蘇州古城區(qū)水環(huán)境改善方案研究
——自流活水之配水工程

陳 浩，王 飛，施巍巍

（江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇蘇州215128）

蘇州古城區(qū)水環(huán)境改善方案研究
——自流活水之配水工程

陳 浩，王 飛，施巍巍

（江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇蘇州215128）

配水工程作為蘇州古城區(qū)自流活水核心控導(dǎo)工程，采用底軸驅(qū)動(dòng)翻板門活動(dòng)溢流堰人工實(shí)現(xiàn)古城區(qū)河網(wǎng)水頭差，營(yíng)造南北相對(duì)水勢(shì)，實(shí)現(xiàn)古城河道全面活水，達(dá)到改善古城區(qū)水環(huán)境的目的，且與環(huán)城河周邊景致相融合，突出水文化建設(shè)，彰顯江南水鄉(xiāng)風(fēng)韻。

配水工程；城鎮(zhèn)；水環(huán)境

1 引言

蘇州是我國(guó)歷史悠久的文化名城，水是蘇州的靈魂。蘇州古城座落于水網(wǎng)之中，街道依河而建，建筑臨水而造，蘇州古城因水而起，因水而美，因水而靈。但近年來(lái)隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程和人類脅近作用下［1］，水環(huán)境不斷的惡化，雖然通過(guò)多種舉措治理，并取得了一定成效，但古城區(qū)河網(wǎng)水體水質(zhì)總體改善不明顯，大部分水體透明度遠(yuǎn)達(dá)不到城區(qū)景觀用水的要求［2］-［3］。

通過(guò)建設(shè)有效的控導(dǎo)工程，人工實(shí)現(xiàn)平原河網(wǎng)水頭差，營(yíng)造古城南北相對(duì)水勢(shì)，實(shí)現(xiàn)古城河道全面活水、持續(xù)活水、自流活水。

為加快提升蘇州古城區(qū)河道水質(zhì)，充分利用優(yōu)質(zhì)豐富的過(guò)境水和完備的防洪、引排工程蘇州古城區(qū)自流活水工程主要包括為保障入古城區(qū)調(diào)水提供優(yōu)質(zhì)水源的水源工程、引水后通過(guò)控導(dǎo)措施調(diào)控內(nèi)城河與外城河分流比的配水工程和進(jìn)一步改善內(nèi)城河水流條件的輔助工程三大類。其中，配水工程的主要任務(wù)是營(yíng)造南北相對(duì)水勢(shì)，靈活調(diào)控內(nèi)城河與外城河分流比，為古城片和大包圍內(nèi)各片水系提供適宜需水量。

2 蘇州古城區(qū)河道水質(zhì)及治理現(xiàn)狀存在問(wèn)題

中國(guó)的治水史與社會(huì)發(fā)展史緊密相依。蘇州古城區(qū)河道在上世紀(jì)50年代水質(zhì)良好，上世紀(jì)60年代起市區(qū)河道日趨污染，上世紀(jì)80年代以后，環(huán)城河出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。本世紀(jì)初，特別是近幾年來(lái)，雖然對(duì)水環(huán)境治理力度和保護(hù)重視程度不斷提升，但由于局部區(qū)域工業(yè)、人口的激增［4］，總體水質(zhì)，特別是古城區(qū)河網(wǎng)水體水質(zhì)總體改善不明顯，沒(méi)有出現(xiàn)根本性好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，河道基本喪失自凈能力，水質(zhì)污染嚴(yán)重。蘇州古城區(qū)水環(huán)境存在的主要問(wèn)題有以下幾方面。

（1）整體水質(zhì)差。河網(wǎng)部分水體水質(zhì)指標(biāo)為劣Ⅴ類，大部分水體透明度不足25cm，遠(yuǎn)達(dá)不到城區(qū)景觀用水50cm的要求，局部存在明顯黑臭現(xiàn)象。納污能力超限，河道基本喪失自凈能力［5］，水質(zhì)污染嚴(yán)重。

（2）水體流動(dòng)性差。整個(gè)古城區(qū)河網(wǎng)水力坡降小，河道內(nèi)存在大量局部礙流高坎，倒坡降現(xiàn)象嚴(yán)重，加重了河網(wǎng)淤積，降低了河網(wǎng)水體流動(dòng)性。此外，水系不通暢，嚴(yán)重影響河道水體循環(huán)，加速水體惡化。

（3）現(xiàn)有換水格局效果不佳。古城區(qū)河網(wǎng)現(xiàn)狀換水是通過(guò)沿環(huán)城河分片低洼地排澇泵站來(lái)實(shí)現(xiàn)局部地區(qū)換水的，區(qū)域內(nèi)部排澇根據(jù)地形和行政區(qū)劃，分成北園、桃塢、古城北、干將、古城南和南園六個(gè)排水分片，各片區(qū)換水根據(jù)片區(qū)內(nèi)部要求獨(dú)立調(diào)度，缺乏統(tǒng)籌安排，無(wú)法形成河網(wǎng)整體常態(tài)有序流動(dòng)，整體換水效果不佳。

（4）泵引動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活水弊端多。古城區(qū)河網(wǎng)目前主要依靠泵站抽水措施實(shí)現(xiàn)水體交換、加速水體流動(dòng)改善水環(huán)境。但現(xiàn)有泵站大多建在居民區(qū)，泵站抽水產(chǎn)生噪音擾民，因此，大部份泵站夜間不能運(yùn)行，嚴(yán)重影響換水質(zhì)量和換水效率；同時(shí)，現(xiàn)有泵站效率低，可靠性、穩(wěn)定性、安全性不高，不利游船通航安全；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)耗能耗電，運(yùn)行成本高?，F(xiàn)行泵引方案河網(wǎng)水質(zhì)改善效果不明顯。

（5）現(xiàn)行引水方案不能滿足古城區(qū)內(nèi)部河網(wǎng)環(huán)境改善的需求。古城區(qū)現(xiàn)狀以西塘河引水為主，外塘河為輔。引水進(jìn)入環(huán)城河后，雖然對(duì)改善環(huán)城河水質(zhì)作用明顯，但內(nèi)城河沒(méi)有水頭差，自流進(jìn)入內(nèi)城河流量小，流速緩慢，無(wú)法滿足古城區(qū)河網(wǎng)水環(huán)境改善的需求；受區(qū)域水權(quán)限制和周邊區(qū)域用水要求，僅依靠西塘河無(wú)法為古城河網(wǎng)提供可靠保證。

3 工程建設(shè)的必要性

蘇州城區(qū)地勢(shì)平坦，河網(wǎng)水力坡降小，水體流動(dòng)緩慢，且由于內(nèi)城河河道規(guī)模與環(huán)城河規(guī)模相比差距較大，外引清水絕大部分繞過(guò)內(nèi)城河從東西環(huán)城河南流分散，流入古城區(qū)內(nèi)部河道流量偏少，不足城區(qū)自流活水流量要求的一半，河網(wǎng)水體流動(dòng)性增加不明顯，不能滿足城區(qū)景觀用水的感觀要求，不足以達(dá)到水環(huán)境改善效果，為確保內(nèi)城河一定的流速，進(jìn)一步鞏固截污、清淤、暢流等一系列古城區(qū)河道水質(zhì)提升工程的實(shí)施效果，持續(xù)提升水環(huán)境質(zhì)量，需人為營(yíng)造南北水勢(shì)，新建配水工程來(lái)調(diào)控內(nèi)城河與外城河分流比，使入古城區(qū)水量可調(diào)可控，顯著提高內(nèi)部河網(wǎng)流速。

4 工程措施

為營(yíng)造古城區(qū)南北水頭差，合理控制內(nèi)城河與外城河分流比，實(shí)現(xiàn)按需配水，并滿足環(huán)城河日常通航需要，配水工程在西環(huán)城河五龍橋附近新建閶門堰，防止外引清水直接從西環(huán)城河南流；在東環(huán)城河婁門橋北新建婁門堰，防止外引清水直接從東環(huán)城河南流。

閶門堰和婁門堰均為活動(dòng)溢流堰，單孔凈寬均為16m。根據(jù)環(huán)城河游船類型，為保證枯水期游船正常航行，溢流堰底檻高程均為1.20m，閘孔居中布置，兩側(cè)對(duì)稱布置箱式啟閉機(jī)房?？障漤敳颗c現(xiàn)河道擋墻同高。兩側(cè)采用木棧橋、擋墻等多種型式與原護(hù)岸銜接，上布景觀小品、綠化等，與現(xiàn)有景觀及未來(lái)規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。

4.1 閶門堰

閶門堰布置在西環(huán)城河五龍橋北約70m處，此處水面較窄（約25.2m），不僅可以滿足工程布置的需要，而且可以盡量減小因工程實(shí)施造成水面束窄（含棧橋水面寬21m）的景觀效果影響，同時(shí)可以帶動(dòng)山塘河片區(qū)活水功能的發(fā)揮。閶門堰工程位置見(jiàn)圖1。

閶門堰主要是用于阻止西塘河引來(lái)的清潔水直接流走，使大部分清水留在北環(huán)城河，引導(dǎo)清水通過(guò)北園河、臨頓河、平門河南下進(jìn)入古城區(qū)河網(wǎng)，其余部分進(jìn)入東環(huán)城河。

圖1 閶門堰工程位置圖

閘室采用開敞式的鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為16.5m，岸墻邊墩厚0.6m，閘底板頂面高程為0.0m，底板厚1.8m，閘門工作區(qū)域外的底板上設(shè)80cm高護(hù)門檻，上設(shè)高40cm橡膠板。工作閘門采用底軸驅(qū)動(dòng)翻板式鋼閘門，通過(guò)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)啟閉控制。液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)、電控設(shè)備及沖淤系統(tǒng)的高壓水泵等均布置在兩側(cè)的空箱內(nèi)，空箱頂部與現(xiàn)河道擋墻同高。

4.2 婁門堰

婁門堰結(jié)合蘇州古城墻復(fù)建的景觀要求，布置在東環(huán)城河婁門橋北側(cè)，此處水面因婁門橋橋臺(tái)及橋柱的影響，實(shí)際通航水面較窄（約26.4m），不僅可以滿足工程布置的需要，而且可以盡量減小因工程實(shí)施造成水面束窄（含棧橋水面寬24.2m）的景觀效果影響，同時(shí)不影響婁門泵站、婁江樞紐排澇功能的發(fā)揮。婁門堰工程位置見(jiàn)圖2。

圖2 婁門堰工程位置圖

婁門堰主要是用于阻止外塘河來(lái)的清潔水直接流走，使大部分清水留在北環(huán)城河，通過(guò)北園河、臨頓河、平門河進(jìn)入古城區(qū)河網(wǎng)，其余部分通過(guò)西環(huán)城河。

閘室采用開敞式的鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為16.5m，岸墻邊墩厚0.6m，閘底板頂面高程為0.0m，底板厚2.0m，閘門工作區(qū)域外的底板上設(shè)80cm高護(hù)門檻，上設(shè)高40cm橡膠板。工作閘門采用底軸驅(qū)動(dòng)翻板式鋼閘門，通過(guò)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)啟閉控制。液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)、電控設(shè)備及沖淤系統(tǒng)的高壓水泵等均布置在兩側(cè)的空箱內(nèi)，空箱頂部與現(xiàn)河道擋墻同高。

4.3 門型比選

本工程活動(dòng)溢流堰主要用于營(yíng)造南北相對(duì)水勢(shì)，靈活調(diào)控內(nèi)城河與外城河分流比，為古城片和大包圍內(nèi)各片水系提供適宜需水量，并且要結(jié)合城市規(guī)劃，與周圍景觀相協(xié)調(diào)，充分考慮景觀綠化和城市美化的需要。

根據(jù)《水利水電鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合本工程的實(shí)際情況，可供選擇的閘門型式主要有直升式平面鋼閘門、弧型門、升臥式平面鋼閘門［6］三種結(jié)構(gòu)型式。升臥式平面鋼閘門目前在蘇南地區(qū)的運(yùn)用已經(jīng)非常普遍。它吸收了弧型門和橫拉門的優(yōu)點(diǎn)，與弧型門比較，具有閘墩短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、土建工程量小的優(yōu)點(diǎn)；與橫拉門比較，具有啟閉靈活、配套土建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閘門維修方便的優(yōu)點(diǎn)。該型式的閘門在本工程周邊地區(qū)的類似工程中應(yīng)用較多，積累了豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，有利于本工程今后的運(yùn)行管理。但是由于本工程地處蘇州古城區(qū)的環(huán)城河上，考慮到景觀的整體要求［7］，水面上不宜有較大的建筑物，需考慮新的門型。

經(jīng)多方調(diào)研，結(jié)合蘇州古城河整體景觀的要求，最后確定在本工程中采用底軸驅(qū)動(dòng)式液壓翻板門［8］。底軸驅(qū)動(dòng)式液壓翻板門是一種新型的可調(diào)控溢流閘，由土建結(jié)構(gòu)、帶固定底軸的鋼閘門、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，適用于寬度10～50m，水位差0～4m的河道。由液壓系統(tǒng)控制底軸驅(qū)動(dòng)翻板門可以直立擋水、臥倒放水，不影響游船航行安全，低水位溢流時(shí)形成人工瀑布，具有一定的景觀效果。同時(shí)為防止閘門下游側(cè)長(zhǎng)期運(yùn)行后的泥沙淤積，阻礙閘門的正常啟閉運(yùn)行，在閘門下游側(cè)設(shè)有沖於系統(tǒng)，沖於系統(tǒng)可根據(jù)水閘的運(yùn)行需要在水閘開啟或關(guān)閉前運(yùn)行一段時(shí)間。

5 工程環(huán)境影響及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

蘇州古城區(qū)自流活水工程是一項(xiàng)結(jié)合截污、清淤、保潔等水環(huán)境整治一系列措施，實(shí)現(xiàn)古城區(qū)全面活水、持續(xù)活水和自流活水的重要工程。配水工程作為蘇州古城區(qū)“自流活水”工程的關(guān)鍵工程之一，實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)古城區(qū)河網(wǎng)“自流活水”，增大河網(wǎng)流量與流速，改善河網(wǎng)流動(dòng)性。經(jīng)配水工程的合理調(diào)度后，內(nèi)城河進(jìn)水分流比可由現(xiàn)狀的1/10提高至1/4～3/4，河道流速由現(xiàn)狀的幾乎為零提高到10～60cm/s不等。古城區(qū)河網(wǎng)水體流動(dòng)加快，不僅可改善流速等一些感觀指標(biāo)，對(duì)河道水質(zhì)理化指標(biāo)改善作用也較明顯，使古城區(qū)水質(zhì)、水景觀明顯改善，呈現(xiàn)“水清水好水美，河凈岸潔景秀”。同時(shí)，經(jīng)中心城區(qū)大包圍樞紐的合理調(diào)度，可帶動(dòng)整個(gè)城區(qū)的水體流動(dòng)，達(dá)到水環(huán)境改善目標(biāo)。

蘇州古城區(qū)河道自流活水工程建成后，河道水動(dòng)力條件改善，水環(huán)境容量的增加使得水體承受污染負(fù)荷的能力提高，從而減輕對(duì)污水處理削減率的壓力，降低污水處理費(fèi)用。此外，工程建成后，外圍輸水線路大部分時(shí)間可利用自然水勢(shì)引水入城，內(nèi)城河經(jīng)配水工程合理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)自流活水，相應(yīng)每年可減少現(xiàn)狀利用泵站抽排來(lái)改善水動(dòng)力條件的運(yùn)行費(fèi)用。

6 結(jié)論

通過(guò)實(shí)現(xiàn)古城河網(wǎng)自流活水，促進(jìn)河網(wǎng)水體有序流動(dòng)，并在活水自流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)活水保水質(zhì)、活水減淤積、活水助保潔的作用，達(dá)到持續(xù)改善古城區(qū)河網(wǎng)水環(huán)境水質(zhì)的目的，發(fā)揮惠及周邊綜合效用，恢復(fù)古城水清水好水美，河凈岸潔秀美景色和江南水城獨(dú)特魅力。配水工程全面實(shí)施后，再結(jié)合自流活水的其它工程，可實(shí)現(xiàn)營(yíng)造古城區(qū)南北適宜水頭差達(dá)20cm左右，日均入古城區(qū)水量不少于60萬(wàn)m2。

工程建成后，古城區(qū)內(nèi)部均為自流活水，規(guī)劃引水方案泵站引水工程均在古城區(qū)外圍，遠(yuǎn)離居民區(qū)。其社會(huì)、環(huán)境效益主要有以下幾方面。

（1）實(shí)現(xiàn)古城區(qū)河網(wǎng)全面活水、持續(xù)活水、自流活水，消除泵引換水噪音擾民現(xiàn)象，改善周邊居民居住環(huán)境。

（2）河網(wǎng)水體水質(zhì)改善明顯，水體感觀效果明顯改善，沿河再現(xiàn)水清景美江南水鄉(xiāng)秀麗風(fēng)光，蘇州水城文化和品味進(jìn)一步提升。

（3）自流活水方案配水工程，與環(huán)城河周邊景致與人居環(huán)境相融合，突出水文化建設(shè)，注重開發(fā)水域空間的景觀與休閑娛樂(lè)功能，彰顯江南水鄉(xiāng)風(fēng)韻，促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展。

［1］陳寧，劉凌.江蘇省主要河流水環(huán)境狀況綜合評(píng)價(jià)研究［J］.水電能源科學(xué)，2012，30（04）：19-22.

［2］龔蕾婷，蔡穎，劉華等.生態(tài)治理工程對(duì)太湖入湖河道水環(huán)境改善效果的研究［J］.安微農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（28）：13905-13909.

［3］陶明清，洪惠林.鎮(zhèn)江內(nèi)江水環(huán)境容量影響因素的研究（A）.中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集［C］，2007，941-945.

［4］張穎，劉凌，燕文.區(qū)域水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法［J］.水電能源科學(xué)，2009，27（01）：54-57.

［5］周秋紅，張翔，穆宏強(qiáng)等.水環(huán)境可恢復(fù)性定義及其評(píng)價(jià)指標(biāo)初步研究［J］.水電能源科學(xué)，2011，29（09）：35-37.

［6］羅江紅.現(xiàn)代水工閘門與啟閉設(shè)備的種類和選型［J］.黑龍江水利科技，2012，40（12）：176-177.

［7］陳孟權(quán).城市景觀閘門和啟閉機(jī)的布置與設(shè)計(jì)［J］.水利科技，2013（02）：70-72.

［8］丁少純，蘇長(zhǎng)剛.液壓翻板閘在城市河域景觀中的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2014，42（03）：54-55.

TV66

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：1672-2469（2015）07-0086-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.07.029

陳 浩（1982年—），男，工程師。