雨源型河道多河多點(diǎn)生態(tài)補(bǔ)水案例研究

劉星宇，楊 欣

（1.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120；2.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

本文結(jié)合深圳市前海鐵石片區(qū)水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目，就雨源型城市的多河道多點(diǎn)生態(tài)補(bǔ)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、難點(diǎn)進(jìn)行介紹，為同類型的工程提供一定思路。

1 項(xiàng)目概況

本工程位于深圳市寶安區(qū)前海灣片區(qū)，近年來城區(qū)人口劇增，水資源日漸匱乏。上游鐵崗水庫(kù)為飲水水源，平時(shí)不放水，因此特別在旱季，區(qū)內(nèi)河道基本無來水，造成河道生態(tài)破壞，河道內(nèi)水體腐臭，還有河床裸露等現(xiàn)象。

前海片區(qū)水系眾多，區(qū)域內(nèi)有十余條河道，河道環(huán)境水質(zhì)對(duì)整個(gè)區(qū)域的環(huán)境影響很大。

根據(jù)補(bǔ)水管區(qū)域位置及資金拆分方式等因素綜合考慮，本次補(bǔ)水工程建設(shè)分為五大片區(qū)。其中河?xùn)|河西片區(qū)為現(xiàn)狀補(bǔ)水管線調(diào)整，設(shè)計(jì)補(bǔ)水量20 萬t/天，水源選自固戍污水處理廠深度處理尾水，其管道規(guī)模不變，故不過多介紹；官田片區(qū)新建補(bǔ)水管單獨(dú)自九龍坑水庫(kù)涵管接出，不作為此次介紹內(nèi)容。九圍、固戍、福中福片區(qū)為新建補(bǔ)水管線系統(tǒng)，設(shè)計(jì)補(bǔ)水量12 萬t/天，水源選自固戍污水處理廠深度處理尾水，作為本文重點(diǎn)介紹內(nèi)容。

圖1 片區(qū)分布

本工程補(bǔ)水河道13 條，其中包括九圍片區(qū)5條河：機(jī)場(chǎng)外排渠、三支渠、機(jī)場(chǎng)南排渠、鐘屋排洪渠、新涌；固戍片區(qū)3 條河：南昌涌，鐵崗水庫(kù)排洪河，固戍涌；福中福片區(qū)1 條河：共樂涌；河?xùn)|河西片區(qū)4 條河：西鄉(xiāng)河，咸水涌，新圳河，雙界河。

2 補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

1）補(bǔ)水工程應(yīng)按遠(yuǎn)期規(guī)劃、近遠(yuǎn)期結(jié)合、以近期為主的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）補(bǔ)水管線走向取決于城市路網(wǎng)分布、地形、水源及補(bǔ)水點(diǎn)位置等因素，并充分考慮補(bǔ)水的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

3）補(bǔ)水管管徑選擇根據(jù)補(bǔ)水量分析，管徑以近期為主、復(fù)核遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)。技術(shù)上考慮所選管徑符合補(bǔ)水量及壓力的要求，經(jīng)濟(jì)上考慮工程造價(jià)以及后期運(yùn)行管理成本（如電費(fèi)等）。盡量保證補(bǔ)水管道運(yùn)行時(shí)近期不淤，流速不低于0.6 m/s（對(duì)污水廠再生水等含泥量低的可適當(dāng)降低），遠(yuǎn)期流速安全經(jīng)濟(jì)合理，流速不大于2 m/s。

2.2 補(bǔ)水水源

該區(qū)域河道屬雨源型河道，地表、地下徑流依靠降雨，雨季降雨集中，旱季雨量極少。為滿足旱季補(bǔ)水的要求，結(jié)合寶安區(qū)已實(shí)施的補(bǔ)水項(xiàng)目，以及對(duì)固戍污水廠可用水量的研究，本工程補(bǔ)水水源選擇固戍污水廠深度處理后的再生水。固戍污水處理廠目前正在進(jìn)行二期改造建設(shè)，固戍污水廠可用水量見表1。

表1 污水廠可用水量

2.3 補(bǔ)水點(diǎn)位置

1）補(bǔ)水點(diǎn)位置設(shè)于河道上游端，保證各河道明渠段有一定的水流；

2）補(bǔ)水點(diǎn)位置應(yīng)保證補(bǔ)水后形成恒定流態(tài)，使河道設(shè)計(jì)段水深滿足布置生態(tài)措施及景觀等特定要求；

3）補(bǔ)水點(diǎn)位置的確定需考慮管網(wǎng)敷設(shè)的可能性。

圖2 補(bǔ)水點(diǎn)位置分布

2.4 補(bǔ)水量

1）計(jì)算原則

本工程根據(jù)河長(zhǎng)、河寬、坡降、水位、景觀需求等條件設(shè)計(jì)補(bǔ)水。

非消耗型需水量占比大，以生態(tài)功能及景觀環(huán)境需水量為主；消耗型需水量占比小，跟降雨量、蒸發(fā)量、下滲量等有關(guān)，根據(jù)相關(guān)氣象資料，區(qū)域內(nèi)多年平均降雨量為1 606 mm，蒸發(fā)量為 1 521.7 mm，結(jié)合深圳市海綿城市建設(shè)的現(xiàn)狀考慮，可適當(dāng)忽略。故本次設(shè)計(jì)要求在達(dá)到景觀環(huán)境補(bǔ)水量的前提下兼顧生態(tài)水量。

當(dāng)完全使用再生水時(shí)，景觀河道類水體的水力停留時(shí)間宜在5 天以內(nèi)[1]。根據(jù)區(qū)內(nèi)已進(jìn)行補(bǔ)水的西鄉(xiāng)河、新圳河等河道補(bǔ)水水量推算出河道換水周期為2 天左右，補(bǔ)水后水質(zhì)及景觀改善較明顯。

綜上考慮，本工程補(bǔ)水設(shè)計(jì)以河道換水周期2 天計(jì)算補(bǔ)水量。

2）補(bǔ)水量計(jì)算

表2 補(bǔ)水量計(jì)算結(jié)果

2.5 管線設(shè)計(jì)

1）現(xiàn)狀補(bǔ)水管線敷設(shè)情況

本工程片區(qū)現(xiàn)狀補(bǔ)水管線水源來自固戍污水處理廠的再生水。管線沿城市道路敷設(shè)至西鄉(xiāng)河、咸水涌、新圳河及雙界河補(bǔ)水點(diǎn)，具體敷設(shè)情況如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)狀補(bǔ)水管道

2）新建補(bǔ)水管線敷設(shè)

除個(gè)別新增補(bǔ)水點(diǎn)自現(xiàn)狀補(bǔ)水干管接出以外，根據(jù)片區(qū)新增補(bǔ)水點(diǎn)位置、流量及壓力要求，本工程新建一路補(bǔ)水干管及各路配水支管，干管自固戍污水處理廠再生水經(jīng)泵房加壓供至各補(bǔ)水點(diǎn)。由于管線較長(zhǎng)，根據(jù)設(shè)計(jì)前期資料及現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，設(shè)計(jì)兩種線路方案進(jìn)行比選。

線路方案一：干管線路“銅鼓路-寶源路-碧灣路-寶安大道”。敷設(shè)情況如圖4。

線路方案二：干管線路“銅鼓路-寶源路-機(jī)場(chǎng)南路-航站四路”。敷設(shè)情況如圖5。

圖4 新建補(bǔ)水管道線路方案一

圖5 新建補(bǔ)水管道線路方案二

線路方案一管線最短、水損?。还芫€穿越河道等障礙物較少。但寶安大道交通繁忙，沿線有地鐵1 號(hào)線，需與地鐵等相關(guān)部門溝通同意后方可實(shí)施，寶安大道現(xiàn)狀管線多，施工難度大。

線路方案二沿線道路車輛較少，施工對(duì)交通影響相對(duì)較小。但管線穿越河道較多；穿越現(xiàn)狀燃油管道。

管線過長(zhǎng)除了施工影響大，也對(duì)泵房壓力有更大需求，后期運(yùn)行費(fèi)用不菲，考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性，本次補(bǔ)水管線敷設(shè)采用線路一方案。

3）管線水力計(jì)算

設(shè)計(jì)補(bǔ)水量32 萬t/天，遠(yuǎn)期考慮進(jìn)一步加大補(bǔ)水量。故為保證補(bǔ)水管道運(yùn)行時(shí)近期不淤，遠(yuǎn)期安全經(jīng)濟(jì)合理，計(jì)算干管管徑如表4。

表4 管徑計(jì)算

支管管徑計(jì)算方法與干管一致。

管網(wǎng)以最不利點(diǎn)為控制點(diǎn)，所需壓力如下：

式中：H 為泵房壓力（m）；H1為泵房吸水池最低水位與最不利點(diǎn)出水口管中心高差（m）；H2為管道沿程損失（m）；H3為管道局部損失（m），宜采用當(dāng)量長(zhǎng)度法計(jì)算，也可以沿程損失的30 %計(jì)；H4為服務(wù)水頭（m），考慮景觀效果等，取5～ 10 mH2O。

4）管材比選

根據(jù)所得資料，區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀補(bǔ)水管經(jīng)過計(jì)算對(duì)比，同時(shí)考慮施工進(jìn)度及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，本次工程選擇焊接鋼管。

3 難 點(diǎn)

3.1 定線難

本工程多個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)位于商業(yè)繁華區(qū)域。若補(bǔ)水干管穿越中心交通繁忙地帶，則管道整體里程短，但與各管理部門協(xié)調(diào)溝通工作量大且施工阻礙大；若補(bǔ)水干管避開中心地帶，則施工難度減小，但管道整體里程長(zhǎng)，建設(shè)費(fèi)用及后期運(yùn)行費(fèi)用均高。

3.2 空間難

城市路網(wǎng)下遍布各類市政管線及基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)有綠化帶及非機(jī)動(dòng)車道下橫斷面空間飽和，建設(shè)補(bǔ)水管多需占用機(jī)動(dòng)車道下空間。補(bǔ)水管管徑較大，沿路找出可利用空間實(shí)屬不易。

3.3 施工難

1）補(bǔ)水管大部分位于主次干道以下或附近，施工對(duì)交通影響較大，交通疏解壓力大，部分區(qū)域只能利用晚間施工。

2）市政道路范圍各市政管網(wǎng)眾多，補(bǔ)水管與之交叉多，轉(zhuǎn)彎避讓繁多，現(xiàn)有管線保護(hù)工作量大。

3）部分管線需穿越河道及交通不能中斷的道路，考慮施工周期短，管道的施工方式盡量避開采用施工周期長(zhǎng)的施工方式。故大部分管段采用開挖支護(hù)方式，部分管線采用拖拉管。

3.4 各補(bǔ)水點(diǎn)補(bǔ)水量控制平衡難

補(bǔ)水點(diǎn)多且分散，各補(bǔ)水點(diǎn)處壓力差異大，需采用有效的調(diào)流調(diào)壓設(shè)施，避免出現(xiàn)距污水廠近的補(bǔ)水點(diǎn)補(bǔ)水過量，而最不利補(bǔ)水點(diǎn)水量不足的情況，同時(shí)控制多個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)的水量、水壓，使每個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)實(shí)際運(yùn)行時(shí)補(bǔ)水量盡可能與設(shè)計(jì)相符合。

4 結(jié) 語(yǔ)

作為生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重大舉措，水環(huán)境整治顯得日益重要。治水除了要清理污染、截住污染，還要使水活起來，否則妄談“生態(tài)”二字。尤其對(duì)于雨源型河道來說，若要構(gòu)建一個(gè)完整的水生態(tài)系統(tǒng)，補(bǔ)水是必不可少的一道環(huán)節(jié)，它對(duì)于水生動(dòng)物、植物的棲息，整體環(huán)境的改善作用甚大。本文介紹了城市內(nèi)河道補(bǔ)水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和困難點(diǎn)，希望給同類型工程一些參照及思考。