海綿城市建設與河道綜合治理模式研究論文
近年來(lái)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(fā)展面臨的環(huán)境和資源問(wèn)題日益凸顯。海綿城市建設是有效解決上述問(wèn)題的重要舉措，它以水為主線(xiàn)，以城市規劃建設和管理為載體，構建城市良性水循環(huán)系統，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(wèn)題。加強城市河湖綜合治理，實(shí)施水生態(tài)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、凈、用、排”各項措施發(fā)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(shù)方案，為城市河道治理建設，構建城市良性水循環(huán)系統提供借鑒和參考。
1海綿城市理念
海綿城市是以低影響開(kāi)發(fā)建設模式為基礎，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(shí)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(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(guān)于推進(jìn)海綿城市建設水利工作的指導意見(jiàn)》提出的工作總目標，結合海綿城市建設評價(jià)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(gè)方面展開(kāi)。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，提升河流自?xún)裟芰?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
河流治理規劃設計從海綿城市建設理念出發(fā)，抓住城市河流面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，因地制宜提出解決方案，實(shí)現多目標控制、多專(zhuān)業(yè)協(xié)調，發(fā)揮河流綜合效益。河流治理設計首先要在科學(xué)規劃、系統布局的基礎上開(kāi)展，關(guān)鍵點(diǎn)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(guān)建設等方面，其中河流水生態(tài)治理與修復技術(shù)是重點(diǎn)工作之一，針對特定的河道，需具體分析其存在問(wèn)題及受損程度，再根據水質(zhì)水文條件、河流地貌特征，在滿(mǎn)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(tài)治理、物種恢復等具體治理措施。
3案例分析
以崇明陳家鎮四號河、琵鷺河項目為具體案例，分析海綿城市建設中河道綜合治理內容和模式。
3.1項目概況
陳家鎮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相鄰，是崇明生態(tài)島建設的重點(diǎn)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(tài)功能區，四號河將穿過(guò)鎮域內的2大生態(tài)功能區(裕安現代社區、國際論壇商務(wù)區)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(cháng)5. 23km，其中約2. 8 km需實(shí)地開(kāi)河。琵鷺河位于實(shí)驗生態(tài)社區，河道全長(cháng)約2km，其中玉葉湖及東側長(cháng)約1. lkm的河道需實(shí)地開(kāi)挖。陳家鎮水系規劃。
河道存在的主要問(wèn)題，現狀河道規模小且不貫通，岸坡坍塌、河床淤積，河道的蓄泄能力不足，影響陳家鎮地區的防汛安全;河道內水體渾濁，且含鹽度較高，對水環(huán)境及生態(tài)系統造成不利影響，與陳家鎮地區建設低碳生態(tài)示范區的要求不相適應。針對上述問(wèn)題，將通過(guò)水域保護、水系溝通、水生態(tài)修復、增設湖泊濕地等措施，提高防洪排澇能力，達到改善鎮區生態(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域防汛安全，改善河流水質(zhì)，既滿(mǎn)足河流的自身功能又滿(mǎn)足景觀(guān)、生態(tài)功能及多功能開(kāi)發(fā)的要求。
3.3總體布局
項目位于崇明陳家鎮生態(tài)建設的核心區域，生態(tài)景觀(guān)要求較高，河道布局需在河流生態(tài)學(xué)理論基礎上，按照海綿城市建設理念，在滿(mǎn)足河道防洪除澇標準的前提下，將河道設計成自然生態(tài)型的河道。
3.3.1設計原則
(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)，溝通現有水系，依托現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(guò)河道整治為植物生長(cháng)和動(dòng)物棲息創(chuàng )造條件，重點(diǎn)在水域和水陸交錯帶的生態(tài)建設;
(3)充分考慮生態(tài)系統自我修復和自我凈化功能;
(4)陸域岸坡?tīng)I造一種人與自然親近的環(huán)境，保留河道天然的美學(xué)價(jià)值。
3. 3. 2河道平面布置
河道的平面布局，通過(guò)對河道周邊環(huán)境的分析，根據鎮域的土地利用規劃和水文、地形等特點(diǎn)條件，因地制宜地合理布局。琵鷺河以面積3. 34萬(wàn)m2的玉葉湖為中心，溝通周邊的骨干河道，局部區域適當布置生態(tài)濕地;四號河結合周邊的.生態(tài)功能區，形成“一廊、二帶、三區”的平面布局，一廊即生態(tài)水廊，二帶為兩岸生態(tài)護岸帶，三區則在陸域布置生態(tài)氧吧區、河流濕地區和彩葉林帶區。
3.3.3典型斷面設計
河道斷面首先滿(mǎn)足行洪要求，局部區域通過(guò)地形改造適當布置濕地、島嶼、淺灘、林蔭、魚(yú)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(dòng)植物和陸域動(dòng)植物生物鏈的完整性和連續性，同時(shí)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(yíng)造適宜水生生物生長(cháng)的環(huán)境。通過(guò)對現有河道的疏拓及實(shí)地段河道的開(kāi)挖，湖底形態(tài)設計和微地形改造，滿(mǎn)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，有針對性地設置適合生物(微生物、魚(yú)類(lèi)、底棲生物等)生長(cháng)的護岸結構，如生態(tài)石籠、生態(tài)魚(yú)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(dòng)、植物生存的連續而又富于變化的生境基底。
3.4.2生物多樣性構建
河道的生態(tài)建設。在改善及優(yōu)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濕生、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(gè)完整有序、自然過(guò)渡的河道生態(tài)系統。
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修復機理(植物一微生物的聯(lián)合作用)去除污染物或將污染物予以固定，從而實(shí)現修復水體的目的。根據水位變化由岸邊向河內梯次布置挺水、沉水植物，采用塊狀或帶狀混交方式配置，使水岸線(xiàn)曲折變化有序，形成良好的景觀(guān)效果。根據上海地區的氣候及水質(zhì)特點(diǎn)，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(yú)藻等本地種，營(yíng)造四季常綠的天然水環(huán)境效果。
該項目設計的河道為開(kāi)放式河道，水生動(dòng)物放養以螺、河蚌等遷移較慢的底棲動(dòng)物為主，可攝食藻類(lèi)，促使河水中懸浮物質(zhì)絮凝，并利用食物鏈關(guān)系進(jìn)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(diǎn)布設于琵鷺河東段南側岸邊，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(guò)時(shí)，通過(guò)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(guò)濾、吸收的作用。
3.5景觀(guān)綠化
景觀(guān)設計以“人文——生態(tài)——節能”為主旨，與鎮域規劃的功能區分布相結合。實(shí)驗生態(tài)社區、裕安現代社區和商務(wù)活動(dòng)區，人文活動(dòng)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(dòng)，營(yíng)造出健康向上的城市氛圍。生態(tài)體驗園和森林公園段，兩側陸域帶以喬木為主，整個(gè)森林公園將形成一個(gè)巨大的城市綠肺，不同樹(shù)形、季相、色彩的品種錯落布置，以形成高低不平的林冠線(xiàn)、顏色豐富的彩葉林。
3.6河道水動(dòng)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(jìn)行分析，采用二維水動(dòng)力數學(xué)模型MIKE11的HD(水動(dòng)力)和AD(水質(zhì))模塊，以四號河為例進(jìn)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(zhì)條件分析，確定河道的防護范圍，并選擇滿(mǎn)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(jìn)行保護。
河道水質(zhì)改善分析，模擬水資源調度時(shí)的排污引清過(guò)程，以及生態(tài)修復工程措施后水體的自?xún)艋謴托Ч�。計算結果表明:在有面源污染、無(wú)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(lèi)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(wú)生態(tài)修復的情況。由此可見(jiàn)，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(xué)、環(huán)境工程學(xué)、生態(tài)工程學(xué)和景觀(guān)園林工程學(xué)等原理和方法，充分體現河道及周邊區域發(fā)展的特點(diǎn)開(kāi)展設計。陳家鎮地區屬于平原河流，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(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(jìn)水體流動(dòng)，增加調蓄容量;其次，生態(tài)修復以自然為主，充分利用現狀河道的地形和形態(tài)，輔以地形塑造和斷面設計，適當布置濕地、島嶼，滿(mǎn)足不同水生物生長(cháng)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(tài)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(tài)系統。
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