肖志愿,喻虎圻,趙紅書,凡遠行
(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081)
贛江新區(qū)是國務院批復的第十八個新區(qū),新區(qū)發(fā)展定位:充分發(fā)揮濱湖親水、生態(tài)優(yōu)美的優(yōu)勢,著力優(yōu)化城鎮(zhèn)空間形態(tài)和布局,提升城市品位和管理水平,增強城鎮(zhèn)綜合承載能力,率先開展農(nóng)業(yè)轉移人口市民化、城市建設管理創(chuàng)新等方面的改革探索,促進產(chǎn)城融合和城鄉(xiāng)一體化發(fā)展,努力建設與山脈水系相融合的濱湖臨江宜居宜業(yè)新城。
儒樂湖為在建城市湖泊,湖泊水質(zhì)關系到社會城市發(fā)展的前景,為此參考天山公園湖泊,南昌市青山湖、艾溪湖、前湖等城市湖泊工程案例,結合本湖泊實際情況,研究“最清”水體維持和解決方案。
儒樂湖位于南昌昌北城區(qū)東北部,工程位于贛江新區(qū)核心區(qū),是贛江新區(qū)儒樂湖新城的核心項目。
儒樂湖位于新建幸福河下游,上接郭臺村以上幸福河,下游與贛江西河銜接。儒樂湖水系圖見圖1。
圖1 儒樂湖水系圖
儒樂湖公園規(guī)劃占地6525 畝,以打造中國“最清、最綠、最酷”的城市湖泊公園為理念,充分利用江西“水量豐、水態(tài)美、水質(zhì)好”的特點,建設成為具有濱江濱湖特色、引領生態(tài)文明建設的大型市民休閑主題公園。在儒樂湖與贛江的連接處設水閘,正常水位18 m 時水域面積2950 畝,庫容420 萬 m3。
原儒樂湖為季節(jié)性湖泊,來水主要為周邊和發(fā)源于塹頭高地的一微小河流,匯水面積15.7 km2。
幸福河發(fā)源于新建區(qū)境內(nèi)洗藥塢山的北側,由南向北流至溪霞鄉(xiāng)后轉為向東流,在華源村附近折轉向東南方向,匯入下莊湖入贛江西河,流域面積174 km2,平均坡降0.73‰。
為減輕幸福河下游排洪壓力,將幸福河由郭臺村附近改線至儒樂湖,由儒樂湖閘直接排入贛江西河。改建后儒樂湖的集水面積為176 km2。多年平均流量為2.70 m3/s,多年平均徑流量8520 萬 m3。
流域主要水流來源為溪霞水庫和樂化水庫以下河段地表徑流和農(nóng)村生活污水。
幸福河兩岸水稻田分布,雨季水土流失,造成幸福河水含沙量較大,贛江洪水期水質(zhì)也較為渾濁,洪水入湖后會使儒樂湖清水變渾。儒樂湖現(xiàn)狀以水稻田和養(yǎng)殖場為主,湖內(nèi)土壤植物根系及雜草分布,蓄水后會造成植物根莖腐爛,水質(zhì)富營養(yǎng),會對水體的觀感及水質(zhì)造成影響。
具體污染源及污染物見表1。
表1 污染源統(tǒng)計表
華祖林[1]、馬燕娜[2]等分別針對鄭州龍湖和長沙某公園進行了水體置換的研究,均表明一定的水體置換頻率和置換量是保證水體的必要條件。儒樂湖主要補水來源為上游幸福河流域來水。不同的季節(jié)入湖流量相差較大,每個月來水的水體置換能力不同,見表2。
表2 各月水量置換表
由表2 可知,平均每年可置換水體次數(shù)達到18 次以上,最枯月可置換40%以上,最枯的3 個月也可將水體置換1 次以上,汛期降雨量最大月可置換水體近4 次,因此宏觀上講,儒樂湖水體水質(zhì)是有保障的,不會因來水量的不足影響水體質(zhì)量。
楊衛(wèi)[3]研究表明維持河湖連通實質(zhì)上即需保持河湖水體的流動性和連續(xù)性,河流必要的截污和生態(tài)修復措施亦是湖泊水體水質(zhì)的保證的重要條件。幸福河來水主要存在泥沙、生活污水和漂浮物問題,水質(zhì)在Ⅲ類以上。其中生活污水和漂浮物處理措施比較明確,生活污水采取收集集中處理方式;漂浮物采取岸上和水上攔截措施。
來水泥沙是需要重點解決和處理的問題。幸福河縱坡小,水流速度小于0.8 m/s,河道泥沙以0.001 mm 以下顆粒為主,自然沉降時間長。在梅雨季節(jié),暴雨頻繁,持續(xù)時間可達3~4 個月,會造成儒樂湖水質(zhì)渾濁,不能達到公園“最清”的設計理念要求。
泥沙治理措施為:降低來水泥沙含量,降低水流流速,增加河道蓄滯能力。
現(xiàn)狀幸福河上游兩岸以村鎮(zhèn)和水稻田為主,因此要降低幸福河水泥沙含量可采取的措施為生態(tài)措施,主要為:①對現(xiàn)有幸福河河道進行生態(tài)整治,對河道兩岸及主要支流兩岸進行生態(tài)治理,降低地表徑流含沙量,同時可以降低水流進入河道的流速;②對河道底部采取生態(tài)及固化措施,可以增大河道斷面糙率,降低河道流速,同時避免洪水對河底的淘刷,將河道斷面平均流速降到0.3 m/s~0.5 m/s;③水稻田與河道之間增加綠地以降低稻田積雨排入河道時的含沙量。
通過以上措施可以大幅降低河流泥沙含量,但并不能完全達到儒樂湖“最清”的要求。儒樂湖上游兩岸分布高程較低的水田和旱地,可利用現(xiàn)狀條件將本區(qū)域改造成濕地,汛期水位上漲后可起到洪水蓄滯作用。
儒樂湖小支流主要問題為生活污水的治理,需采取污水收集凈化措施后才能排入儒樂湖。泥沙和漂浮物問題不突出,處理措施可參照幸福河治理措施選擇適當?shù)膶Σ摺?/p>
孫斌[4]結合江西鷹潭東湖水體的工程案例,探討了景觀湖泊水體整治與海綿城市思路結合的途徑。儒樂湖體周邊雨水即降雨徑流直排入湖水流,即為儒樂湖公園范圍內(nèi)的雨水排放問題。儒樂湖公園為生態(tài)公園,綠地面積達到85%以上,采用“滲”“凈”“排”策略,并采取雨水集中收集措施,確保清水入湖。
兩岸市政管網(wǎng)分為北岸已建部分和南岸規(guī)劃、在建部分。
對于北岸已建市政管網(wǎng)雨水采取的措施為收集凈化處理初期雨水,后期雨水生態(tài)凈化直排入湖。污水已采取收集集中至污水處理廠處理措施,不進入儒樂湖。
南岸為新建城區(qū),新城區(qū)的建設按照海綿城市策略,利用生態(tài)治理措施對雨水進行凈化處理;對生活污水進行截排集中至污水處理廠進行處理。
汛期贛江受長江和鄱陽湖的頂托,水位較高,一般在17 m以上,高水位達到22 m 以上,贛江洪水汛期含沙量大,水質(zhì)渾濁。儒樂湖正常蓄水位和閘堰頂高程為18 m,當贛江洪水和幸福河洪水不一致時,可能會發(fā)生倒灌,渾濁的贛江水倒灌入儒樂湖后會造成清水變渾,致使湖水不能滿足“清”的要求。為此儒樂湖閘設置防倒灌設施,并針對防倒灌進行合理的運行方式設計。
儒樂湖現(xiàn)狀為季節(jié)性湖泊,范圍內(nèi)以水稻田、養(yǎng)殖場為主,根據(jù)實地調(diào)查耕植土和淤泥深度在50 cm 左右,局部最深處達到3 m,根據(jù)檢測成果,淤泥和耕植土富營養(yǎng),植物根莖較多。為保證儒樂湖蓄水后水質(zhì)達到“最清”的要求,結合目前行業(yè)最常用的處理方法,采用物理修復法[5]即底泥清淤進行處理。參考范春英[6]對上海天山公園湖泊的水質(zhì)改善及生態(tài)系統(tǒng)設計研究和南昌市青山湖、艾溪湖、前湖現(xiàn)狀情況,為使儒樂湖在運行期保證水質(zhì)要求,需構建生態(tài)系統(tǒng)。
3.7.1 底泥清淤
湖底多雜草、耕植物,部分淤泥營養(yǎng)物質(zhì)超標,本工程將結合儒樂湖水環(huán)境容量模擬計算成果,初步考慮進行小規(guī)模底泥清淤處理。
3.7.2 水生態(tài)系統(tǒng)構建
為保持儒樂湖水體水質(zhì),須構建完整的生態(tài)系統(tǒng),現(xiàn)狀儒樂湖為季節(jié)性湖泊,建成后湖泊生境發(fā)生改變,通過湖邊淺水帶構建沉水及挺水植物群落;水體投放雜食及濾食性魚類等水生動物。上游河道構建植物攔截溝等措施減少上游污染物進入湖泊。
3.7.3 治理效果研究
通過對地形圖處理,采用MikeZero 模型中MeshGenerator對地形圖進行處理得到改建后的儒樂湖二維水系地形圖,見圖2。
圖2 儒樂湖二維水下地形圖
根據(jù) 2016 年 12 月 3~4 日的水質(zhì)監(jiān)測,COD 濃度 15.2 mg/L,NH3-N 濃度6.09 mg/L,TP 濃度0.54 mg/L,儒樂湖目標水質(zhì)為III類水,COD 濃度 15 mg/L,NH3-N 濃度 1.0 mg/L,TP 濃度 0.05 mg/L,可知 COD、NH3-N、TP 分別超標 1.01、6.09、11 倍。
本次選擇指標COD、NH3-N、TP 進行模擬分析,根據(jù)模型計算模擬分析,得到湖區(qū)的流程分布圖見圖3,COD、NH3-N、TP 的濃度分布圖,見圖4~圖6。
圖3 儒樂湖流速分布圖
根據(jù)圖3 可知:儒樂湖在上游來水2.7 m3/s 和其他三個入口0.1 m3/s 下,湖區(qū)上游區(qū)流速在0.1 m/s,中游區(qū)流速在0.005 m/s~0.1 m/s,下游區(qū)流速在 0.002 m/s~0.003 m/s,下游區(qū)四周流速小,在一些夾角地帶存在部分死水區(qū)。死水區(qū)主要分布在儒樂湖周邊地帶與公園緊密接觸區(qū)域,也是主要的景觀水體,存在水質(zhì)惡化的風險。因此,水生態(tài)構建措施主要考慮流速較小區(qū)域,并且局部增加推流措施,構建水體局部流動措施。
圖4 儒樂湖COD 濃度分布圖
圖5 儒樂湖NH3-N 濃度分布圖
圖6 儒樂湖TP 濃度分布圖
根據(jù)圖4~圖6 可知:主要污染物的分布范圍,按照上游河道已進行治理且水質(zhì)達標情況模擬計算主要污染物濃度分布。總體上說,在30 d 以上,現(xiàn)狀湖區(qū)水質(zhì)主要指標可達標。在此基礎上,需要對湖底水生動植物及微生物進行合理布置,構建完整的生態(tài)系統(tǒng),以保證湖內(nèi)水體自凈功能可滿足景觀水質(zhì)要求。
根據(jù)對儒樂湖入湖污染物和現(xiàn)狀的調(diào)查分析和模擬分析,采用先進的生態(tài)治理理念和處理措施,構建完整的生態(tài)系統(tǒng),使儒樂湖達到“最清、最綠、最酷”的城市湖泊公園效果可期。