海绵城市建设与河道综合治理模式研究论文
时间：2021-08-31海绵城市建设与河道综合治理模式研究论文
近年来我国的城镇化水平快速提高，城镇化率从2004年的41.76%上升到2014年的54.77%，与之相伴的是城市发展面临的环境和资源问题日益凸显。海绵城市建设是有效解决上述问题的重要举措，它以水为主线，以城市规划建设和管理为载体，构建城市良性水循环系统，增强城市水安全保障能力和水资源水环境承载能力。
目前，城市水安全中普遍存在城市河湖、湿地萎缩，河湖水生态空间被严重挤占，水生态恶化，水灾害加剧等问题。加强城市河湖综合治理，实施水生态修复是海绵城市建设的重要组成部分，是保障海绵城市建设“渗、滞、蓄、净、用、排”各项措施发挥系统治理效益的重要基础。本文结合海绵城市建设理念及其河流治理目标，以上海崇明陈家镇河道设计为案例，阐述城市河流水系的具体设计思路、方法及技术方案，为城市河道治理建设，构建城市良性水循环系统提供借鉴和参考。
1海绵城市理念
海绵城市是以低影响开发建设模式为基础，以防洪排涝体系为支撑，充分发挥绿地、土壤、河湖水系等对雨水径流的自然积存、渗透、净化和缓释作用，实现城市雨水径流源头减排、分散蓄滞、缓释慢排和合理利用，使城市像海绵一样，减缓或降低自然灾害和对环境变化的影响，保护和改善水生态环境。
城市水系是城市内降雨径流自然排放的重要通道、受纳体及调蓄空间，河湖综合治理是海绵城市建设水利工作的重要内容。根据水利部《关于推进海绵城市建设水利工作的指导意见》提出的工作总目标，结合海绵城市建设评价指标，河湖水系综合治理的目标围绕水安全、水环境、水资源和水生态四个方面展开。水安全方面，完善城市防洪排涝体系，合理安排洪涝水出路，提高城市防洪排涝标准;水环境方面，加强城市河湖综合整治和水系连通，控制河流污染，改善城市水环境;水生态方面，保护和修复河湖水生态系统，提升河流自净能力;水资源方面，加强雨水、再生水等水源利用，提高城市水资源水环境承载力，保障海绵城市建设的水环境承载能力。
2城市河流综合治理是关键
河流治理规划设计从海绵城市建设理念出发，抓住城市河流面临的关键问题，因地制宜提出解决方案，实现多目标控制、多专业协调，发挥河流综合效益。河流治理设计首先要在科学规划、系统布局的基础上开展，关键点在于多目标体系制定，河流总体布局，生态治理与修复，水景观建设等方面，其中河流水生态治理与修复技术是重点工作之一，针对特定的河道，需具体分析其存在问题及受损程度，再根据水质水文条件、河流地貌特征，在满足防洪、排涝及引水等河道基本功能的基础上，因地制宜地选择生态治理、物种恢复等具体治理措施。
3案例分析
以崇明陈家镇四号河、琵鹭河项目为具体案例，分析海绵城市建设中河道综合治理内容和模式。
3.1项目概况
陈家镇位于上海市崇明岛的东部，与崇明东滩国际湿地自然保护区相邻，是崇明生态岛建设的'重点地区之一，四号河和琵鹭河是镇域内水系的重要组成部分。陈家镇—东滩地区规划配置十大生态功能区，四号河将穿过镇域内的2大生态功能区(裕安现代社区、国际论坛商务区)和3块公共绿地(森林公园、生态体验园、体育公园)，河道总长5. 23km，其中约2. 8 km需实地开河。琵鹭河位于实验生态社区，河道全长约2km，其中玉叶湖及东侧长约1. lkm的河道需实地开挖。陈家镇水系规划。
河道存在的主要问题，现状河道规模小且不贯通，岸坡坍塌、河床淤积，河道的蓄泄能力不足，影响陈家镇地区的防汛安全;河道内水体浑浊，且含盐度较高，对水环境及生态系统造成不利影响，与陈家镇地区建设低碳生态示范区的要求不相适应。针对上述问题，将通过水域保护、水系沟通、水生态修复、增设湖泊湿地等措施，提高防洪排涝能力，达到改善镇区生态环境的治理目标。
3.2河道综合治理目标
该工程综合治理目标主要为保障区域防汛安全，改善河流水质，既满足河流的自身功能又满足景观、生态功能及多功能开发的要求。
3.3总体布局
项目位于崇明陈家镇生态建设的核心区域，生态景观要求较高，河道布局需在河流生态学理论基础上，按照海绵城市建设理念，在满足河道防洪除涝标准的前提下，将河道设计成自然生态型的河道。
3.3.1设计原则
(1)保护和恢复河流形态的多样性，平面上尽量保持河流蜿蜒形态，沟通现有水系，依托现状地形因地制宜的布置湿地、人工岛，断面尽量采用复式断面;
(2)通过河道整治为植物生长和动物栖息创造条件，重点在水域和水陆交错带的生态建设;
(3)充分考虑生态系统自我修复和自我净化功能;
(4)陆域岸坡营造一种人与自然亲近的环境，保留河道天然的美学价值。
3. 3. 2河道平面布置
河道的平面布局，通过对河道周边环境的分析，根据镇域的土地利用规划和水文、地形等特点条件，因地制宜地合理布局。琵鹭河以面积3. 34万m2的玉叶湖为中心，沟通周边的骨干河道，局部区域适当布置生态湿地;四号河结合周边的生态功能区，形成“一廊、二带、三区”的平面布局，一廊即生态水廊，二带为两岸生态护岸带，三区则在陆域布置生态氧吧区、河流湿地区和彩叶林带区。
3.3.3典型断面设计
河道断面首先满足行洪要求，局部区域通过地形改造适当布置湿地、岛屿、浅滩、林荫、鱼礁等为生物提供不同的生境，为生物多样化创造良好的生存条件。垂直空间领域，充分保证水生动植物和陆域动植物生物链的完整性和连续性，同时还要考虑岸坡的透水性和植被率，达到水、岸、陆三位一体的效果。
3. 4生态修复方案
3.4.1河道生境改造
河道生境改造主要是营造适宜水生生物生长的环境。通过对现有河道的疏拓及实地段河道的开挖，湖底形态设计和微地形改造，满足种植不同水生植物的适宜水深。岸坡作为水陆交接面，适当布置生态湿地、岛屿、浅滩等，有针对性地设置适合生物(微生物、鱼类、底栖生物等)生长的护岸结构，如生态石笼、生态鱼槽砖、植被型生态混凝土、斜坡式鹅卵石大缓坡等，形成适宜不同水生动、植物生存的连续而又富于变化的生境基底。
3.4.2生物多样性构建
河道的生态建设。在改善及优化的河道生境及护岸改造的基础上，构建较为完整的水生植物系统和滨湖的湿生、陆生乔灌草系统，以及滨岸带及河道主槽的生物配置及恢复，形成一个完整有序、自然过渡的河道生态系统。
在水体中种植对污染物吸收能力强、耐受性好的植物，应用植物的生物吸收及根区修复机理(植物一微生物的联合作用)去除污染物或将污染物予以固定，从而实现修复水体的目的。根据水位变化由岸边向河内梯次布置挺水、沉水植物，采用块状或带状混交方式配置，使水岸线曲折变化有序，形成良好的景观效果。根据上海地区的气候及水质特点，植物品种选择夏绿型、冬绿性和常绿型搭配，挺水植物如芦苇、香蒲、黄葛蒲，浮叶植物如睡莲、萍逢草，沉水植物如轮叶黑藻、苦草、范草、金鱼藻等本地种，营造四季常绿的天然水环境效果。
该项目设计的河道为开放式河道，水生动物放养以螺、河蚌等迁移较慢的底栖动物为主，可摄食藻类，促使河水中悬浮物质絮凝，并利用食物链关系进行有效的回收和利用资源，取得水质净化和资源化、生态效果等综合效益。
3. 4. 3生态湿地
生态湿地重点布设于琵鹭河东段南侧岸边，其他河段零星分布，湿地控制水深为20—40cm ,属于表流人工湿地。污水从湿地基质表面流过时，通过植物根茎的拦截作用以及根茎上生成的生物膜的降解作用去除水中污染物。在较宽的河道中错落有致的安排一系列生态岛(岛I、岛II)，不仅增加水生植物种植面积，还起到将河水分流、改变水流方向和减缓水流速度的作用，使含有污染物的水体更多的与水生植物接触，更好的起到固定、过滤、吸收的作用。
3.5景观绿化
景观设计以“人文——生态——节能”为主旨，与镇域规划的功能区分布相结合。实验生态社区、裕安现代社区和商务活动区，人文活动较为密集，河边间隔设计亲水步道和木栈道，增加人与水的互动，营造出健康向上的城市氛围。生态体验园和森林公园段，两侧陆域带以乔木为主，整个森林公园将形成一个巨大的城市绿肺，不同树形、季相、色彩的品种错落布置，以形成高低不平的林冠线、颜色丰富的彩叶林。
3.6河道水动力及水质分析
为确保河道行洪安全，分析护岸防冲流速，对采取生态修复后的工程效果进行分析，采用二维水动力数学模型MIKE11的HD(水动力)和AD(水质)模块，以四号河为例进行计算分析。
河道流速分析了引排水不同工况，计算结果显示河道内的最大流速约为0. 65m/s，结合工程区的地质条件分析，确定河道的防护范围，并选择满足抗冲流速的、透水性好、植生能力强的护砌材料对河道边坡进行保护。
河道水质改善分析，模拟水资源调度时的排污引清过程，以及生态修复工程措施后水体的自净恢复效果。计算结果表明:在有面源污染、无生态修复的情况下，河道水体的氨氮7天后超标，总磷9天后超标，恶化为W类水;有生态修复的情况下，氨氮在15天后超标，总磷在13天后超标，且浓度变大的速率明显低于无生态修复的情况。由此可见，生态修复减缓了面源污染对水体的恶化速度，对四号河的水环境改善有较好的作用。
3.7综合分析
河道生态治理需建立在对河道生态现状全面调研、监测和深人分析的基础上，综合运用水利工程学、环境工程学、生态工程学和景观园林工程学等原理和方法，充分体现河道及周边区域发展的特点开展设计。陈家镇地区属于平原河流，河道特性是水浅面宽，水流平缓，水位随季节变化较小，因此河道生态治理采取有针对性地措施，首先要增加水面、沟通水系，促进水体流动，增加调蓄容量;其次，生态修复以自然为主，充分利用现状河道的地形和形态，辅以地形塑造和断面设计，适当布置湿地、岛屿，满足不同水生物生长所需的生境条件;最终目的是构建具有自我修复及稳定的生态系统，物种选择及配置以本土种为主，形成生物多样性的生态系统。
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