劉圣堯，沈孔成

(1．浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002)

隨著生活水平的不斷提高，人們開始追求高質(zhì)量、高品位的居住與休閑環(huán)境，單純的低容積率、高綠地率已不能滿足現(xiàn)代城鎮(zhèn)居民的要求.水乃生命之源，人工湖泊以其獨(dú)特的生態(tài)及景觀功能，越來越受到人們的青睞，成為新型社區(qū)與公共綠地設(shè)計(jì)的首選.

1 城市人工湖泊的特點(diǎn)

城市湖泊是一個(gè)城市的重要組成部分，如杭州的西湖、南京的玄武湖、蘇州的金雞湖、深圳的荔枝湖等.這類湖泊都具有提升城市品質(zhì)、改善城市生態(tài)環(huán)境、景觀娛樂等功能，同時(shí)還有洪澇調(diào)蓄的作用.歷史證明依山傍水的城市能最大限度地符合人類聚居功能和城市綜合文明，是城市文明可持續(xù)發(fā)展的重要途徑.人工湖的建成將極大提升濱海新城的城市內(nèi)涵、城市品質(zhì)，促進(jìn)當(dāng)?shù)鼐幼…h(huán)境的改善、豐富市民的精神家園，進(jìn)而構(gòu)建和諧的人水關(guān)系.

但城市湖泊受人類活動(dòng)干預(yù)強(qiáng)烈，水質(zhì)脆弱，其污染特點(diǎn)是既有面源污染，又有底泥釋放，同時(shí)存在市政管網(wǎng)錯(cuò)接及污水管網(wǎng)滲漏等問題，國(guó)內(nèi)外越來越多的湖泊產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化.富營(yíng)養(yǎng)的湖泊水體會(huì)逐漸失去原有的多項(xiàng)功能和美學(xué)價(jià)值，甚至危害人們的身體健康.

近十多年來，各地政府對(duì)城市湖泊進(jìn)行水污染治理，通過截污控制城市污水進(jìn)入湖泊、引水改善水質(zhì)、底泥清淤、以及采用不同生態(tài)修復(fù)等措施治理湖水，取得了良好的效果.

2 城市人工湖泊建設(shè)存在的水質(zhì)問題

淺水湖泊(水庫(kù))是一個(gè)物理、化學(xué)、生態(tài)的動(dòng)力系統(tǒng)，隨著內(nèi)、外元素輸入及其過程而變，最普遍的系統(tǒng)變化問題是富營(yíng)養(yǎng)化過程.已有大量研究表明，水體交換時(shí)間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N、P)輸入、光照條件是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的重要控制因素，因此增強(qiáng)湖泊的水力交換能力、減少湖泊的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入，通過湖泊形態(tài)設(shè)計(jì)營(yíng)造適宜的生物生境是維護(hù)湖泊良好水質(zhì)狀態(tài)的關(guān)鍵[1].

2.1 湖泊自凈能力低，必須嚴(yán)格控制污染源

城市淺水湖泊，因流動(dòng)性差，自凈及納污能力較低，外來營(yíng)養(yǎng)鹽和其他污染物的大量輸入或不合理的開發(fā)利用，會(huì)導(dǎo)致湖泊原有生態(tài)系統(tǒng)破壞.湖泊的污染來源豐富(見圖1)，包括直排入湖的點(diǎn)源污染，地表徑流形成的面源污染，枯枝落葉和廢棄物等固體垃圾污染，降水?dāng)y帶的大氣污染，以及大氣沉降的污染物等.保障湖泊水質(zhì)的首要基礎(chǔ)，是將能夠控制的園區(qū)內(nèi)生活污水的點(diǎn)源污染、地表徑流污染和固體垃圾污染盡可能杜絕入湖，減少湖區(qū)的污染負(fù)荷.

圖1 湖泊污染源及富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象示意圖

2.2 河湖聯(lián)通模式，難以維持湖區(qū)優(yōu)良穩(wěn)定水質(zhì)

保障城市湖泊的良好水質(zhì)，通過修建引水閘和控制水閘，將城市人工湖泊與周圍河網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立(暫稱“大封閉”).除了引水和排澇時(shí)，城市人工湖泊的河網(wǎng)與整個(gè)區(qū)域河網(wǎng)保持隔絕，這對(duì)營(yíng)造湖泊良好環(huán)境是十分有利的.但由于河湖聯(lián)通，湖泊水位隨周邊排水、配水水位起落將較大，不利形成湖泊寧?kù)o親水的景觀效果.此外，對(duì)于處于區(qū)域排澇路徑的下游的城市人工湖泊，排澇期間將承納上游受污染的澇水，故較難維持湖區(qū)優(yōu)良、穩(wěn)定的水質(zhì)條件.因此，河、湖必須分隔，且使湖水高于外河網(wǎng)水位，可有效防止外河網(wǎng)劣質(zhì)水滲漏入湖[2].

2.3 現(xiàn)狀缺乏優(yōu)質(zhì)的供水水源，湖區(qū)補(bǔ)充水源需要進(jìn)行預(yù)處理

城市人工湖泊的修建必有水源能夠補(bǔ)充充足的水量[3]，但其水質(zhì)要達(dá)到人工湖泊用水的標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行預(yù)處理.即使水源水質(zhì)較好，若引水線路較長(zhǎng)，不可避免承納兩岸的面源污染，以及兩岸存在的非法偷排污水的情況[4]，湖泊水質(zhì)的保障程度比較低.因此，從現(xiàn)狀水源條件分析，缺乏水質(zhì)優(yōu)良的水源為湖區(qū)供水，因此，需要建造源水的預(yù)處理系統(tǒng)，以保障進(jìn)入湖區(qū)較好的水質(zhì)條件.

2.4 湖區(qū)水質(zhì)凈化系統(tǒng)、護(hù)岸設(shè)計(jì)與湖周景觀的協(xié)調(diào)性

為形成健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，降低湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，需要利用湖泊形態(tài)和湖周景觀空間，構(gòu)造多級(jí)強(qiáng)化生物系統(tǒng)凈化湖區(qū)水質(zhì)[5].其中多級(jí)凈化生物系統(tǒng)需要一定的陸—水面積，通過濕地和湖周植物群落的科學(xué)搭配，達(dá)到去除污染物、凈化水體的目的.但大面積的濕生植物如何與周邊景觀、護(hù)岸有機(jī)結(jié)合、協(xié)調(diào)一致也是項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn).

3 城市人工湖泊保障水質(zhì)設(shè)計(jì)思路

浙江省上虞市虞濱海新城規(guī)劃人工湖為例，該人工湖位于濱海新城的核心區(qū)，是上虞濱海新城為營(yíng)造優(yōu)美城市環(huán)境而規(guī)劃的人工湖，東靠經(jīng)七路，西以環(huán)湖大道為界，南至東西中心大道、北臨緯二路，其中人工湖湖區(qū)工程面積約94 ha(含湖中小島)，其中湖面面積約為80 ha，湖區(qū)南側(cè)內(nèi)循環(huán)河道面積約13.4 ha.

濱海新城現(xiàn)有虞北平原的南北向骨干排澇河道瀝北河、崧北河從東西兩側(cè)穿過，虞北平原東西向骨干河道西一閘干河從本區(qū)塊中間穿過.結(jié)合地形、功能定位、邊界條件等因素，對(duì)濱海新城的河道布局進(jìn)行了調(diào)整，提出“五橫四縱一湖”的河網(wǎng)格局(見圖2)，水面率達(dá)到12%.

為保證濱海新城人工湖及周邊環(huán)境水體的水質(zhì)安全，達(dá)到人工湖建設(shè)的目的，針對(duì)城市人工湖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提出總體設(shè)計(jì)思路.

圖2 濱海新城規(guī)劃河道布局圖

圖3 人工湖平面布局圖

3.1 與周邊河網(wǎng)相對(duì)隔絕，實(shí)施控制性聯(lián)通

為保障濱海新城人工湖泊河網(wǎng)的水質(zhì)，提出通過修建引水與控制水閘，將整個(gè)濱海新城形成一個(gè)“大封閉圈”.這種大封閉調(diào)水模式使得濱海新城內(nèi)河湖聯(lián)通，保證新城內(nèi)水系水質(zhì)相對(duì)周邊河網(wǎng)較好.但對(duì)維持湖區(qū)水質(zhì)而言，存在如下問題：

(1)大封閉圈范圍集水面積大，進(jìn)入湖區(qū)的污染負(fù)荷較多且難于控制，水體交換頻繁，水量交換大，采取水質(zhì)凈化措施的投資、運(yùn)行及維護(hù)成本高，進(jìn)一步提高人工湖水質(zhì)的難度很大；

(2)水位變化頻繁，水位差過大，駁岸水位消落帶的護(hù)岸設(shè)計(jì)與景觀結(jié)合難度大，很難凸顯湖泊寧?kù)o、親水的景致；

(3)控制范圍內(nèi)的瀝北河、崧北河為虞北平原北排的主要通道，且處于排澇路徑的下游，排澇期間上游大量過境水體會(huì)污染封閉圈內(nèi)的河道和人工湖水質(zhì)，水質(zhì)不穩(wěn)定，風(fēng)險(xiǎn)較大.

基于上述考慮，實(shí)施湖區(qū)“小封閉”，即湖泊與周邊河網(wǎng)進(jìn)行控制性聯(lián)通，即湖泊水可以排入河網(wǎng)，而河網(wǎng)水不能進(jìn)入湖泊，保證湖區(qū)引、排水的獨(dú)立性.

小封閉方案優(yōu)點(diǎn)：

(1)“小封閉”范圍集水面積及水面面積相對(duì)較小，易于截污，交換水量相對(duì)較少，投資及運(yùn)行費(fèi)用較低，可以采取有效的水質(zhì)凈化措施，使湖區(qū)水質(zhì)在周邊河道水質(zhì)的基礎(chǔ)上，再提高1～2個(gè)等級(jí)；

(2)湖區(qū)水系相對(duì)獨(dú)立，可以維持穩(wěn)定的湖泊水位，形成寧?kù)o親水的湖泊環(huán)境，也有利于湖泊生態(tài)系統(tǒng)的形成；

(3)水位相對(duì)穩(wěn)定，為湖周景觀設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ).

3.2 建設(shè)湖周雨水?dāng)r截系統(tǒng)，控制陸域污染輸入

除湖區(qū)周邊生活污水必須進(jìn)行截污外，還要控制湖周地表徑流進(jìn)入湖區(qū).大量城市人工湖運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)表明，地表徑流尤其是初雨，是湖泊主要的污染源，因此，除湖周小量綠地雨水徑流允許進(jìn)入湖區(qū)外，其余房屋、道路、公共設(shè)施的雨水經(jīng)收集后統(tǒng)一外排至小封閉圈以外的河道或雨水管網(wǎng).

3.3 選擇合理水源，經(jīng)預(yù)處理后適時(shí)為湖區(qū)補(bǔ)水

由于降雨的時(shí)程分布不均勻，如僅靠天然降水補(bǔ)充湖體水量，則旱季由于滲漏和蒸發(fā)等水量損失，湖泊合理的景觀水位難以維持[6]；另外，僅靠雨水補(bǔ)充，湖泊的水力滯留時(shí)間V/Q(V-湖泊容積，Q-流經(jīng)湖泊的水量)會(huì)過長(zhǎng)，湖水停滯容易引發(fā)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化和藻類繁殖.因此，需要綜合分析比較不同水源的水質(zhì)、水量保證程度、水處理方案、建設(shè)投資及運(yùn)行費(fèi)用等各種因素的基礎(chǔ)上，確定合理的引用水源.

濱海新城人工湖可選補(bǔ)充水源有：曹娥江、新城河道、上虞工業(yè)水廠、天然雨水、自來水.初次蓄水水源以預(yù)處理廠供水為主結(jié)合一定的雨水、自來水、地下水；運(yùn)行期補(bǔ)充水源以預(yù)處理廠供水為主.

3.4 創(chuàng)建水質(zhì)凈化系統(tǒng)，防治湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化

針對(duì)引水的水源條件較差，必須采用物理-生物去除方法對(duì)補(bǔ)充水體進(jìn)行凈化處理；再建立以高等植物為主，物理和微生物為輔的，具有高效自凈能力濕地生態(tài)系統(tǒng)，利用太陽能作為主要驅(qū)動(dòng)力，把水體中營(yíng)養(yǎng)鹽及污染物吸附、吸收、轉(zhuǎn)化為生物資源，收獲取出加以再生利用，達(dá)到降低水體中營(yíng)養(yǎng)鹽及其它污染物的濃度，抑制藻類生長(zhǎng)，防治水體富營(yíng)養(yǎng)化之目標(biāo).

濱海新城人工湖整個(gè)湖區(qū)水質(zhì)凈化系統(tǒng)由湖區(qū)外循環(huán)、湖區(qū)內(nèi)循環(huán)和湖區(qū)生態(tài)防治系統(tǒng)三部分組成.湖區(qū)外循環(huán)系統(tǒng)由河道取水泵站、源水預(yù)處理廠等組成；湖區(qū)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)由活動(dòng)堰、提水泵、湖區(qū)南側(cè)的生態(tài)河道(內(nèi)循環(huán)河道)組成；湖區(qū)生態(tài)防治系統(tǒng)由臨湖濕地、生態(tài)河道和湖濱帶植物群落組成.

除此之外，構(gòu)建良好的湖泊形態(tài)、健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)置合理的進(jìn)出水口布局并實(shí)施嚴(yán)格的湖泊水質(zhì)管理也是維持湖泊水質(zhì)的關(guān)鍵.濱海新城人工湖湖區(qū)外循環(huán)進(jìn)水采用管道形式，即經(jīng)預(yù)處理廠處理后的水由輸水管道進(jìn)水口進(jìn)入湖區(qū)，出口利用水閘；內(nèi)循環(huán)考慮湖區(qū)的年補(bǔ)水量較少，湖水的滯留時(shí)間仍較長(zhǎng)，因此充分利用主湖體南側(cè)的橫三河，由活動(dòng)堰構(gòu)成湖區(qū)的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)出水口.

4 結(jié) 論

濱海新城人工湖通過源水預(yù)處理廠、輸水管線工程、湖體開挖工程、駁岸工程、排水工程、水質(zhì)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)等一系列子項(xiàng)目的建設(shè)，使人工湖建成后水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)控制指標(biāo)要求，滿足人們的生產(chǎn)生活需求.

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