溼地控制水深為20—40cm ,屬於表流人工溼地。汙水從溼地基質表面流過時，透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汙染物。在較寬的河道中錯落有致的安排一系列生態島(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，使含有汙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
景觀設計以“人文——生態——節能”為主旨，與鎮域規劃的功能區分佈相結合。實驗生態社群、裕安現代社群和商務活動區，人文活動較為密集，河邊間隔設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。生態體驗園和森林公園段，兩側陸域帶以喬木為主，整個森林公園將形成一個巨大的城市綠肺，不同樹形、季相、色彩的品種錯落佈置，以形成高低不平的林冠線、顏色豐富的彩葉林。
3.6河道水動力及水質分析
為確保河道行洪安全，分析護岸防沖流速，對採取生態修復後的工程效果進行分析，採用二維水動力數學模型MIKE11的HD(水動力)和AD(水質)模組，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，計算結果顯示河道內的最大流速約為0. 65m/s，結合工程區的地質條件分析，確定河道的防護範圍，並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。
河道水質改善分析，模擬水資源排程時的排汙引清過程，以及生態修復工程措施後水體的自淨恢復效果。計算結果表明:在有面源汙染、無生態修復的情況下，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於無生態修復的情況。由此可見，生態修復減緩了面源汙染對水體的惡化速度，對四號河的水環境改善有較好的作用。
3.7綜合分析
河道生態治理需建立在對河道生態現狀全面調研、監測和深人分析的基礎上，綜合運用水利工程學、環境工程學、生態工程學和景觀園林工程學等原理和方法，充分體現河道及周邊區域發展的特點開展設計。陳家鎮地區屬於平原河流，河道特性是水淺面寬，水流平緩，水位隨季節變化較小，因此河道生態治理採取有針對性地措施，首先要增加水面、溝通水系，促進水體流動，增加調蓄容量;其次，生態修復以自然為主，充分利用現狀河道的地形和形態，輔以地形塑造和斷面設計，適當佈置溼地、島嶼，滿足不同水生物生長所需的生境條件;最終目的是構建具有自我修復及穩定的生態系統，物種選擇及配置以本土種為主，形成生物多樣性的生態系統。