城区活水工程设计--以宣城市为例

　　

城区活水工程设计--以宣城市为例

邓洁

（上海市政工程设计研究总院（集团）第六设计院有限公司，安徽 合肥 230031）

摘要：随着城市的城市化发展和城市人口的增加，以水资源短缺、水环境恶化、水资源利用不合理等为特征的水问题，成为了城市经济、社会可持续发展的重要制约因素。其中水环境及水生态恶化尤为突出，根据水质现状调查，宣城市道汊河、梅溪河、泥河、解放河水体污染程度较重，水质均为劣Ⅴ类。河道污染严重，一方面由于城区河道的雨污合流，导致大量污水未经处理直接排入河道，另一方面由于河道水体流动性差，河道水源补充不足导致河道的纳污能力下降。^［１］随着城市雨污分流改造的实施，通过水系沟通，建设城市的活水工程，加强水体流动，可以有效提高河道的纳污能力，改善河道的水质环境，为营造滨水景观，美化城市环境，提升城市形象奠定基础。

关键词：河道污染、水生态、活水工程、改善河道的水质环境

一、工程任务与规模

（1）工程建设内容

通过采取合适的工程措施，对城区河道进行生态补水，改善河道水生态环境。根据区域社会经济发展需求，按照总体部署、分期实施的原则，本次主城区生态补水河道包括道汊河、梅溪河、清溪河1#和清溪河2#。现状城区河道未连通，考虑需补水河道位于主城区，受建设用地和城市建设等因素的限制，同时结合前期规划和可研的研究成果，城区生态补水采用管道的形式，工程建设主要内容为新建彩金湖至清溪河2#、清溪河1#、梅溪河和道汊河的输水管道。

（2）工程总体布局

①补水水源和范围

工程区域周边主要的补水水源有水阳江、佟公坝和北分干渠，通过对各补水水源竖向、线路、工程投资的比较，结合《宣城市城市水生态体系建设项目可行性研究报告》研究分析，本次主城区河道补水水源为北分干渠，通过已建的西牛冲隧洞引水至彩金湖向主城区河道进行生态补水。

本次主城区生态补水河道对象包括：清溪河2#、清溪河1#、梅溪河、道汊河。本次城区河道补水范围维持《宣城市城区活水工程可行性研究报告》中成果，补水范围为宝成路以下。

②补水线路

通过对河道补水的范围、区域竖向高程、区域地块和道路建设、区域规划等因素研究分析，结合前期可研研究成果，同时考虑创业路补水管道工程目前基本实施完成，本次主城区生态补水线路维持可研报告中补水线路，从彩金湖向下游补水，通过新建补水管道向城区河道进行生态补水，补水管道走向为：彩金湖→清溪河2#→清溪河1#→创业路→梅溪河→宝城路→殷村水库，补水主干管沿创业路、梅溪河左岸和宝成路敷设，输水管道长10.95km。

③管道工程规模

河道活水工程规模主要考虑正常工况下河道生态需水量，同时考虑遇突发工况河道放空下河道短期补水水量，综合上述两种工况确定活水工程规模。

根据正常工况和突发应急工况分析成果，取两种工况下的大值作为本工程设计管道干管工程规模，由此确定各补水河道之间补水干管工程规模为彩金湖～清溪河2#段生态补水流量为0.74m3/s；清溪河2#～清溪河1#段生态补水流量为0.55m3/s；清溪河1#～梅溪河段生态补水流量为0.47m3/s；梅溪河～殷村水库段生态补水流量为0.29m3/s。

主城区4条河道生态补水水量为正常工况下各河道生态需水量，年生态补水量为586.5万m3。

④生态需水量保障分析

根据宣城站年降水量分析确定主城区各河道不同保证率的年径流量，通过与年生态补水量对比分析，90%保证率年生态需水量约11.80万m3，95%保证率年生态需水量约103.79万m3。

根据相关成果调查，关庙水库不再承担宣城市应急备用水源地。因此，关庙水库337.8万m3的应急备用水源水量可以用于主城区各河道生态补水，能够满足95%保证率的年生态补水需要。清溪河2#和清溪河1#作为宛陵湖上游支流，对各支流进行生态补水即对宛陵湖进水生态补水，因此，宛陵湖600万m3中的385.3万m3生态供水可从清溪河2#和清溪河1#对宛陵湖进行生态补水。同时随着宣城市的城市发展，关庙水库下游需灌溉的面积在逐步的减小，其灌溉水可转化为区域生态补水。因此，本工程生态补水通过关庙水库的灌溉水、生态供水和应急备用水源的转换能够得到保障。

二、工程设计原则

（1）以上位规划为设计依据，并根据具体设计要求进行详细分析和科学论证路由。

（2）结合地形，合理布置管道路由，尽量不设置加压泵站；

（3）结合工程方案，选择合适管材；

（4）选择合适的施工方案，减少对城市交通的影响。

三、工程布置

综合考虑周边用地情况、投资和对交通的影响，本工程沿关庙水库→清溪河3支→创业路→梅溪河→宝城路→殷村水库埋设补水管道，补水规模为0.74m3/s，管径为DN350～DN1200，总长10.95km，其中规划纬三路~柏枧山路段（除穿高速段）补水管道已先期实施。补水管道采用钢管及HDPE管，并做相应的内外防腐及阴极保护措施。

图1 补水管道走向图

本工程补水水源接自关庙水库，补水河道为清溪河、道汊河和梅溪河，线路走创业路走，补水管道长度为10.95km，补水管道管径为d400~d1200。本工程补水规模在殷村水库增加0.1m3/s，补水线路进一步优化。

四、补水线路选择及关键节点设计

根据《宣城市城市水生态体系建设项目》、周边地块建设情况、现状地面高程及河道水位，本次河道补水工程沿创业路、宝城路补至清溪河、道汊河及殷村东、西水库。

（1）关庙水库～创业路段

本次设计补水管道，沿泄水涵南侧5米处新建补水管一根，后沿创业路敷设，穿高速公路桥后向北敷设。

创业路（规划纬三路~高速）段为新建道路，从投资和施工进度角度考虑，本次设计补水管道与新建道路同步建设，除穿高速段未施工外其他段均已施工完毕。

图2 关庙水库～创业路段管道走向图

（2）宣广高速～梅溪河段

创业路北侧周边地块基本为工业厂房和公园用地，厂房开发程度不高，考虑对地块内交通的影响，本段管道敷设于道路北侧机动车道；

从投资角度考虑，本段采用开挖方式埋管，须对北侧现状机动车道最外侧车道进行破除恢复，并封闭北侧半幅路面，由于创业路目前车流量相对较小、机动车道较宽，管道施工工程中，对交通影响相对较小；

创业路除局部路段较高外，大部分地面标高较低，埋深较浅，该线路建安费约3000万元，工期约6个月。

图3 高速～梅溪河段管道走向图

（3）创业路～宝城路段

梅溪河位于地块内，沿河已建设九曲公园，周边水阳江大道、创业路、梅园路、景德路及梅园路均已建成，创业路～宝城路段，为避免对现状道路及公园的破坏，建议沿河道埋设补水管道。现状九曲公园有两处坝，本次设计走公园避开现状坝敷设。

图4 创业路～宝城路段管道走向图

（4）梅溪河～梅溪路段

该段管道沿宝城路埋设，宝城路现状为双向六车道，中央绿化带宽约3.5m，该段道路高程为37.4～44.0，西低东高。道路两侧慢车道及北侧人行道下已埋设弱电、雨污水，南侧人行道设有高压铁塔，均不具备敷设补水管道的条件。

狮子冲路~宛陵路段北侧基本为已开发小区，南侧开发程度不高，此段管道敷设于道路南侧。

由于地质情况，本工程不能采取支护措施；若采用加压泵站，需要很高的运行费用，本工程具备自流条件，此方案排除。本工程对顶管施工和大开挖方案进行比选。

本段拟对南侧主路面进行破除，由于本段管道埋深较深，从施工时安全角度考虑，尽管投资较高，本段采用顶管方式埋设补水管道。其中在宣城市农机有限公司附近，现有一道现状交通旱涵，此段同样顶管施工。

图5 梅溪河～梅溪路段管道走向图

（5）梅溪路～殷村水库段

该区域内地块尚未开发完毕，殷村东西库拟建一座中央公园，正在设计阶段。本段管道拟沿现状宛陵路、瞿山路敷设补水管道，并在西库西侧滩涂引一根补水管向东接入东库。

图6 梅溪路～殷村水库段管道走向图

（6）清溪河一支、二支段

清溪河一支、二支补水管道管径经水力公式计算，管径为d400、d600，均采用HDPE塑料管。考虑到清溪河一支、二支两侧护坡及绿化较完善，清溪河一支北侧有较完善的公园，且护坡上管线较多，考虑到投资、对现状管线及公园使用的影响本次设计沿河底敷设。考虑冲刷深度，本次设计补水管道覆土均为1.0米。

本工程清溪河一支与玉荷路、二支与现状小支路交口处均为梁氏桥，本工程于梁式桥中间穿过，对现状桥梁影响很小。

（7）关键节点设计

①取水头部改造设计

本次设计对取水头部进行改造，拟对两个方案进行比选。

方案一：于原水管道进行改造，增加三通和阀门；

方案二：于现状泄水涵进行改造，将消力池东移，将明渠改为暗涵，中间加阀门井，并于两个出口分别加闸门和阀门。

综合分析，考虑城市供水的重要性，本次推荐方案二，于泄水涵进行改造。

②穿高速段设计

本次设计补水管道位于创业路中心线东南侧约90米处，顶管穿宣广高速。补水管道管径为D1020×12，长度为111.2米。根据相关规范，穿高速须包管，本次设计套管管径为d1200，管材为钢筋混凝土管，长度约为111.2米。

根据《中华人民共和国公路管理条例》第二十九条：在公路两侧修建永久性工程设施，其建筑物边缘与公路边沟边缘的间距为省道不少于15米，并考虑到宣广高速扩宽的距离，本次设计于高速公路距南、北测各40米、45.2米处新建工作井和接收井。工作井及接收井内径分别为6.5米和5.0米，分别位于高速南侧和北侧。

本工程穿越已建宣广高速，高速公路穿越处里程为22km+200m。穿越处位于补水管道节点CY20-2~FM19-1之间，CY20-2起点坐标为X= 3422445.006，Y=496058.594；FM19-1终点坐标为X=3422537.705，Y=496120.010。穿越补水管道与高速公路交角为89.5°。

清溪河二支河底高程约19.03m，地势最低，本次设计补水管道控制点标高为清溪河二支。根据顶管设计规范，补水管道顶部须距离河底2.5米，因此，管底标高为15.53米，距离高速路面10.23米，距离北侧边坡最低点7.58米。根据地勘成果，本段管道位于中风化泥质砂岩夹砂砾岩，采用机械顶管。

本段补水管道采用钢管，尺寸为D1020×12，壁厚为12mm；套管采用Ⅲ级钢筋混凝土顶管，F型钢承口，管径为d1200。钢筋混凝土顶管的砼强度等级不宜低于C50，抗渗等级不应低于P8。顶管管节承口钢套环及插口钢环采用Q235钢；顶管管道在F型接头处采用氯丁橡胶密封圈，防止管道渗漏发生，确保该段补水管道的正常运行。

图7 穿高速顶管平面位置图

③创业路段补水管道穿清溪河一支、梅溪河涵洞设计

本次设计沿创业路敷设的补水管道须穿横清溪河一支和梅溪河，创业路与清溪河一支和梅溪河相交处均为涵洞，本次设计均避开涵洞敷设，于涵洞八字墙边线约10米处敷设补水管道。

图8 穿穿涵洞示意图

④穿宝城路现状涵洞设计

现状宝城路有一座人行涵洞，机动车道路面标高比辅道标高高3米，涵洞基础按2米考虑，补水管道管顶距离涵洞基础2米，因此，此段补水管道埋深为8米。

图9 穿宝城路涵洞示意图

四、 管道水力设计

考虑到活水管道沿线总体地势为西南高、东北低。本次补水管道设计范围为彩金湖至殷村水库东库，该段地形高起伏高差较大，活水管道均处于承压状态。

本工程钢管的水力计算沿用舍维列夫水力计算表，表中所采用的两种计算水头损失公式如下：

（1）按水力坡降计算水头损失：水管的水力计算，一般采用公式：

式中 i——水力坡降；

λ——摩阻系数；

dj——管子的计算内径（m）；

ν——平均水流速度（m/s）；

g——重力加速度，为9.81（m/s2）

（2）按比阻计算水头损失：

（3）管道设计

① 关庙水库～创业路段

本段管道所在区域内现状地形西高东低，现状地面高程为17.5m～37.0m，现状基本为农田，本次设计DN1200补水管道沿现状泄水涵南侧5m接至创业路，并沿清溪河3支接至创业路，管道埋深约2.0～2.5m。

关庙水库泄水涵内底高程35.500m，本次设计须对已建泄水涵进行改造，于现状泄水涵进行改造，将消力池东移，将明渠改为暗涵，于泄水涵出口加闸门，于原水管道方向埋设DN1200管道，并于原水管道上加阀门。

②创业路（柏枧山路~梅溪河）

本次设计DN1000补水管道位于道路中心线北侧，创业路为混凝土路面，一个混凝土面板宽为4米，本段须破除1个面板，局部须破除2块面板，管道埋深约2.0～3.2m。

③ 梅溪河段

本次设计沿梅溪河左岸新建DN1000补水管道，局部于河道底部和公园内部敷设，管道埋深约2.0～4.8m。

④宝城路段

本次设计沿宝城路南侧机动车道新建DN1000补水管道，顶管施工，对路面破除少，对交通影响较小，管道埋深约2.0～7.5m。

⑤梅溪路～道汊河段

本次设计沿现状宛陵路、瞿山路新建DN1000补水管道，管道埋深约4.0～6.0m。

⑥清溪河一支、二支段

本次设计沿清溪河一支、二支河底分别新建d350、d600补水管道，考虑到冲刷深度，管道埋深约1.4m、1.6m。

⑦道汊河～殷村水库（西库）段

本次设计沿殷村水库（西库）西侧滩涂新建DN800补水管道，管道埋深约1.8～7.0m。进殷村水库西库管道管径为d400，管材为塑料管。

⑧殷村水库（西库）段～殷村水库（东库）段

本次设计直穿沿殷村水库（西库）新建DN800补水管道，管道埋深约1.8～4.0m。进殷村水库东库管道管径为d400，管材为塑料管。

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