渠化河道的水环境改造初探

　　摘要：结合北京双紫支渠水环境治理工程的实施，着重对试验段水环境改造进行了介绍。在不降低河道泄洪能力的基础上，通过双层河道、雨洪利用及nars（natural aquascape restoration system）生态修复等工程措施，把原“臭、深、窄”的河槽改造成“水清、岸绿、花香”易于人们亲近的场所，使河道水环境得到较大的改善，并为以后类似工程提供设计依据。

　　关键词：渠化河道；水环境；改造；初探；双紫支渠

　　中图分类号：TV879 文献标识码：B 文章编号：1000-1123（2009）02-0043-04

　　一、背景概述

　　1.现状

　　北京双紫支渠西起京密引水渠昆玉段，向东经北洼路桥、北洼村三虎桥进入紫竹院公园，是从昆玉河向紫竹院公园定期补水的专用渠道。在过去的几年中曾进行了疏挖整治。工程实施后，河道周边环境有所改善，并使得双紫支渠的排水、补水功能得到保证和提高。

　　近些年，双紫支渠沿线新建了许多中高档住宅小区，人们在亲水的同时对水质造成不同程度的污染，特别是个别小区有污水入渠现象。现状双紫支渠水资源紧缺，渠道水体无法靠置换、冲淡的方法净化。尽管曾采取了许多净化措施，但水质状况仍然较差，甲壳类、贝类、鱼类等动物已很少，尤其夏季气味更加难闻，已严重影响了沿线小区居民的生活质量及紫竹院公园的用水要求。为了提高双紫支渠周边区域环境质量、改善紫竹院公园入园水质，拟采用新的治水理念使水质得以改善。改造重点为双紫园小区跨渠180 m试验段。此段支渠横断面为矩形断面，挡墙顶高程距小区地面高差1.56 m，渠底高程距小区地面高差3.56 m，是一条深槽直墙渠道，居民无法亲水，且安全性较差。

　　2.意义

　　该工程建成运行后水资源将充分得到循环利用，进一步改善双紫支渠水质，使水体的水质由Ⅳ~Ⅴ类水质提高到Ⅲ类水质标准，小区河道两岸环境景观得到彻底改善，并且为奥林匹克公园中区水系的水质维护提供了重要的参考数据，并给城市水景的生态治理提供样板。具有显著的生态环境效益、社会效益和经济效益。

　　二、设计原则

　　1.体现循环水务的理念

　　双紫支渠用水为暗沟（北洼闸）补水水源。其中双紫支渠跨双紫园小区（180 m试验段）水系日常运行的水源优先采用双紫支渠水源，在小区东侧采用水循环泵，加速水循环。其次为雨洪利用,水系北侧绿化带的雨水，经过绿地过滤后可直接汇入水系，实现雨水资源化，符合绿色、环保的理念。中水作为备用的实验水源来补充水系的渗漏与蒸发，也达到节水的目的。

　　试验段水质维护采用nars 自然水景系统，在构筑充满生机的水下花园的同时，使水体的水质由Ⅳ~Ⅴ类水质提高到好于Ⅲ类的水质标准。

　　2.体现生态、自然的理念

　　改造后的水系水岸更贴近人，体现“以人为本”，岸坡及河底采用生态环保材料，河道中种植水生植物，维持自然稳定的生态系统。满足沿线住宅区的居民需要，达到亲水、健身，实现“人水相亲、自然和谐”。将试验段双紫园小区的景观水系建成居住小区的生态水景样板。

　　3.体现简约的理念

　　广泛采用新材料、新工艺。护岸挡墙采用生态袋、步道采用风积沙透水砖、照明采用太阳能灯等新型材料。

　　三、技术设计

　　1.总平面设计

　　本工程治理全长1 882 m，河道平面设计维持原河道走向，设计河道中心线与现状河道中心线完全一致。

　　双紫支渠跨双紫园小区180 m水环境改造试验段位于双紫园小区的北端，占地3 858.20 m2。本次工程将此段双紫支渠挡墙上盖预制混凝土板，上覆土与现状地面平齐。在不影响行洪的情况下，在原双紫支渠的上面营造一条横断面宽度3～9 m 的水系。水系从小区院内双紫支渠西端采用潜水泵将水提起，经过水系的生态净化，在东端采用跌水的形式落入支渠下游。形成上下层水系的循环流动。水系面积922.52 m2，比小区内既有双紫支渠水面积增大了202.52 m2。

　　2.水质改善

　　（1）渠道水质改善

　　在支渠长度约1 470 m 范围，在既有河道砼衬砌边坡上铺设装土生态袋，使工程对环境影响减少到最小限度，在生态袋上栽种植物，常水位以上种植马蔺、麦冬等；以下盘栽、插播吸附净化能力强的湿生、挺生植物为主（如荷花、睡莲、香蒲、芦苇、千屈菜、慈姑等）。并适量引入浮叶、沉水、漂浮植物，采用沿河道不规则布置的方式种植。适当引进新的生物技术，进行水体修复试验。根据河道纵断，在桩号0+100 处设置连拱坝、0+900处设置新建三虎桥围堰，在桩号1+660 处保留现状溢流堰，提高水位，扩大水面，溢流景观，瀑布曝气。

　　（2）双紫园居民区180 m重点试验段

　　①试验段渠道改造设计

　　现有的渠道长180m，“三面光”的深槽型渠道，渠道结构深2.0 m，宽4.0 m，岸墙为衡重式混凝土结构挡土墙，不利于居民亲水。此次改造拟把渠道改造为双层的方案，把既有渠道采用预制钢筋混凝土盖板封闭，不减少过水断面，满足供水和排水的要求。预制钢筋混凝土盖板上回填土，构筑景观水系。抬高水面，增加水域，把深河渠改为浅河湾，使人能够最大限度地近水、亲水。

　　设计水系总长180 m，水面宽度3～9 m。3 座景观小木桥及一座原有的石桥连接着小区与其北侧绿地的交通。水系以现有的石桥为界西侧是休闲区，东侧为儿童戏水区。紧邻着休闲区在水系北侧绿地中设有健身、休闲木平台，林间的甬路旁增设了少许木凳，使得小区的人们在晨风暮霭中，在闲暇之余，能驻足在此享受这份喧嚣中难得的恬静。儿童戏水区有卵石滩、沙滩，小孩子可以在此捕鱼捉虾，用沙子构筑他们的小城堡。

　　水系的水面与北侧绿地尽量自然连接，小动物可以自由地出入水中。而在水系必须护岸处，则采用了生态袋、松木桩及自然山石的护岸形式。

　　景观水系采用nars 自然水景系统进行水质净化后，从始端（西端）溢流到下层渠道，使现有水体的水质大幅度提高。

　　②试验段景观水系平面、竖向

　　试验段景观水系平面设计不损坏既有乔木，水系平面面积大于原有水面面积。

　　景观水系的水深为0.5～0.8 m，为安全水深，同时满足冬季冰冻层不至于冻坏多年生水生植物的根系。常水位距地面0.2～0.3 m，达到亲水的目的。

　　水系设计由西向东设纵坡0.002，满足水系放空的要求。

　　③试验段景观水系横断

　　试验段水系河底局部铺设天然卵石，改善河底基质，使渠道接近于自然状态，河床起伏变化，基质或土或砂或石，丰富多样，可以形成多种多样的生境，从而为多种水生植物和水生动物提供适宜的环境，而且可以达到辅助水质净化的作用。护岸以缓坡软质堤岸为主，结合水生植物、山石、亲水平台等各种不同的形式增加空间的多样性、变化性、人文性及生态性。护岸不设栏杆，缓坡护岸不仅满足了工程安全要求（防冰冻压力等），同时也满足了人的空间需求。

　　3.试验段水质维护

　　（1）现状水质

　　由于现状渠道为“三面光”的渠道，丧失了水体的生态功能和自净能力，水源一般为地表水Ⅳ~Ⅴ类水质标准，并在夏季时有恶化，水华泛滥，气味难闻。

　　（2）水质目标

　　景观水系的水质近期（改造后的1～2 年）基本目标为国家环境保护局发布的《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水体水质，渠道的水质基本还清。

　　水质的远期（改造2~3 年后）目标为好于Ⅲ类水质标准，使小区的水质提高两个档次，水面景观效果大幅度提升。

　　（3）水质维护措施

　　水质维护采用与北京市奥林匹克公园中区水系相同的水质维护措施——nars 自然水景系统。

　　在我国，景观水体目前常用传统工业用机械过滤水处理系统来处理，采用这种水处理方法，工艺流程基本上采用初沉＋A／O＋絮凝沉淀＋过滤＋消毒，要保持一定的水质（一般只能达到地表水环境质量Ⅳ～Ⅴ类水质标准），需要处理的水量很大，加上占用不少土地、药剂添加、电费、设备维修、设备损耗、过滤池清扫、人工管理等，每年维护的费用相当高昂。

　　nars 自然水景系统注重前期治本，破坏藻类暴发的条件，使得藻类不再暴发，从而达到水质的长期清澈，一般初期即可达到地表水环境质量III 类水质标准，最终可达到景观娱乐用水水质标准和地表水环境质量II 类甚至I 类水质标准（如运行5年的杭州中江花园nars 水景），可营造出十分清澈美丽生动的自然水景，不仅视觉效果好，且不用换水，雨水利用，节约水资源，微动力技术使得日常维护费用很低，远比传统效果好。

　　nars 自然水景系统可以结合利用雨水，实现雨水资源化，符合绿色、环保的理念。

　　①　nars 水质维护系统特点

　　原理——师法造化，综合治理。nars 水景系统是综合了各种方法的一种综合设计和治理技术，达到平衡自净。从根本上来说是生态、自然的方法，模仿大自然的生境。

　　治本——水清。运用nars 技术治理底质（底泥）和水质，能使水体长期清澈自然。

　　治标——水美。为体现观赏性，种养些如鱼虾水草等水生动植物，营造出生动美丽的水岸、水、水中、水底景观。

　　维护——低廉。nars 系统可以保持水质长期稳定，清澈美丽，节水节电，日常维护成本低廉，年维护费用仅4～5 元/m2。

　　②　nars 自然水景系统构成

　　水系水质维护采用nars 自然水景作为主要的措施，可实现水体清澈见底，四季基本稳定，水景生动，水生植物景观美丽，系统稳定可靠。系统主要包括：nars 底质综合治理；nars 水质综合治理；nars 复合微生物菌群；nars 水生植物系统。

　　水生植物系统是结合护岸的设计，构建渠道水生植被辅助渠道水体净化。主要以沉水植物和挺水植物为对象。渠道水生植物是直接吸收水体中的C、N、P 及微量元素等营养并使水体得到净化、还清。种植在水陆交错带的挺水植物将起到渠道沿岸防污屏障与水土保持的作用。

　　在河底种植沉水植物，根据北京气候特点，渠道中以种植冷季类植物为主。两岸的水陆交错带种植挺水植物。

　　水生动物主要以滤食性鱼类和大型底栖无脊椎动物为对象。滤食性鱼类的作用主要是控制藻类生物量，滤食性和刮食性底栖动物主要起渠道“清道夫”作用。

　　水体中放养适当量的底栖动物螺、蚌等可以有效地净化水质。

　　渠道循环是利用抽水泵从下游抽水到上游，加速水流的循环。

　　（4）水质监测

　　为检验nars 系统对水系内水质净化的情况，应定期对水质进行检测，检测的主要指标是水溶解氧、pH值、BOD5、CODcr、氨氮及总磷。

　　4.给排水设计

　　（1）180 m景观水系

　　①水量分析

　　水系总水面面积922.52 m2，为满足防冰冻的要求，水深在0.5~0.8 m之间，水体体积600 m3。

　　蒸发损失按照北京市海淀区最大月份约6 mm/d 计算，损失量为5.54 m3/d。下渗量按10 mm/d 计算，渗漏面积为922.52 m2，损失水量为9.23m3/d。总日需水量约为14.77 m3/d。

　　小区中水日供水量约为100 m3/d，大于日需水量。

　　②供水水源

　　水系建成初次充水以双紫支渠作为水源，在水系的西端采用潜水泵井抽水，充水时间按24 h 计算，充水流量为25 m3/h。

　　水系日常运行的水源优先采用双紫支渠，在小区东侧采用水循环泵，加速水循环。其次为雨洪利用,水系北侧绿化带的雨水，经过绿地过滤后可直接汇入水系，水系南侧的步道和绿地下渗净化后的雨水也汇入景观水系。在枯水年可抽取中水作为实验水源来补充水系的渗漏与蒸发，也达到节水的目的。在小区中水出口处安装紫外线消毒设备，以保证进入水系的中水达到人体可接触的卫生标准，保证儿童戏水安全性。水系通过覫75 管道就近在小区假山处连接中水出口，补水至水系东端。

　　③排水系统

　　水系运行后水质得到净化，不仅对双紫支渠的下游水质会有所改善，而且对其上游暗涵的水也缩断了滞留的时间。如果水系发生水质恶化的突发事件，则可以通过独立的排水管道进入市政污水系统。

　　（2）渠道水循环

　　溢流堰（桩号1+110）上游水体体积为7 820.5 m3。支渠水循环按1 次循环10 d 计算。所需补水量为78 m3/d。在新建三虎桥围堰下游设置100WQ85-20-11 潜水排污泵，充水时间按24 h 计算，充水流量为33 m3/h。抽水管线采用直径160 mm的PVC-U 管。

　　5.雨洪利用

　　充分利用雨水资源，经过绿地过滤后可直接汇入水系，实现雨水资源化，符合绿色、环保的理念，人行步道铺设砼透水砖与风积沙透水砖，使雨水充分下渗净化。

　　6.水土保持

　　根据水土流失治理措施的不同，水土流失按施工区、直接影响区和绿化区三个部分分别进行治理。施工时尽量避过雨季，必要时设导流围堰或小型拦挡工程，以避免把疏松的泥沙冲到下游。另外，要尽量减少对地表植被的破坏，尽量少伐树或不伐树。用大型机械施工时，在居民区要设置临时声障，防止噪声扰民；在交通道路旁要采用管架式施工，以免阻碍交通。直接影响区则要尽量减少对地表的扰动及对植被的破坏，如确为必须则工程完工后要及时进行平整，以便绿化或恢复；施工用料如砂、石、砼等要集中堆放，采取临时防冲、防风措施；在施工过程及施工用料、废弃物的运送过程中，要避免扬尘污染，车辆运送时要用篷布覆盖，必要时要在路面、便道上洒水降尘。环境绿化区在施工结束后恢复为绿地，美化环境。

　　四、结语

　　双紫支渠水环境改造工程将雨洪、中水、河道及景观统一考虑，构筑一个循环水务的新亮点，同时为奥林匹克公园中区水系的水质维护提供重要的参考数据。

　　参考文献：

　　[1] 金元欢，等.城市水景的生态设计与综合治理—nars:营造清澈秀丽的原生态水景系统[M].北京：中国水利水电出版社，2006.