城市小流域水土保持综合治理设计

任晓光，党晨席，葛 翔

(深圳市水务规划设计院有限公司，广东 深圳 518036)

随着城市化进程的不断加快和成熟，针对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，解决环境问题，实现可持续发展已经成为社会共识[1]。十九大提出“绿水青山就是金山银山”“统筹山水田林湖草系统治理”等重大决策和部署[2]，对城市水土保持内涵提出更高的要求。传统的水土保持小流域综合整治倡导“统筹思维、分区治理”[3]“植物措施为主，工程措施为辅”等理念，在理念上与“统筹山水田林湖草系统治理”理念具有天然的一致[4]，但最大问题是对水环境整治方面缺乏考虑和手段[5]；传统的城市河道整治工程往往只重视河道本身，采用截污、截排、清淤、驳岸改造等工程手段，忽视了整个流域的内在关系，造成很多河道综合整治后，河水仍然不达标[6-7]。文章以深圳市某一流域水土保持综合治理工程为例，在传统小流域综合治理和水环境综合整治的思想上，结合“山水田林湖草系统治理”的理念，为新时期的小流域综合整治和水环境综合整治工程提供一些思路。

1 项目背景

该流域位于深圳市南山区西沥水库流域范围内，发源于赤顶山(高程437.6m)，沿水窝坳流经村庄，在村庄下游汇入水库，属二级水源保护区。流域面积9.69km2，河道全长5.28km，平均坡降1.8%。该河在下游村庄处有两条支流汇入，即左支1、左支2。

该小流域为南北长条形，呈北高南低的地形，河道南接水库，流域两侧为高山、低山丘陵地貌，地面高程最高可达435m，山体平均坡度约30°，流域整体地貌较为完整。由于坡度较陡，山体植被稀疏或林相单一，流域内水土流失明显。另外，流域内分布有诸多由于挖土采石造成的裸露山体边坡，坡度较陡(可达50°)，易造成严重的水土流失，景观影响度也较大。流域中部区域主要为建成区，地势较平坦，北高南低，高程约为50～38m，雨污混流，多处直接排入河道。该小流域属南亚热带海洋性季风气候，多年平均降雨量为1593.0mm，雨量年内分配不均，主要集中在4—9月，约占全年雨量的85%，流域内主要土壤类型为花岗岩赤红壤，抗侵蚀能力弱。

该流域内人类活动日益剧烈，毁林种果、乱掘乱挖现象严重，先破坏后治理的发展模式造成了流域水土生态环境的严重干扰，尤其是上游区水土流失夹带大量泥沙、污染物等，直接进入河道，最终排入水库，严重威胁了水库水源安全的保障和水利工程的使用寿命。目前流域内有麻磡社区，人口众多、厂房林立，二线公路从中穿过，大量污水未经处理直接排入河道，造成严重污染，危害饮用水安全。

2 水土生态问题分析

根据现场调查，河道水质较差，部分河段淤积严重，水体发黑发臭，建成区村庄面貌较差，通过分析，流域内主要有以下几方面的生态环境问题：①河道防洪标准低；②河道周边建成区缺乏排污和污水处理设施，雨污混排，直接入河，直接导致河道水质恶化；③流域中上游林相单一、菜地、陡坡种果等造成大量水土流失、面源污染严重，间接影响河道水质；④流域周边经济林地水源涵养能力衰退；⑤裸露山体景观影响度大，造成村庄周边景观面貌差。

3 治理思路

以“山水田林湖草”“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”[8]的治水思想为指导，以改善人居环境质量为核心，坚持应急与谋远相结合，治水提质、防洪排涝与流域治理相结合，做到流域统筹、标本兼治，从而从根部上达到改善城市水环境、改善城中村生态环境的目的[9-10]。

根据该小流域所存在的问题现状，划分地块，分区治理，因害设防、因地制宜。依据各地块所存在的主要问题，需通过背景山体生态修复、建成区生态控制、河道生态改造三大方面进行系统、综合的治理。其中，流域背景山体生态修复可划分为裸露山体景观改造区、水源保护林营造(包括经济林生态改造区、次生林封育保护区)、河口库湾水源保护林建设区3大分区进行小流域水土生态环境的修复和建设。建成区和河道范围生态修复则通过管理、布置截污系统、兴建污水处理工程等进行深度处理。工程建设内容主要包含三个方面：①水土生态修复工程；②河道整治工程；③水质改善工程。

4 方案设计

工程总体布置遵循上述总体思路和设计原则，以满足工程建设任务和目标为导向，综合分析流域现状问题和建设条件，结合深圳市地表水源保护区划以及治水提质工作计划等相关规划要求，以入库水质保障为核心，以满足饮水安全为根本。总体布置按照不同的建设内容和功能划分为三个相对独立部分分别表述，即水土生态修复工程、河道治理工程、水质改善工程等。

4.1 水土生态修复工程

流域水土生态修复工程可划分为裸露山体景观改造区、水源保护林营造、河口库湾水源保护林建设区3大分区进行小流域水土生态环境的修复和建设。其中，水源保护林营造包括经济林生态改造区、次生林封育保护区、基本农田生态防护等措施。

4.1.1 裸露山体景观改造区

对于景观影响较大的石质坡面，可采取修建V型槽、植生盆，再回填表土，植耐干旱瘠薄的乔灌木；也可用喷混植生绿化，或将以上措施结合运用。达到生态防护的目的，使边坡植被覆盖率达到70%以上。

对于裸露的土质边坡，根据其坡面现状及坡度选择治理方式。如果其坡比大于1∶1.5，则需先削坡至1∶1.5，土方堆于坡脚，当边坡高度超过4m时，每4m高度设一级2m宽的平台。对于坡度较缓的可直接清理坡面，然后在坡面及平台穴植乔灌木、喷草绿化。在坡面、平台及坡脚设截排水沟，汇水出口设沉沙池等。整治面积共为5.06hm2。

4.1.2 水源保护林营造区

(1)土地整治，退耕还林

对小流域内经济林采用逐步收回，实施退果还林。对现有果树进行保留，严格按果园中耕、除草、施肥，不砍伐。光照不够，采用修剪疏冠，增加透光率，株间空隙地，混交乡土阔叶树种，形成多层次、多树种的森林植物群落，最终让果树作为混交林的林分之一。同时，由于经济林地多地形坡度较陡，地表土体松散，水土流失极严重，因此，在造林之前，应进行细致整地。坡面细致整地方式可采用鱼鳞坑整地工程，鱼鳞坑由山顶到山脚每3m呈“品”字型布置，坑径为1.5m，坑深0.4～0.6m。

根据立地条件，自山顶至山脚选择不同特性的树种进行造林。其中，山顶造林树种选择水源涵养能力强的乡土树种，树种耐瘠薄、根系发达、林冠宽阔、枝叶茂密；山腰选择保土能力强的树种，根系发达；山脚紧临上坝路，应选择景观优美的树种，以观花、观叶树种为主。

树种的混交方式可采用“一坡三带”式造林，即分山顶、山腰、山脚三带造林；采用株间混交方式，在同一种植行内隔株种植两个以上的乔木树种。乔木间隙补植本地灌木树种。同时加种一些地被植物如铺地木蓝、地被菊等。如图1所示。

图1 经济林改造林分结构组成剖面段

(2)次生林封育保护

次生林采用封育保护措施，依靠原有植被群落的演替进行天然更新，自然形成乔、灌草植被群落。人为干预清除林地内有害植被，保证主要树种生长所需的光、热、水、肥、气；天然更新不足的地块采用封山育林和人工促进更新结合的方法，对下层有碍主林种生长的灌草进行清理，被清理的植被就地堆放，待其自然腐烂变为腐殖质。部分植被稀疏地，补植其他阔叶树种，增加乔木比例。通过人工促进更新后，诱导形成复层异龄林，增强森林生态系统的健康、稳定和完整性；补植区造林适地适树，根据立地类型，选择耐干旱瘠薄、保土保水能力强的乡土树种。在林分密度较稀处，补植黧蒴、罗浮栲、枫香、杜英等水源涵养功能优的阔叶树种。如图2所示。

图2 更新造林典型模式

(3)库湾水源林营造

本次设计在河道入水库前的滩涂湿地，根据水位变化规律营造植物过滤带，形成水生植被过滤系统和库湾水源保护林，作为上游受污雨水入库前的最后一道防线。水源林根据滩涂水位变化规律布设四带植物过滤系统，包括水生乔木缓冲带、挺水植物过滤带、浮水植物过滤带及沉水植物过滤带，逐级发挥植物拦截、吸收受污水体中污染物颗粒的长效功效。同时，在各植物带间利用小块缓坡以及生物工程技术(如椰子纤维袋等)建立透水椰围堰，形成湿地复杂的微生境。保持雨水平流、增加污染物颗粒沉淀时间。围堰中央设置水质检测取样点。

植被选择：乔木缓冲带选取水榕、落羽杉、水翁、池杉，库岸灌木选用栀子、勒仔树；挺水植物带选取水葱、荷花、千屈菜、菖蒲、黄菖蒲、再力花、梭鱼草、花叶芦竹、香蒲、泽泻、旱伞草、芦苇等；浮水植物带选取睡莲、凤眼莲、荇菜、水鳖、田字萍等；沉水植物带选取黑藻、金鱼藻、眼子菜、苦草。

4.2 河道治理工程

河道防洪标准为50年一遇，本次河道治理从生态治河的理念出发，兼顾现状及周边用地情况，不进行大改大动，只对现状天然河岸河段进行护岸防冲刷设计，对现状为硬质护岸的河段，视堤防情况进行整治。结合用地情况进行局部河段改造，改造内容主要为拆除原有的硬质不透水岸墙，改用生态透水型的石笼、抗冲生物毯、生态袋等护岸材料。各河段断面设计如下。

(1)上游段：上游段河道未进行统一治理，现状大部分为天然的土质河道，部分为浆砌石直立矩形渠道，本方案从生态治河兼顾现状出发，结合区域流量及河道纵坡，对土质边坡的天然河段，采用梯形断面，底宽5m，边坡为1∶2，采用石笼护坡；对现状已为浆砌石岸墙的河段，采用局部改造的方式，降低直立面的高度，设置缓坡。依据河道纵坡陡，流速大，冲刷严重，河底设置干砌石护底。断面形式如图3所示。

图3 上游段横断面图

(2)中游段：中游段河道穿越建成区，且大部分河道已被覆盖，受周边建筑物用地条件限制，该河段难于进行大改动。本次设计主要是变暗渠为明渠，堤防设置为缓坡，增加观水性及亲水性。设计河底宽为5m，改造断面形式如图4所示。

(3)下游段：该河段大部分为梯形的浆砌石河道，本次设计拆除现有的浆砌石护岸，改用可透水的石笼护岸，增强河道与周边环境的水体交换功能，设计河道底宽与现状一致，为7.0m，高约3m。其断面形式如图5所示。

表1 截流规模计算成果表

图4 中游段横断面图

图5 下游段横断面图

4.3 水质改善工程

根据现场调查和资料分析，建成区中0.11km2已实现基本雨污分流，均位于新村区域；0.08km2为旧村区，基本维持雨污合流；其余0.3km2为工厂区或居住工厂混杂区，此区域并未实现完全雨污分流，本次设计麻磡河截流规模为15mm。根据GB 50014—2006《室外排水设计规范》(2014年版)，对建成区进行截污管网设计。具体成果见表1。

5 结论

本工程将传统的水土保持小流域治理思路与河道整治工程思路相结合，试图采用“山水田林湖草”的理念，系统解决城市小流域水土生态问题。方案可能存在的主要问题是用地产权问题，需要多部门协同参与推进，可能会影响施工进度。