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4.5河道流速
考虑到作为景观水体的感官需求,重点需要保证河道不发生富营养化状况。根据国内外相关研究表明,水体富营养化受到流速影响较大。李飞鹏等研究表明,流速在0.1 m/s左右时,对浮游藻类的抑制率可达到50%以上,魏桢等对北京卢沟桥再生水厂处理后出水研究表明,在0.1~0.15 m/s流速附近,藻类生长速率最低,澳大利亚水华相关控制技术的研究也证明,夏季控制0.04 m/s以上的流速,可以避免形成稳定热分层,从而有效降低水华频次和程度。因此,考虑石家庄明渠流速控制在0.05~0.1 m/s之间。
4.6断面尺寸
石家庄明渠多为梯形与矩形结合的复式断面,形状较为规整,主要受水深影响,可将水深作为主要设计标准。渠道水深主要考虑以下4点。
(1)由于渠道承担排涝功能,根据模型校核,在初始水位控制在0.5 m以内的情况下,现有渠道断面基本能满足50年一遇排涝需求。
(2)根据魏桢等研究,在利用再生水补水的河道中,水深0.5 m时水华发生的趋势要明显小于0.7 m时。即在流动水体中,较低的水深能够有效降低水华发生的趋势。
(3)为提高水体净化能力,规划河道内种植水生植物,尤其是沉水植物。根据相关研究结果,大部分水生植物的适宜生长水深在0.2~1.0 m之间,狐尾藻、菖蒲等净化能力较强的水生植物适宜水深更是在0.6 m以内。部分研究表明,水深0.5 m时湿地系统能够发挥最大的污染净化效果,这是因为水体表面复氧传递深度有限,在0.5 m左右已经接近0,无法继续提高水体微生物的净化能力,同时较浅水深利于阳光照射提高水生植物的光合作用。
(4)为提高城市明渠的复合功能,规划提高明渠的景观生态游憩功能增强其亲水性,设计利用渠道内梯形断面以上空间建设清水平台,根据《居住区环境景观设计导则》《公园设计规范》等要求,无护栏的水体在近岸2 m范围内的水深不得大于0.5~0.7 m。
综合考虑以上因素,结合不同区域渠道断面以及功能定位,除东南环水系外,确定渠道水深控制在0.5 m以内。同时根据现有梯形断面的深度情况,控制水深基本维持在0.3 m左右。推荐常见明渠水深与断面形式见图5。
4.7污染物综合降解系数
综合降解系数通常通过实测或文献调研和类比获得。根据《水域纳污能力计算规程》(GBT 25173—2010),实测计算如式(7):k=uΔxlnCACB(7)
式中 Δx——测量断面距离,m;
u——流速,m/s;
CA——上游断面污染物浓度,mg/L;
CB——下游断面污染物浓度,mg/L。
分析参考石家庄明渠相关水质监测数据发现,并结合实测,现状明渠上下游水质变化极小,加之流动性差,计算所得综合降解系数极低,约在0.01/d以下,基本无自净能力。因此规划采用生态岸线建设、水生植物恢复、跌水复氧、增大流速等措施人工提高石家庄明渠自净能力。综合降解系数参考相关文献和经验公式研究确定,以流速作为测算主要依据。根据《全国水环境容量核定技术指南》在设计流速下,河北省KCOD、KNH3-N分别为0.3~0.4/d、0.4~0.6/d左右。
5补水方案
5.1补水点选择
补水点位置的选择主要考虑4方面因素:①补水点是渠道水力条件的重要影响因素,从而影响水体自净能力,考虑到渠道补水的连贯性,补水点优先选择在各渠道的起端;②考虑控制渠道水深相对一致,在断面变化较大,或者周边存在较大河道取水需求的上游增加补水点;③为减少再生水管网运行水头,在补水量大,距离长的河道进行分段补水;④考虑到近期再生水水质标准低于地表水环境质量标准确定的V类水体,补水点处应有空间建设再生水净化湿地等设施,进一步提高补水水质。
最终确定的补水点分布如图6所示,并同步规划了5处补水净化湿地,以及2处源头补水人工强化处理设施。
5.2补水量测算
根据确定的边界条件,以及补水点的布置,最终确定各渠道补水量如图7所示,总补水量31.8万t/d。其中东南环水系北补水量较大,考虑到其下游泊水公园面积较大,是石家庄重要的郊野湿地公园,调蓄容积大,且具有较好水体净化能力。根据全市再生水平衡情况,为保障工业以及城市杂用等再生水需求,规划利用泊水公园进行循环补水,可将东南环北补水点再生水补水量由12.8万t/d减小到7.8万t/d。
城市明渠由于缺乏天然补水水源,再生水补水是城市明渠的主要水源。不同于自然河道,城市明渠补水量的确定受人为因素影响较大,不能简单照搬一般河道以生态环境机理为主的计算方法,应考虑河道水质目标要求、防洪要求、景观要求等各方面因素。根据分析,不同于常规大水面、深水位、低流速的明渠补水思路,保证一定流速的浅水位更加利于综合效益的发挥,利于水质的保持、景观打造的同时,减少了补水水量,也降低了渠道内建设大量闸坝对排涝能力的影响。最后,河道水质有所好转的前提仍是控源截污,石家庄海绵城市规划通过污染物的分析,合理确定污染控制措施,减少入河污染物总量是确保水质达标的前提。
作者单位:中规院(北京)规划设计公司。刊登在《给水排水》2019年第2期。
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