（环境工程专业论文）北塘地区生态水系构建与水质保育研究.pdf

摘要 本文以北塘片区水系的( 包括景观湖、湿地、沟渠等) 水生态构建为核心， 通过区域雨洪水资源化利用、生态护岸、水系循环调度的联合运用和多技术集成， 开展滨海新区典型水生态系统的构建与研究。主要研究内容如下： ( 1 ) 雨水补给型景观水体生态修复与污染控制技术研究 针对滨海新区景观河道生态用水的特点，研究生态岸坡及浅滩、新型波式流 人工湿地、水生生物控制等生态技术对高盐水体污染物的去除效果，通过多种生 物生态技术的联合应用与优化集成，实现对高盐景观水体的水质改善和生态修 复，攻克雨水补给型景观水体的生态修复与污染控制技术，构建生态水系。 ( 2 ) 景观河道运行管理模式研究 以水生态健康、水景优美、区域排沥安全、资源及能源节约为控制目标，利 用系统分析方法对北塘地区景观河道的水体循环、水质保持等运行参数、控制管 理技术进行全面、系统的研究，提出了滨海新区景观水域的补水水源( 地表水、 雨洪水、外调水) 的优化配置方案及景观河道的最佳运行管理模式，包括河道水 体盐分控制，不同运行时段( 汛期及非汛期) 河道水位控制，水体循环方式及流 速控制，生态补水量、补水方式、补水时机控制。 通过科学的分析北塘片区的水资源总量和各水源水质状况，集成多项水体保 持技术，根据水体水环境容量和片区水质水量分析，设计出该水系水质保持的方 案。 本工程的建设对完善滨海新区城市中心的重要功能区，改善人居环境，促进 沿线土地开发及周边地区的经济发展、推动区域建设将起到积极的作用。研究成 果不仅为滨海新区水环境与水生态向良性循环发展提供板样和技术支撑，而且为 天津市乃至北方城市的生态环境建设提供了示范窗口和技术储备。 关键词：生态水系 水资源生态补水量水质保持人工湿地 a b s t r a c t i nt h i sp a p e rd i s c u s s e st h eu s i n go fa r e ao ff l o o d w a t e ru t i l i z a t i o n t h ee c o l o g i c a l r i v e r b a n ka n ds t r e a mc i r c u l a t i o no ft h ej o i n tu s ea n dm u l t it e c h n i q u ei n t e g r a t i o nt o c o n s t r u c tt h ew a t e rs y s t e m ( i n c l u d i n gl a n d s c a p el a k e ，w e t l a n d ，d i t c h e s , e t c ) o f b e i t a n ga r e a ，a n df u r t h e rd e v e l o p m e n to fb i n h a in e wa r e ao fw a t e re c o s y s t e mt y p i c a l c o n s t r u c t i o na n dr e s e a r c h t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) r e s e a r c ho fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na n dp o l l u t i o nc o n t r o lo nr a i nw a t e rs u p p l y w h i c hb a s e dl a n d s c a p ew a t e r a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fe c o l o g i c a lw a t e ru s ei nb i n h a in e wa r e a ，u s e t h e e c o l o g i c a lt e c h n o l o g y s u c ha s e c o s l o p e ，s h a l l o w ，n e w - w a v e - t y p e f l o w c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，a q u a t i cb i o l o g i c a lc o n t r o l ，e t c ，s t u d yo nt h eh i g hs a l tp o l l u t a n t r e m o v a l t h o u g ho p t i m i z e di n t e g r a t i o no fav a r i e t yo fb i o e c o l o g i c a lt e c h n o l o g y ，w e i m p r o v et h ew a t e rq u a l i t ya n de c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n t h e nb u i l dt h ee c o l o g i c a lw a t e r s y s t e mw i t ht h et e c h n o l o g i e so fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na n dp o l l u t i o nc o n t r o lo nr a i n w a t e rs u p p l yb a s e dl a n d s c a p ew a t e r ( 2 ) o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n tm o d eo ft h el a n d s c a p er i v e r e c o l o g i c a lh e a l t ho fw a t e r ，w a t e rf e a t u r e sa n db e a u t i f u l ，t h er e g i o nr a n k e dl e k s e c u r i t y ，r e s o u r c ea n de n e r g yc o n s e r v a t i o na r eo u rc o n t r o lo b j e c t i v e s u s es y s t e m s a n a l y s i sm e t h o d st os t u d yo nt h eb e i t a n gr e g i o n a ll a n d s c a p er i v e rw a t e rc i r c u l a t i o n ， w a t e rq u a l i t ya n do t h e ro p e r a t i n gp a r a m e t e r s w ep r o p o s e dw a t e rs o u r c e ( s u r f a c e w a t e r ，r a i na n df l o o d i n g ，w a t e rd i v e r s i o no u t s i d e ) t h eo p t i m a lc o n f i g u r a t i o na n d o p t i m a lo p e r a t i o no ft h er i v e rl a n d s c a p em a n a g e m e n t ，w h i c hi n c l u d er i v e rw a t e r s a l i n i t yc o n t r o la n dd i f f e r e n tr u nt i m e ( f l o o da n dn o n f l o o d ) r i v e rw a t e rl e v e lc o n t r o l ， w a t e rc i r c u l a t i o na n df l o wc o n t r o lm e t h o d s ，e c o f i l lw a t e r ，w a t e rw a y s 。w a t e rt i m e c o n t r 0 1 t h es c h e m eo ft h ew a t e rq u a l i t ym a i n t a i n i n gi sa c c o r d i n gt ot h ec a p a c i t yo ft h e w a t e re n v i r o n m e n ta n dw a t e rq u a l i t ya n d q u a n t i t ya n a l y s i s ，a n da l s ot h r o u g hs c i e n t i f i c a n a l y s i so f t h e w a t e rv o l u m ea n dw a t e rq u a l i t yc o n d i t i o n s t h ec o n s t r u c t i o nw i l lp l a ya p o s i t i v er o l eo ni m p r o v i n gt h eb i n h a in e wa r e a a m a j o rf u n c t i o n a l a r e a si nu r b a nc e n t e r s ，t o i m p r o v et h el i v i n ge n v i r o n m e n ta n d ：m 一哦e 雠出1 0 p m e n t a n d s u r r o u n d i n gl a n da l 。n g t h e r e g i o n t se c o n 。m i c d e v ? 1 0 p m e n t a n dp r o m o t er e g i o n a ld e v e l o p m e n t t h e r e s e a r c hr e s u l ti sn o to n l va e c ( ：b 9 1 c a l w a t e re n “r o n m e n ta n d w a t e rt 0av i r t u o u sc y c l eo f d e v e l o p m e n tp l a t e - l i k e 觚：妣h 坨鲥s u p p o n t ot h eb i n h a in e wa r e a ，b u ta l s o am o d e lw i n d o wa n d e c h n o i o g ) ，溉n e s ot i a n j i ne v e nt h en o r t h e r nc i t yi nt h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t c o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：e c 。l o g i c a lw a t e rs y s t e m ，w a t e r r e s o u r c e s , e c o - 舢w a t e r ，q u a l 耐o f 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 天津市位于严重缺水的海河流域下游，是资源型严重缺水城市，人均水资源 占有量1 6 0 立方米年，远低于世界公认的人均水资源占有量1 0 0 0 立方米的缺水 水警戒线，水污染对天津市生态环境造成的影响也十分明显，由于点源污染和面 源污染加剧，加之水系水量逐年减少，水体自净能力降低，各河道水体污染严重 【1 】 0 滨海新区位于天津市区与海滨之间，地处京津和环渤海两大城市带的交汇点 和环渤海经济区的核心位置，是我国对外开放的重要窗口和通道。新世纪初期， 党中央、国务院把滨海新区作为国家发展战略的重要组成部分，总体发展定位是： 立足天津，服务环渤海，辐射“三北”，面向东北亚，建成现代化制造、研发基 地，北方国际航运中心和国际物流中心，成为宜居生态的滨海新城。滨海新区的 建设，关系到天津的前途命运，关系到天津在全国的地位和作用。 然而，滨海新区的水环境与水生态现状却不容乐观，同样面临着“水多、水 少、水脏”的共性水问题，而且由于自身的地理环境特点，上游排污集聚，水问 题更具复杂。面对滨海新区复杂的自然条件、窘迫的水资源现状、恶劣的水环境、 不断退化的水生态，如何实现上述高标准、大系统的科研与工程要求，在国内外 均没有现成模式可以借鉴，水资源、水生态和水环境成为滨海新区可持续发展的 瓶颈因素，如何摆脱目前水资源短缺和水质恶化交互影响对水生态系统构建与生 态修复的制约，已成为天津滨海新区建设中面临的关键科学问题。 在这样一个背景下，本项目将以天津“十大战役”之一的北塘片区水系构建 工程为依托，针对天津滨海地区水资源短缺、土壤及地下水含盐量高、水生态急 剧退化的区域特性，开展滨海新区典型小区域水生态系统构建与示范研究，通过 雨水资源化利用与城市面源污染控制、景观河道水系构建与水质保持等关键技术 的研发和集成，找出适合滨海地区景观水体水生态系统构建与修复的模式。 该项目规划河道、湖泊水面总面积约为3 4 公顷。为解决由于水源匮乏而影 响到水质保持困难的问题，以及雨水资源的有效利用，有必要实施水系构建、调 水及水量配置、水环境保持及雨水资源利用等工程。整个系统建成后，可提高有 限水资源的利用率，使得地面水环境得到改善，为创造一个良好的生活环境提供 第一章绪论 保障。研究成果不仅为滨海新区水环境与水生态向良性循环发展提供板样和技术 支撑，而且为天津市乃至北方城市的生态环境建设提供示范窗口和技术储备。 1 2 国内外现状和技术发展趋势 传统的水利项目特别强调对内河航运，防洪，排水和灌溉等作用，修建大坝， 混凝土和其他硬质材料的过度使用，使得景观效果及亲水性差。水资源的过度开 发，使天然水体渠道化，破坏了河流的自然生态系统，从而导致水质恶化，水生 物下降，河流生态系统退化。 随着社会的进步和经济发展，人们对生活环境的要求也更倾向于“回归自 然”，以促进“人与水的和谐发展，”，“建立生态社会”等。加强水资源保护， 改善水环境，生态恢复和建设生态型河道已引起国内外学者的广泛关注，并取得 了显著的进展。 人工景观水体水质净化系统的关键是水华现象的控制，包括营养物质，特别 是磷的去除和藻类的生长抑制【2 】。国内外有关人工水体的水质净化和水华控制技 术有物理法、化学法、和生物生态工程技术等。物理法主要是采用过滤、打捞、 疏挖底泥等方法去除水体中的藻类，该方法治标不治本，不能从根本上消除水华 现象，只能作为对付突发性水体污染的应急措施。化学法主要是通过投加化学药 剂去除水中的磷或杀死水体中的有害藻类( 如加入铁盐、石灰等) ，该方法处理 费用高而且生态风险大，易造成二次污染【3 1 。 污染水体生物生态修复技术，是一门新兴学科，该理念形成于上世纪7 0 - 8 0 年代，如德国、瑞士在2 0 世纪8 0 年代末提出了“亲近自然河流”概念和“自然 型护岸”技术，日本在2 0 世纪9 0 年代初开展了“创造多自然型河川计划【4 】o 这 些技术的共同特点是通过河流生态系统的修复，恢复提高河流的自净能力。 我国对于景观水体修复技术的研究相对较晚，开始于上世纪9 0 年代未，随 后，武汉、北京、沈阳和天津等城市也先后开展了相应的研究和示范，近年在我 国诸多城市开始了广泛的应用和推广。 综观国内外工作，有关生物生态修复的研究应用大致可以分为以下三个方 面： ( 1 ) 以应用微生物为主体的生物修复技术，美国、日本及国内一些生物工 程公司的产品已经进入应用试验阶段，在局部区域，特别是在城市内河的治理中 不乏成功的例子，但微生物法运行管理复杂，效果不稳定。 ( 2 ) 水生植物修复技术，应用高等植物为主体的植物生态修复技术，通过 放养控藻型生物、构建人工湿地和水生植被等方法达到净化水质的目的，适用于 第一章绪论 大面积、低浓度的水体污染，由于植物修复是一个自然的过程，易为被公众接受， 是当前的研究热点。 水生植物在适当的生长条件下和水，藻类和其他微生物一起，根据其自身的 特点，将富营养化的水质，如氮，磷，重金属和其他污染物吸收在根，茎，叶等 不同部位，既可以提供自己的营养需求，还能到达净化水质的作用，通过促进根 际微生物的活动可以加速有机污染物的生物降解【5 】【6 i 。 ( 3 ) 基于“食物链”原理的生物操控技术，应用罗非鱼、鲢鱼及贝类等滤 食性动物的放养及水体生物群落结构的优化，对控制富营养化水体蓝藻水华发挥 了明显的作用【7 1 。鱼类捕食法对净化轻度污染水体有一定作用，但效果不稳定， 对重污染水体的净化效果有待进一步研究。 生态河道起源于河流生态恢复的建设。然而，生态河道目前没有统一的定义， 多数学者认为，生态河道是确保河道的安全的前提下，通过河岸保护和生态技术， 如生态工程建设，重建一个稳定的和相对自然的河流生态系统，实现河流生态系 统的可持续发展，并最终建立一个和谐、理想的水环境。生态河道是一个新的研 究领域，其中涉及生态，水文，环境学，生物学，地貌学和其他相关学科1 8 】。 河道的治理及管理，过去主要关注河道的安全，往往忽略了河道的生态治理。 生物生态水体修复技术，是按照自然规律，恢复其原貌，并加强自然界自身净化 污水处理能力。利用栽培的植物和接种的微生物的生命活动，转移、转化或降解 水中的污染物，使水体得到净化【9 】。事实上，大自然长期的发展和变化过程，已 经有它自身的净化和完善的能力。目前的水体生物生态修复技术，在本质上，生 物和生态恢复的理论是根据仿生学原理，以加强自然界的自净能力。它可以说是 人与自然之间和谐相处的治污思路，是一个创新的技术路线【l0 1 。 生物生态修复技术不将药剂投入水体，不会造成二次污染，还可以提高绿化 环境、改善景观，为人类创造一个环境优美的居住环境。 目前国f 彤 t - 使用较多的城市景观河道生物生态修复技术主要有以下几种。 生物浮岛技术 浮床种植技术 水生生物生态修复技术 河岸、护坡生态修复技术】 景观水体水土强化净化技术有以下几种。 复合生物滤床技术 复合生物滤床是治理受污染的城市景观水体的新工艺，能耗低，占地面积小， 符合生态要求，可以很好地去除受污染的河流的化学需氧量、固体悬浮物、浊度、 氮、磷及其他营养物质掣1 2 j 。 第一章绪论 人工湿地技术 人工湿地技术是一种介于陆生生态与水生生态之间的生物修复技术【l3 i 。湿地 土壤由固相和液相组成的疏松多孔系统，含有大量的胶体粒子，它们有很大的表 面积和表面能量，能够有效地去除有机物和重金属。湿地处理系统中的物理作用 主要是沉淀，过滤和吸附，可去除悬浮固体颗粒；化学作用主要是重金属与填料 反应去除污染物；生物作用较为复杂，主要是水生植物和各种微生物的协同作用。 受污染的水体由人为控制投配至以芦苇，香蒲等沼泽植物生长的湿地中，或在一 定面积上种植的水生植物，净化水体，使之经常处于饱和状态，水流沿着一定的 方向流动过程中，通过耐水植物和土壤的作用净化【1 4 】。湿地法二次污染少，景观 效果更加明显，但占地面积较大。 人工湿地技术净化污水始于1 9 5 3 年德国m a xp l a n c k 研究所，该研究所的 s e i d e l 博士在研究中发现芦苇可以去除大量的有机物及无机物【1 5 】。到2 0 世纪7 0 年代末逐步发展成为一种独具特色的新型水处理技术。 在国外，人工湿地被广泛应用于各类污水处理，如城市污水处理，矿山酸性 废水，农业废水，中水回用水深度处理，净化水体富营养化，自然保育等。目前， 美国有近7 0 0 个人工湿地用于处理与市政，工业和农业相关的领域。在丹麦，德 国，英国有超过2 0 0 个国家和地区的人工湿地系统运行。新西兰也有近1 0 0 个人 工湿地系统已投入使用。北美2 3 的湿地是自由表面流湿地，其中一半是天然湿 地，另一半是人工自由表流湿地。在北美湿地主要用于人口较多的区域。在欧洲 的应用较多的是地下潜流系统，特别是在一些东欧国家得到广泛的应用【1 6 】。 我国第一个人工湿地系统建立于1 9 8 7 年。近年来，人工湿地技术被广泛应 用于生活污水，啤酒，采油，造纸废水，垃圾渗滤液等处理。建于2 0 世纪末期 的成都活水公园是世界上第一座以“水资源保护”为主题，呈现出先进的人工湿 地污水处理新技术【l7 1 。随着研究的进展，人工湿地也被用于，改善饮用水源水质， 如利用人工湿地改善在北京官厅水库的水质，出水满足地表水i 类水质标准。近 年来，以水生湿生为主体的生态工程技术被得到广泛应用。尤其是湿地技术在 水体富营养化控制和水华现象控制方面被越来越广泛的应用。 此外，水生植物水质净化、生态型护岸的建设也是目前景观河道生态建设以 及水质净化经常运用的方法。 生态水系构建是水利学，环境科学，生态学等多学科为一体的综合问题。它 以保护和恢复河流的生态功能，维持自然河流生态系统的可持续发展为目标，与 原来的河流的设计理念有质的区别。生态水系构建是将水作为多种生物生息的空 间，并将河道建设成一种尽可能接近自然的形态，以自然河流条件为样本，在确 保防洪安全的基础上，努力创造丰富的自然水边环境。在建设生态水系的过程中， 4 第一章绪论 我们应该用系统的理论，多种技术集成，因地制宜，努力构建“人水和谐”的城 市水环蝌j 。 生物生态修复技术被认为是2 l 世纪我国生态环境保护领域最具价值和最有 生命力的生物处理技术。目前国内仍处于起步和技术探索阶段。随着研究的不断 深入和水污染控制理念的不断发展，该技术也不断革新，形成从单一化走向多样 化和集成化发展的趋势【1 9 j 。 1 3 课题研究的内容目的和意义 天津滨海新区这些年来发展迅速。为了达到滨海新区生态宜居城市的标准， 需要从景观和生态的角度来构建滨海新区的水环境。但是因为海河流域上游水资 源的过度开发，近几十年来天津地区上游来水量严重不足，造成滨海地区淡水资 源严重匮乏，水生态破坏严重；水体自净能力差，基本没有循环；地表水体污染 严重，水质达不到景观标准；土壤及地下水严重咸化，不仅不适合植物生长，还 会对水体中的设备造成严重的腐蚀。 本文以北塘片区的水系构建工程作为研究对象，针对天津滨海地区特定的水 文、地质条件进行研究，找出切实可行的适合滨海地区景观水环境、水生态构建 的方案与措施，包括水源调度方案、多水源补水方案、咸化处理方案、水质保持 方案、水生态体系构建方案、景观水综合利用方案以及咸淡水生态景观的构建方 案。研究成果不仅为滨海新区水环境与水生态向良性循环发展提供板样和技术支 撑，而且为天津市乃至北方城市的生态环境建设提供示范窗口和技术储备。 主要研究内容如下： 根据本项目的特点，结合项目区的实际情况，从水量问题及水质问题两个方 面，进行水系布置、调水及水量配置、水环境保持及雨水资源的有效利用的研究 工作，提出经济合理、切实可行的推荐方案。 ( 1 ) 雨水补给型景观水体生态修复与污染控制技术研究 景观河道的补水水源主要考虑区内部分雨水和北塘水库引水。降雨补水仅考 虑6 9 月降雨量的入河量作为水系补水量，地区雨水通过管网收集进入雨水泵 站，泵站出水管含外排、内排两个功能，向外排至永定新河，向内排入景观河道， 汛期初次降雨及每次降雨初期1 0 分钟形成的径流不排入景观河道( 该部分水量 水质差，由雨水泵站直接排出规划区以外) 。 针对滨海新区景观河道生态用水以雨水补给型为主、盐分高、水质差、水位 变化大的特点，筛选出抗污、耐盐、生物量大能有效吸收污染物且具有一定观赏 价值的水生和湿生植物，研究生态岸坡及浅滩、新型波式流人工湿地、水生生物 第一章绪论 控制等生态技术对高盐水体污染物的去除效果，通过多种生物生态技术的联合应 用与优化集成，实现对高盐景观水体的水质改善和生态修复，攻克雨水补给型景 观水体的生态修复与污染控制技术，建立相应的示范工程。主要任务如下： 生态岸坡及浅滩植物群落构建与水体净化技术研究 雨水补给型景观水体水系结构及水景构建技术 高盐景观水体人工湿地处理技术研究 ( 2 ) 滨海新区景观河道运行管理模式研究 以水生态健康、水景优美、区域排沥安全、资源及能源节约为控制目标，利 用多目标优化理论对滨海新区景观河道的运行参数进行优化研究，优化配置滨海 新区景观水域的补水水源( 地表水、雨洪水、外调水) ，提出滨海新区景观水河 道的最佳运行管理模式( 包括河道水体盐分控制，不同运行时段( 汛期及非汛期) 河道水位控制，水体循环方式及流速控制，生态补水量、补水方式、补水时机控 制) 。主要任务如下： 滨海新区景观河道生态用水多水源优化配置研究 滨海新区景观河道运行管理模式研究 第二章总体设计思路 2 1 项目分析 第二章总体设计思路 北塘，在京津乃至环渤海地区可谓家喻户晓。这座被誉为“金邦玉带”的历史 名镇，早在清朝初年就以其鲜美的海鲜、独特的烹饪方式远近闻名，是我国北方 一座历史悠久、底蕴深厚、才俊辈出、远近闻名的渔港古镇，她位于天津市塘沽 区的最北端，天津市生态绿色走廊与滨海新区沿海岸产业带的交汇区域。独特的 地理位置和丰饶的自然资源，造就了北塘历史上的兴隆昌盛，也吸引着八方游客 纷至沓来。 北塘地区地处滨海新区中部，塘沽区东北部，是由京津塘二线进入滨海新区 的门户，是于家堡c b d 到生态城的必经之路。规划范围：东至渤海海岸线，南 至京津高速公路、西至塘汉快速路，北至永定新河，规划用地面积1 0 3 平方公 里。 图2 1 北塘地区区位图 第二章总体设计思路 作为天津滨海新区开发开放的又一重点区域，目前天津塘沽区北塘古镇的功 能定位和规划设计已基本完成，开发建设正在进行中。 2 1 1 项目背景 天津地处太平洋西岸环渤海湾边的华北平原东北部，东临渤海、北依燕山、 西靠北京，交通便捷，不仅是北京的海上门户和中国华北、西北等省区的重要出 海口，还是东北亚地区通往欧亚大陆桥距离最近的起点城市。天津拥有丰富的土 地和矿产资源，占有得天独厚的区位优势。近年来天津的经济实力不断增强，已 连续十几年保持1 0 以上的增长速度，增幅居全国前列，城市综合实力明显增强。 至2 0 0 7 年，天津人均g d p 已超过6 0 0 0 美元。 党中央、国务院十分关心和重视天津的发展问题，胡锦涛总书记、温家宝总 理曾专程视察天津，对加快天津发展做出重要指示。2 0 0 6 年7 月2 7 日国务院下 发了关于天津市城市总体规划的批复( 国函 2 0 0 6 1 6 2 号) 正式批准了天津 市城市总体规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 年) 。在天津市城市总体规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 年) 中明确提出天津是东北亚地区的重要港口城市和制造业基地，同时也是中国北方 重要的综合交通枢纽，环渤海地区的经济中心和中国北方经济中心城市。 天津滨海新区位于环渤海地区的中心，是天津中心城市的重要组成部分，包 括塘沽区、汉沽区、大港区三个行政区和天津经济技术开发区、天津港保税区、 天津港区以及东丽区、津南区的部分区域，规划面积2 2 7 0 平方公里，2 0 0 5 年常 住人口1 4 0 万。新区地理位置优越，自然资源丰富，科技人才密集，产业基础雄 厚，交通通讯便捷，具有集国际化港口、高度开放的功能区和大片可供开发土地 于一体的综合优势。 随着滨海新区核心区的塘沽区经济总量不断壮大，北塘地区列入了滨海新区 及塘沽区2 0 0 9 年开发建设的重点区域。 2 1 2 区域概况 本次设计的水系工程位于天津市北塘地区。本工程的直接影响区是滨海新 区，本工程的建设对完善滨海新区城市中心的重要功能区，改善人居环境，促进 沿线土地开发及周边地区的经济发展、推动区域建设将起到积极的作用。 北塘地区总面积约1 0 平方公里，地处滨海新区中部，塘沽区东北部，是由 京津塘二线进入滨海新区的门户，是于家堡c b d 到生态城的必经之路。在充分 挖掘北塘本身特色的基础上，借助争取达沃斯落户北塘契机，通过高水准的规划， 促进资源的优化配置，建立新的城市特色，在政府的引导下，充分利用市场机制， 第二章总体设计思路 超前规划、有序实施，开创北塘未来发展的新局面。北塘地区将发展成为集会议、 会展、旅游、观光、休闲、度假、宜居为一体的滨海新区的现代服务产业聚集区。 北塘区功能定位为：能够承办诸如达沃斯等高端论坛的滨海新区国际高端会 议中心区域；与于家堡功能互补、共荣共生的中小企业总部基地；集会议休闲、 渔镇风情和特色餐饮于一体的国际旅游目的地；与中新生态城交融互补的，具有 地域文明与生态文明的滨海国际生活小镇。图2 - 2 为北塘区域的功能划分示意图。 图2 - 2 北塘区域功能划分 该地区规划河道、湖泊水面总面积约为3 4 公顷。为解决由于水源匮乏而影 响到水质保持困难的问题，以及雨水资源的有效利用，有必要实施水系构建、调 水及水量配置、水环境保持及雨水资源利用等工程。整个系统建成后，可提高有 限水资源的利用率，使得地面水环境得到改善，为创造一个良好的生活环境提供 保障。 第二章总体设计思路 2 2 总体设计思路 在编制本次设计文件过程中按照国家相关规范、标准，并结合招标文件具体 要求，使设计方案不仅满足国家相关规范和技术标准，以及安全、环保等要求外； 还从项目整体性、实用性、资源的合理利用、节约资金、区域发展定位以及科学 预留发展空间等多方面进行统筹考虑，保证整个项目建设及区域布局的美观、安 全、科学、合理、经济、环保，并具备前瞻性。 以创造符合人的尺度的空间环境，以丰富细致的设计，创造出优美的环境来 体现“人是空间活动的主角”这一基本原则进行设计，在设计中充分体现“以 人为本”和“可持续发展”的设计理念，使设计具有前瞻性、系统性、先进性、 安全性和经济性；积极采用新技术、新结构、新材料和新工艺，提高项目的科技 含量，降低工程造价，减少综合运营成本，使项目的经济效益最大化。 北塘地区规划目标为：是能够承办诸如达沃斯等高端论坛的滨海新区国际高 端会议中心区域；与于家堡功能互补、共荣共生的中小企业总部基地；集会议休 闲、渔镇风情和特色餐饮于一体的国际旅游目的地；与中新生态城交融互补的， 具有地域文明与生态文明的滨海国际生活小镇。因此在方案设计中应以规划为蓝 本，在设计中体现环境高标准、城市建设高起点、生态环境高质量。以科技创新 为代表在形象上创造能够表现富于创新精神、开放精神和多元平等的文化功能的 景观，同时满足人们对丰富多彩的新城市生活的追求。在管理上满足对该地区整 体形象控制的要求；在功能上保证配套设施的合理布置，满足人们对环境品质的 要求。具体体现在以下方面： 符合规划，功能突出：满足规划对工程的功能定位，保证市政设施符合规划 的功能要求。 指标合理，满足要求：满足规范要求的各项技术指标，同时考虑指标均衡， 综合考虑技术经济总体合理。不盲目追求高指标，注重节约工程投资。 远近结合，整体统一：在设计的各个环节上，充分考虑近期工程和远期工程 的相互衔接依赖关系，无论功能性，还是景观性，保证各期工程的完美衔接，浑 然一体。 环境友好，持续发展：响应时代发展对环境保护的新要求，尽量减少对自然 生态环境的破坏，减少填、挖方；采用先进的施工工艺减少项目施工和运行中对 本区域及周边环境造成的污染。充分发挥设计在建设资源节约型、环境友好型社 会中充分先导作用，保障可持续发展。 景观优美，赏心悦目：在满足功能的同时，实现整体协调的优美景观，在地 面设施造型等各设计方面充分体现北塘独特的风格，具有时代气息。 第二章总体设计思路 科技创新，提高质量：采用先进的专业设计软件，应用我院多年来的设计研 究经验及科研成果，积极采用新技术、新工艺、新材料，提高工程质量。 以人为本，注重环保：以景观、环保为主线贯穿设计全过程的设计思路。充 分体现“以人为本”的思想，并注重人与自然的协调、注重城市的总体景观，在 满足交通功能的前提下提升道路的环境功能、空间功能及景观效果；同时注重环 境保护，在使用效果上应追求“低噪音、轻污染、低能耗”。 总体设计思路： ( 1 ) 在北塘地区总体规划基础上，进行水系布置、调水及水量配置、水环 境保持及雨水资源的有效利用，以解决由于水源匮乏而影响到水质保持困难等问 题； ( 2 ) 实现水系排沥、水循环、调节气候、美化及改善环境的功能，全盘统 筹，综合治理，以人为本，将工程的功能性、实用性与自然环境的美观性有机地 结合，进一步治理环境、改善环境、创造环境，实现环境、经济、社会效益的完 美统一； ( 3 ) 在设计过程中，注重对规划方案的优化，在方案可行的基础上，降低 造价，节约工程费用； ( 4 ) 从工程实际情况出发，考虑远期与近期良好的衔接； ( 5 ) 因地制宜，经济合理布局，积极采用新技术、新结构、新材料和新工 艺，提高项目的科技含量，降低工程造价，减少综合运营成本，使项目的经济效 益最大化； ( 6 ) 严格执行国家的现行法规和规范。 2 3 编制依据 2 3 1 设计资料依据 ( 1 ) 北塘地区基础设施水系工程设计项目招标文件； ( 2 ) 天津市滨海新区城市总体规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 ) ( 3 ) 海河流域天津市水污染防治规划( 1 9 9 9 年) ( 4 ) 中华人民共和国水污染防治法实施细则 2 3 2 采用的规范 ( 1 ) 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ( 2 ) 建筑结构可靠度设计统一标准( g b 5 0 0 6 8 2 0 0 1 ) 第二章总体设计思路 水工建筑物荷载设计规范( d l 5 0 7 7 19 9 7 ) 水工建筑物抗震设计规范( d l 5 0 7 3 2 0 0 0 ) 建筑结构荷载设计规范( g b 5 0 0 0 9 2 0 0 1 ) 建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 11 - 2 0 1 0 ) 建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 建筑边坡工程技术规范( g b5 0 3 3 0 2 0 0 2 ) 岩土工程技术规范( d b 2 9 2 0 2 0 0 0 ) 建筑地基处理技术规范( j g j 7 9 2 0 0 2 ) 建筑桩基技术规范( j g j 9 4 2 0 0 8 ) 堤防工程设计规范( g b 5 0 2 8 6 9 8 ) 水闸设计规范( s l2 6 5 2 0 0 1 ) 泵站设计规范( g b t 5 0 2 6 5 2 0 1 0 ) 水工混凝土结构设计规范( s l l 9 1 2 0 0 8 ) 混凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ) 砌体结构设计规范( g b 5 0 0 0 3 2 0 0 1 ) 水工挡土墙设计规范( s l 3 7 9 2 0 0 7 ) 1 2 ) )0 1 2 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1(，kl(l(l 第三章现状评价及建设条件 3 1 自然条件 第三章现状评价及建设条件 规划区位于塘沽区东北部：东至渤海海岸线，南至北塘大街，西至塘汉快速 路，北至永定新河，总用地面积4 2 8 9 3 公顷。 3 1 1 气候条件 规划区属于暖温带半湿润大陆性季风气候。多年平均降水量为5 6 2 2 m m ，年 内降水量分配不均，其中6 9 月的降水量约占全年的7 0 , - , 8 0 。多年平均蒸发 量11 0 0 1 1 3 1 4 8 m m ，全年以5 月份蒸发量最大。灾害性天气主要有暴雨、大 风、冰雹、雷电、大雪、大雾、寒潮、干旱、沙尘暴等。 3 1 2 地形地貌 规划区地势总体较平坦，地面标高一般在1 5 3 5 m ( 大沽高程) 之间。 规划区地貌形态属海积低平原区，形成时间距今约2 0 0 - 2 0 0 0 年。规划区地 下水位高，排水不畅，河流、排灌渠道纵横交错；坑塘、水库、牛轭湖、盐池、 鱼塘虾池众多，星罗棋布；分布村镇台地。地面起伏甚微，坡度为1 1 0 0 0 0 - - - 1 5 0 0 0 。 3 1 3 工程地质 参考北塘小镇附近道路工程的地质勘察资料，该场地埋深2 5 o o m 深度范围 内，地基土按成因年代可分为以下4 层，现自上而下分述之： ( 1 ) 人工填土层( q m l ) 场地内均有分布，分布于表层，揭示厚度变化较大，一般0 5 0 2 5 0 m ，底 板标高有所起伏，局部厚度较大，为3 5 0 - 5 3 0 m 。主要由杂填土、素填土、冲 填土组成。 杂填土：分布于地表，部分地段缺失，揭示厚度厚薄不均，一般0 5 0 - , 1 7 0 m ， 呈杂色，松散状态，由砖块、石子、灰渣及废土组成。 素填土：厚薄不均，一般0 6 0 一- - 2 3 0 m ，局部孔厚度较大为4 0 0 - - 4 9 0 m ，部 分地段缺失，呈褐色褐黄色，可塑状态，主要由粉质粘土、粘土组成。含少量 砖渣、石子，属中压缩性土。 第三章现状评价及建设条件 冲填土：仅在彩虹桥附近孔出现，厚度1 1 0 m 。褐灰色，流塑状态，由粉质 粘土组成，无层理，含有机质、腐植物，属中压缩性土。 人工填土土质结构性较差，不均匀，部分孔位于村内拆除民房填垫年限大于 十年，其余孔填垫年限一般小于十年。 ( 2 ) 全新统上组陆相冲积层( q 4 3 a 1 ) 一般位于埋深约3 5 0 m 以上，厚度一般0 5 0 2 o o m 左右，受坑塘、道路修建 等影响，该层土部分地段缺失，主要由粘土组成。呈褐黄色，可塑状态，无层理， 含铁质，属中压缩性土。 本层土水平方向上土质较均匀，受人为破坏，该层土分布不稳定，局部缺失。 ( 3 ) 全新统中组海相沉积层( q 4 2 m ) 一般顶板位于埋深约3 5 0 4 o o m ，底板埋深约2 0 0 0 - 2 1 o o m ，该层从上而 下可分为3 个亚层。 第一亚层，淤泥质粘土为主：顶板一般位于埋深约3 5 0 - 4 o o m ，底板一般 位于埋深约6 0 0 - - 7 o o m ，厚度一般2 0 0 4 o o m ，呈灰色，流塑状态，无层理， 含贝壳，局部夹粉土透镜体。 第二亚层，粉质粘土为主：顶板一般位于埋深约6 0 0 - 7 o o m 段，底板一般 位于埋深约1 6 5 0 - - 1 7 0 0 m ，厚度一般1 0 0 0 - 1 2 o o m ，呈灰色，流塑状态，无层 理，含贝壳，属中( 偏高) 压缩性土。该层土总体呈砂粘互层状，水平方向土质 砂粘有所变化，局部夹粉土及淤泥质土透镜体。 第三亚层，粉土为主：顶板一般位于埋深约1 6 5 0 - 1 7 o o m ，底板一般位于 埋深约2 0 0 0 - - - 2 1 o o m ，呈灰色，稍密中密状态，无层理，含贝壳，属中压缩 性土。该层土水平方向土质砂粘有所变化，土质不甚均匀。 ( 4 ) 全新统下组陆相冲积层( q 4 1 a 1 ) 顶板一般位于埋深约2 0 0 0 , 、, 21 o o m ，主要由粉质粘土组成。呈黄褐色，可 塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粘土透镜体。 本成因层水平方向上砂粘有变化，分布较稳定。 3 1 4 场地地下水概况 根据拟建工程性质和场地地质条件综合分析，对本工程建设有影响的地下水 主要为浅层的第四系孔隙水。 勘察期间测得的场地地下潜水水位如下： 初见水位不明显； 静止水位在埋深0 4 0 1 4 0 m ，相当于大沽高程3 2 1 - - 2 2 8 m ； 地下水位随场地地势起伏有所变化。 1 4 第三章现状评价及建设条件 潜水主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般年 变幅在o 5 0 - 1 o o m 左右。 3 2 水资源现状 规划区属于资源性和水质性缺水地区。 ( i ) 降雨 根据1 9 8 0 2 0 0 7 年降水系列分析，多年平均降水量为5 6 5 2 m m 。地表水资源 年内分配不均，降水多集中在汛期( 6 月9 月) ，降水量约占全年的7 0 - - 8 0 。 ( 2 ) 地表水资源 规划区域的地表水资源要素主要包括河流、水库、生产性水面和近海水域等， 种类相对齐全，如图3 1 所示为区域周边水系要素示意图。 图3 1 规划区周边水系要素示意图 第三章现状评价及建设条件 1 ) 周边河流 规划区位于永定新河与蓟运河交汇处。永定新河是海河流域北系四河一一永 定河、北运河、潮白新河和蓟运河的共同入海河流，是海河流域北系的重要泄洪 通道。河道全长6 6 k m 。永定新河上游径流较少，河道长期受潮汐水流控制，泥 沙淤积严重。最新编制的永定新河防洪治理规划中确定永定新河按5 0 年一遇洪 水设计，河口处设计流量为4 6 4 0 m 3 s 。 据统计永定新河河口历年最高潮位平均值为4 118 m ；最高高潮位4 8 8 8 m 。 2 ) 周边水库 北塘水库1 9 7 4 年建库，目前总库容0 3 9 亿m 3 ，其中兴利库容0 3 亿m 3 ，正 常蓄水水位7 0 米，水库面积6 9 k m 2 ，现阶段存蓄潮白新河的汛期来水。南水北 调工程完工后，作为滨海新区供水工程( 简称南干线) 终点的北塘水库将成为保 障滨海新区供水的重要节点，起到引滦引江双水源切换的作用，在引滦偏枯年份， 由引江水向滨海新区供水。届时北塘水库经过改造，将不再从潮白新河引水，而 是存蓄引滦、引江生活生产用水【2 0 。 黄港水库北临永定新河，南接塘沽苇场，西部有东丽湖，东部是北塘水库。 以黑潴河为界，黄港水库分为黄港1 库和黄港2 库，其中黄港1 库建于1 9 7 1 年， 1 9 9 0 年增容后，水面面积达到5 8 k m 2 ，总库容达到0 1 3 亿r n 3 ，其中兴利库容o 1 亿m 3 ，正常蓄水位3