金陵科技學(xué)院水環(huán)境整治措施研究

劉菲菲，蔣曉艷，王啟凡，鐘琦皓

(1.淮安市水利水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001；2.華設(shè)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司常州分公司，江蘇 常州 213011；3.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 徐州 221000)

1 工程概況

本項(xiàng)目工程地點(diǎn)位于南京市金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)，設(shè)計(jì)范圍校園水系及周邊環(huán)境。金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)校內(nèi)現(xiàn)狀水系由自西北到東南方向的校園河道與校園西南方向的望山湖組成，全長(zhǎng)約1.4km。校園的河道原為東方溝泄洪道，校園建成后開(kāi)挖了連接望山湖與東方溝的河道。根據(jù)河道功能和走向可劃分為3段：1號(hào)河段為弘景大道～鏡湖段(K0+000～K0+420)，是自北向南的泄洪、景觀河道，約420m；2號(hào)河段為鏡湖～望山湖段(WK0+000～WK0+430)，是自北向南的排澇、景觀河道，約430m；3號(hào)河段為鏡湖～知行路段(K0+420～K0+975)，是自西向東的泄洪、景觀河道，約550m。工程的主要任務(wù)是通過(guò)控源截污、清淤疏浚、引流補(bǔ)水、岸坡改造及生態(tài)修復(fù)、景觀提升等一系列措施實(shí)施，削減污染源入河量，改善河道水質(zhì)，構(gòu)建完善的水生態(tài)系統(tǒng)，提升濱河景觀。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文條件

根據(jù)《解溪河流域水利綜合規(guī)劃(2020—2035)》，學(xué)院內(nèi)部河道距解溪河較近，外圍解溪河流域非汛期為10月—次年4月。非汛期10—12月安排東方溝鏡湖段施工，主要考慮上游0.96km2方山來(lái)水以及區(qū)間段施工期匯水；汛期主要安排望山湖段施工，主要考慮區(qū)間0.11km2匯水。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料和鄰近工程經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域?yàn)橹杏矆?chǎng)地土，其余沿線場(chǎng)地土類型為中軟土，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)可液化土層，除①層素填土外，無(wú)其它特殊性土。但勘探深度內(nèi)的④層流塑～軟塑狀粉質(zhì)黏土，其靈敏度高，高壓縮性，地震作用下可能引起沉陷，導(dǎo)致岸坡破壞，工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其不利影響。河道沿線堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ類)，按照地質(zhì)條件分類可定為C類；堤岸依據(jù)地質(zhì)條件分類可劃分為穩(wěn)定性較差岸坡。本場(chǎng)地整體較穩(wěn)定，遇到的水文地質(zhì)問(wèn)題可以采取工程技術(shù)措施處理。

3 工程現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

3.1 雨污水管網(wǎng)現(xiàn)狀

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，金陵科技學(xué)院內(nèi)部污水系統(tǒng)健全，目前主、次通道運(yùn)行良好，僅圖書(shū)館～金陵?yáng)|路段De200的污水支管高峰時(shí)段存在運(yùn)行不暢現(xiàn)象，經(jīng)常造成污水外溢，污染河道。

3.2 水安全存在問(wèn)題

現(xiàn)狀溢流壩4無(wú)法達(dá)到洪澇分治的目的，汛期上游來(lái)水仍能通過(guò)溢流壩4排入望山湖段(2#河段)，加大了望山湖的排澇壓力，易造成望山湖賓館范圍淹水。部分岸坡沖刷較為嚴(yán)重，已形成明顯陡坎，存在一定安全隱患。

水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示：7個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面6個(gè)斷面水質(zhì)為劣Ⅴ類，還有1個(gè)Ⅳ類，主要超標(biāo)因子是氨氮、總磷、化學(xué)需氧量。由于某一個(gè)斷面過(guò)路涵處晴天抽排污水不及時(shí)，雨天雨污水混流進(jìn)入校園內(nèi)，導(dǎo)致河道各指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，嚴(yán)重惡化下游河道水質(zhì)。

從匯水范圍內(nèi)各污染源的COD入河量來(lái)看，城鎮(zhèn)生活污染>城鎮(zhèn)地表徑流>內(nèi)源污染。現(xiàn)狀部分蓄水建筑物破損、老舊；現(xiàn)狀蓄水梯級(jí)設(shè)置不合理；枯水期水體流動(dòng)性差，造成河道局部淤塞嚴(yán)重，水體溶解氧降低，影響了物種的分布和豐度以及水生群落的組成和多樣性。

河道斷面形式單一，可供水生植物生長(zhǎng)的基底相對(duì)較少?，F(xiàn)狀水生植物缺乏養(yǎng)護(hù)、清理，局部出現(xiàn)浮萍泛濫，未形成健康的水生態(tài)系統(tǒng)。水體及沿岸空間場(chǎng)所感不明確，沒(méi)有形成一個(gè)完整的、讓師生停留的空間，缺乏一種應(yīng)有的“領(lǐng)域感”，難以吸引行人停下腳步進(jìn)行休閑交流活動(dòng)。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 治理策略

提升金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)水環(huán)境，主要包括控源截污、內(nèi)治理引流補(bǔ)水、生態(tài)修復(fù)與景觀提升四個(gè)方面工程措施，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)河湖長(zhǎng)效管護(hù)。

(1)控源截污：削減染物入河量

通過(guò)點(diǎn)源治理與面削減，實(shí)現(xiàn)旱天污水不入河，融入“滲、蓄、滯、凈、用、排”的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建海綿城市，保障區(qū)域內(nèi)水環(huán)境安全。

(2)內(nèi)源治理：削減污染

通過(guò)環(huán)保清淤，消除河湖內(nèi)源污染障道水質(zhì)。

(3)引流補(bǔ)水：構(gòu)建區(qū)域循環(huán)

通過(guò)構(gòu)建內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)與校外補(bǔ)水，優(yōu)化位在保障河道安全的基通過(guò)構(gòu)建內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)與校外補(bǔ)水，優(yōu)化位在保障河道安全的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)水動(dòng)力條件保障河道生態(tài)需水。

(4)岸坡改造及生態(tài)修復(fù)：保障水體系統(tǒng)穩(wěn)定

通過(guò)生態(tài)河道構(gòu)建、望山湖草型清水穩(wěn)，在保障安全的基礎(chǔ)上提升河道水質(zhì)，增強(qiáng)湖自凈功能完善生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 控源截污

4.2.1 上游雨污合流排口治理方案比選

治理方案比選結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)綜合分析比較后決定本次點(diǎn)源治理采用方案三：弘景大道污水由上游高新園雨污分流工程解決，雨污分流工程需與本次工程同步實(shí)施，實(shí)施完成后保證高新園方向無(wú)污水下東方溝。未實(shí)施雨污分流工程前，高新園應(yīng)復(fù)核現(xiàn)狀過(guò)路涵處潛污泵抽排污水量，對(duì)擋墻進(jìn)行加固防滲漏，同時(shí)建議對(duì)東方溝上游段實(shí)施清淤，并定期對(duì)涵洞內(nèi)沉積物進(jìn)行清理，盡量減少污水入河。

表1 方案比選表

4.2.2 局部段污水管線改造

金陵科技學(xué)院內(nèi)部污水系統(tǒng)健全，管網(wǎng)由北向南排向現(xiàn)狀污水處理設(shè)施，后接入市政污水系統(tǒng)。日高峰時(shí)段污水量約2300m3/d，校內(nèi)污水處理設(shè)施規(guī)模3000m3/d，滿足需求。根據(jù)調(diào)查，目前主、次通道運(yùn)行良好，僅圖書(shū)館～金陵?yáng)|路段De200的污水支管高峰時(shí)段存在運(yùn)行不暢現(xiàn)象，經(jīng)常造成污水外溢，污染河道。

根據(jù)GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》按照?qǐng)D書(shū)館的生活用水定額及小時(shí)變化系數(shù)計(jì)算圖書(shū)館每日最大時(shí)的排水量，即高峰期排水量，得22.6m3/h。根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)資料復(fù)核現(xiàn)狀De200污水管的過(guò)流能力，根據(jù)復(fù)核結(jié)果知現(xiàn)狀76.11%(長(zhǎng)約159.3m)污水管段滿足過(guò)流，在化糞池前有28.5m平坡段(約13.62%)，化糞池后有21.5m逆坡段(約10.27%)不滿足過(guò)流。

本次污水管線的平面布置大部分沿現(xiàn)狀污水管位布置，終點(diǎn)接污水主管時(shí)局部微調(diào)，沿線共敷設(shè)De200PE管30m，d300鋼筋砼管217m、新建模塊檢查井12座。污水管設(shè)計(jì)縱坡為3‰，管道平均埋深1.5m。De200污水管采用雙壁纏繞管，采用遇水膨脹橡膠圈接口，承插式連接；d300污水管采用鋼筋混凝土Ⅱ級(jí)承插管，承插管采用橡膠圈接口。

對(duì)擬廢除管道原則上需做挖除處理。對(duì)暫不具備挖除條件的管道，采取水泥黏土漿進(jìn)行封堵處理，待具備條件后最終進(jìn)行挖除；在兩端檢查井內(nèi)填充水泥黏土漿，將管段填實(shí)，檢查井內(nèi)用素混凝土填充至管頂以上不小于0.5m，素混凝土頂至地面用粘土回填。在道路上的檢查井，井內(nèi)回填還應(yīng)同時(shí)滿足道路恢復(fù)要求。

4.2.3 面源污染削減

低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)按主要功能一般可分為滲透、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等幾類[1-2]。根據(jù)不同技術(shù)綜合利用，控制徑流量、污染源和雨水回收。工程設(shè)計(jì)中，充分利用當(dāng)?shù)厮Y源條件和投資資金情況，因地制宜，盡可能選擇影響程度較低的技術(shù)組合。諸如透水磚、滲井、蓄水池、雨水花園、植被緩沖帶等，這些設(shè)施根據(jù)不同類型用地的功能布局選擇。本次設(shè)計(jì)的河道位于金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)內(nèi)，結(jié)合河道特點(diǎn)(護(hù)砌、水深等)，本次設(shè)計(jì)主要選用雨水花園及植被緩沖帶等。

學(xué)校西南角現(xiàn)狀雨水花園枯水期河床裸露，綠地與植物退化，影響了校園整體形象。本次設(shè)計(jì)結(jié)合景觀，重新調(diào)整綠化地形，打造層次分明、清新開(kāi)闊、造型別致的雨水花園?，F(xiàn)狀樹(shù)形不佳或枯死的樹(shù)木移除。低洼處及兩側(cè)以形態(tài)各異的卵石為基調(diào)，在其周?chē)贾眠m合濕地生長(zhǎng)的植物。植物搭配要注意顏色、形狀、季相，以及立體層次，確保具有一定的觀賞性。結(jié)合補(bǔ)水工程，保證雨水花園內(nèi)常年有溪流景觀。地形微調(diào)，設(shè)步道和休息亭，成為師生散步休憩區(qū)。

植物緩沖帶主要位于濱水綠地，面積約9500m2。其中，望山湖植被緩沖帶保留上層成材喬木，對(duì)長(zhǎng)勢(shì)不好的喬木和花灌木進(jìn)行修剪或清除。節(jié)點(diǎn)處適當(dāng)補(bǔ)充小花喬。對(duì)下層地被進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。種植自然型、輕管養(yǎng)、易形成季節(jié)性效果的觀賞草，沿湖的濱水植被緩沖帶，對(duì)周邊入河面源污染進(jìn)行削減，詳見(jiàn)景觀提升和岸坡改造工程。

4.3 內(nèi)源治理

4.3.1 底泥現(xiàn)狀

由于較長(zhǎng)時(shí)間未清淤，金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)內(nèi)河道底泥淤積深度超過(guò)0.5m，對(duì)河道行洪、排澇產(chǎn)生不利影響；淤泥中含有大量的氮磷元素，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)河道水質(zhì)和水生物產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在底泥清淤時(shí)，應(yīng)根據(jù)污染情況選擇合理的清淤方式，優(yōu)先采用河道清淤的先進(jìn)技術(shù)方法，比選出較好的方法和清淤機(jī)械[3]，盡量避免清淤過(guò)程中造成大的二次污染問(wèn)題，沿程清淤深度可參照本次測(cè)量的底泥深度并結(jié)合河道岸坡整治進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，提出最終合理的處理處置方案。

4.3.2 河道清淤

設(shè)計(jì)金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)內(nèi)河道底高程自上而下為10.60～7.01m。金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)內(nèi)河道約1.4km，現(xiàn)狀河底高程為7.01～11.15m，淤泥深度約為0.4～0.7m，平均清淤深度0.6m，清淤量約為1.67萬(wàn)m3。

河道清淤時(shí)，需根據(jù)河道上下游河床的落差，對(duì)全河段進(jìn)行統(tǒng)一的分析和考慮，處理好疏浚段進(jìn)、出口與原河道的銜接，使清淤后的河道坡降保持自然、平順，河線保持順直，不過(guò)分切槽。河道清淤疏浚時(shí)，按設(shè)計(jì)河底高程、設(shè)計(jì)河底寬度及兩岸設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行機(jī)械清淤，清淤邊線應(yīng)離岸邊有一定的距離(特別注意現(xiàn)有擋墻附近)，避免影響河道岸坡穩(wěn)定。應(yīng)盡量保護(hù)天然河道自然形成的邊灘和河心灘，對(duì)影響行洪的灘地按河道行洪斷面要求適當(dāng)清除，但要避免過(guò)度清灘。人工與機(jī)械等多種疏浚方式相結(jié)合，對(duì)橋梁底部等部位采用人工方式，以保護(hù)現(xiàn)有建筑物，對(duì)開(kāi)闊場(chǎng)地采用機(jī)械方式，提高疏浚效率。

從河道現(xiàn)狀、河道周邊情況、施工場(chǎng)地需求、設(shè)備適應(yīng)性、擾民情況、工作效率、施工便利性等角度對(duì)清淤方式(陸地機(jī)械、水力沖挖機(jī)組、挖泥船等)進(jìn)行比選[4]。金陵科技學(xué)院江寧校區(qū)內(nèi)河道兩岸為校內(nèi)道路或圖書(shū)館、教學(xué)樓、宿舍區(qū)等，為保障工程實(shí)施盡可能減小對(duì)周?chē)a(chǎn)生不利的影響，同時(shí)兼顧后續(xù)生態(tài)修復(fù)等措施的施工方式，綜合分析確定本次主要采用水力沖挖機(jī)組的清淤方式。利用高壓泵產(chǎn)生高速水流沖刷，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合，再由立式泥漿泵及其輸泥管吸送[5]。清淤施工過(guò)程中，在距原狀擋土墻1m范圍內(nèi)不得使用高壓水槍沖淤，應(yīng)采用人工挖除淤泥。

4.3.3 淤泥處置

目前國(guó)內(nèi)外淤泥處置大多以脫水和固化為主，分為自然脫水、預(yù)壓脫水、機(jī)械脫水、攪拌固結(jié)等方法，每種方法都可用于疏浚淤泥處理處置，但每種技術(shù)都有其適用的條件[6]。應(yīng)結(jié)合江寧校區(qū)現(xiàn)場(chǎng)條件和建設(shè)單位投資規(guī)模，盡可能無(wú)害化處理，經(jīng)濟(jì)條件允許可以淤泥資源化。為減少施工過(guò)程中對(duì)兩岸產(chǎn)生的不利影響，采用土工管袋法對(duì)泥漿進(jìn)行排水固結(jié)。場(chǎng)地選在望山湖周邊預(yù)留地，面積約6000m2。淤泥脫水固化之后運(yùn)輸至南京市指定的場(chǎng)地進(jìn)行填埋。

4.4 引流補(bǔ)水

本次引流補(bǔ)水工程設(shè)計(jì)在依托整個(gè)片區(qū)引補(bǔ)水布局的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，針對(duì)校內(nèi)河道補(bǔ)水僅靠降雨，無(wú)引補(bǔ)水措施，存在旱季缺水，水動(dòng)力條件差等問(wèn)題，為保障河道生態(tài)基流流量，提升河道自凈能力，設(shè)計(jì)河道蓄水、校內(nèi)活水循環(huán)、校外生態(tài)補(bǔ)水3項(xiàng)措施，為構(gòu)建河道生態(tài)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。活水應(yīng)注意避免死水區(qū)，同時(shí)做好流量分配。工程全線共新建或拆建5座建筑物，其中新建溢流堰3座，拆建蓄水壩2座。橡膠壩汛期頻繁升降壩時(shí)速度較慢，行洪速度快時(shí)，橡膠體易被砂石、漂浮物損壞；另外，橡膠壩多采用充水方式，在冬季容易受冰害影響[7]，故不使用于本工程。由于本工程設(shè)計(jì)洪水位較高，液壓翻板門(mén)的液壓傳導(dǎo)及電氣部分汛期在水下，操作安全性無(wú)法控制，加上液壓翻板門(mén)的制造、維護(hù)成本非常高，因此本工程選用氣動(dòng)盾型閘門(mén)。

4.5 岸坡改造及生態(tài)修復(fù)

4.5.1 岸坡改造

護(hù)岸設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合安全、生態(tài)、景觀3個(gè)方面考慮，在斷面的處理上，自下而上可分為常水位以下、水位變化區(qū)、水位以上3個(gè)區(qū)域進(jìn)行組合打造。常水位以下護(hù)岸設(shè)計(jì)應(yīng)以堅(jiān)固耐久、抗沖刷、抗磨損性能為重點(diǎn)；水位變化區(qū)護(hù)岸工程以保證安全穩(wěn)定條件下，適度考慮景觀生態(tài)，選擇適宜水生物生存的仿自然狀態(tài)的護(hù)岸；水位以上應(yīng)以邊坡固土、景觀打造、綠化工程為重點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

護(hù)岸型式的選擇應(yīng)充分考慮現(xiàn)狀地形、政策處理、工程造價(jià)、交通要求以及運(yùn)行維護(hù)管理等方面因素。當(dāng)前新型生態(tài)護(hù)岸型式較多，本次擬從下面幾種護(hù)岸型式中進(jìn)行選擇?？紤]工程銜接及景觀多樣化，本次護(hù)岸設(shè)計(jì)水位變化區(qū)因地制宜選擇雷諾護(hù)墊、仿木樁護(hù)岸、植草+魚(yú)巢式生態(tài)護(hù)岸3種護(hù)岸型式，部分緩坡段常水位變動(dòng)區(qū)采用景觀鵝卵石防護(hù)；常水位以上選擇三維植生墊護(hù)坡防護(hù)。

4.5.2 生態(tài)修復(fù)

在截污工程近期可完成，無(wú)明顯點(diǎn)源污染源直排入河后，具備實(shí)施河道生態(tài)治理的條件。江寧校區(qū)內(nèi)待治理的河道，周邊區(qū)域空地較多，校園人流動(dòng)性較大，對(duì)景觀需求量大，河道水環(huán)境改造關(guān)鍵在于營(yíng)造水生物多樣性、水質(zhì)改善和景觀打造?？梢岳眯^(qū)地形特點(diǎn)和地貌條件，增加河道蜿蜒性，以復(fù)式斷面為主，建設(shè)人工濕地，采用親水環(huán)保材料施工，采取干預(yù)技術(shù)措施加快恢復(fù)水生生物。

結(jié)合河道特點(diǎn)(護(hù)砌、水深)及周邊用地現(xiàn)狀，本次生態(tài)治理主要設(shè)計(jì)了河道平面形態(tài)、河道斷面形式以及河道內(nèi)微地形優(yōu)化，進(jìn)行河道水生動(dòng)植物恢復(fù)，同時(shí)，選用增氧(推流曝氣、噴泉曝氣)及投加改性礦物材料等水質(zhì)凈化輔助技術(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)控源截污、內(nèi)源治理措施，解決校園水系現(xiàn)狀存在污染源問(wèn)題，可保障晴天污水不入河，雨天面源污染大大削減，改善河湖水質(zhì)。通過(guò)引流補(bǔ)水、岸坡改造及生態(tài)修復(fù)措施，在保障河道行洪安全的基礎(chǔ)上，解決校園水系現(xiàn)狀存在河湖自凈功能弱等問(wèn)題，構(gòu)建多樣生境，著力恢復(fù)河湖健康的生態(tài)系統(tǒng)。結(jié)合校區(qū)建設(shè)規(guī)劃，必須要充分利用好現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，削減污染源入河量，綜合施策，著力于構(gòu)建完善的水生態(tài)系統(tǒng)。針對(duì)河道上游點(diǎn)源污染治理，必須要高度重視，點(diǎn)源治理實(shí)施不得晚于本工程實(shí)施，對(duì)校園水環(huán)境面源污染定性定量分析和實(shí)施效果評(píng)估還有待進(jìn)一步研究。校園水系應(yīng)建立長(zhǎng)效岸線管理機(jī)制[8]，實(shí)現(xiàn)河湖長(zhǎng)治久清。