城市小流域综合治理方法研究与实践——以成都市九道堰河流域为例

邓 粤，帅建英，刘盛君，高誉轩

（1.四川省成都市沱江流域投资发展集团有限公司，610015，成都；2.四川省成都市水务局，610015，成都；3.四川省成都市河湖保护和智慧水务中心，610015，成都）

目前，对于破解城市小流域水灾害频发、水环境污染和水生态损害等不同类型水问题已有较为成熟和系统的技术方案，但仍然存在一些问题，集中体现在两个方面：一是自然属性考虑不足，难以从根本上遏制水问题。河道治理与雨污消纳多采用工程型的灰色措施，生态修复多采用“美化”和“绿化”措施，属于“治标不治本”的治理模式，且易诱发次生的生态环境问题。二是目前广泛应用的“末端治理”模式难以最大限度减缓水患灾害。比如，涝水与污水的治理多采用空间上的“末端治理模式”，尚未完全形成“源头→过程→末端”的雨水层层调蓄与污染物全过程消纳的范式；水生态的治理多采用时间上的“末端治理模式”，即在已演变成新的生态系统类型后再采取人为措施进行干扰。此外，在智慧化管理方面，普遍存在建设标准不统一、监测要素不全面、调度模式不智能等问题。

针对城市小流域存在的问题，以及当前管理的现状，研发了适合城市小流域系统治理与智慧管控的系列技术，并以九道堰河流域水生态综合治理项目为示范，开展推广应用，取得了较好的效果。

一、城市小流域综合治理总体思路

按照“问题识别→技术研究→示范应用”的总体思路（见图1），系统辨识高强度人为扰动影响下城市小流域的水灾害（洪水和内涝）频发、水环境污染、水生态退化的问题，以及当前水管理工作中的短板，研究适用于城市小流域的水灾害防控、水环境治理、水生态修复与智慧管控的成套技术。对于河道内的洪水防控，提出城市小流域蓝绿融合的河道整治技术；对于河道外内涝与污水治理问题，提出面向雨污消纳的城市小流域生态海绵体系构建技术；对于河道内与河道外生态环境修复，提出城市小流域水域—水陆交错带—滨水陆域全覆盖生态修复技术；同时，为提升城市小流域智慧化管理水平，提出城市小流域智慧管控成套技术体系。

图1 小流域综合治理总体思路

二、城市小流域综合治理关键技术

1.蓝绿融合的河道整治技术

①蓝绿融合的柔性多变水线。针对传统城市河道治理中简单平直蓝绿线导致生物栖息地少、流速流态单一等问题，通过打破传统蓝线绿线边界壁垒，将消落带与河道空间叠加融合，顺应河道自然形态，遇窄成溪、遇宽成河、遇高差成瀑布，增加河道韧性和多样性。蓝绿融合方法一方面可以扩大河道的行洪断面，提升防洪排涝能力；另一方面通过重构河道，形成曲化岸线，增加生态岛屿，同时结合生物栖息繁衍特征，在河道滩地和生态岛屿上因地制宜栽种植物，为鸟类、两栖类等动物提供多样生境，增加河道的生物多样性。

②形态多样的生态驳岸。针对传统城市河道治理中垂直、固定坡比硬质堤防存在的亲水性差、生态性差等问题，一方面充分考虑河道位置、生态功能、景观需求等因素，综合采用抛石、混凝土、卵石、鱼巢砖、格宾石笼等不同护脚方式，保证河道安全的同时更加注重生态性；另一方面通过拟自然手法，保留河道天然属性，随坡就势构建高低起伏、形式多样的生态驳岸，最大程度保护现有植被、提升亲水性并营造丰富的水陆交界线，为生物提供多样的生态环境，打造“可进入、可参与”的亲水空间。

③多变流速、水深的河道生态水面。针对传统城市河道治理中水面和流速单一导致的生境缺失等问题，利用气盾式生态闸、景观堰构成“堰闸”系统，扩大水域面积，增加水深和流速的多样性，打造深水静流和浅水快流相结合的生态水面，保障枯水期河道生态基流，提升水环境容量，恢复河道生物多样性。

2.面向雨污消纳的生态海绵体系构建技术

针对城市雨水与污水治理中的“末端治理”与“过程分离”的问题，从流域统筹的视角，秉承“一片地对一片天”的理念，构建城市小流域生态海绵体系，形成“源头分散消纳→过程截流截污→末端收集利用”的雨水调蓄与污水净化全链条过程。

①雨水消纳及生态海绵构建。对于雨水的调蓄，在全域尺度上，处理好城市水系与流域水循环之间的关系，提出以“蓄、渗”为主，同时满足“净、用、滞、排”等需求的生态海绵流域建设方案。综合考虑雨水径流对河湖流域水岸安全、汇水区域水体涵养等多个目标，构建源头减排、过程控制、末端治理全流程管控体系，实现流域内雨水“自然积存、自然渗透、自然净化”的海绵功能。在源头雨水控制方面，利用雨水花园、绿色屋顶、植草沟、垂直绿化等“灰色+绿色”设施对雨水进行散流和滞蓄；在过程控制方面，利用新建的截污干管、雨水管线和截流井等设施，达到雨污分流的目标，增加水环境容量，提升流域水质；在末端雨水控制方面，采用地埋式初雨调蓄池将初期雨水进行截流收集，减少初雨径流污染。

②污水全链条管控。针对城市普遍存在污水处理后再生利用率低、雨污分流不彻底、单线治理导致污染物难以根除等方面的问题，通过管线排查、管网整改、雨污混流排口处建设截流井等措施实现污水的源头控制；通过污水处理厂提标扩容保证截流的污水和初期雨水完全能够被消纳；通过建设中水管网，将污水处理厂的再生水引入生态湿地和生态塘库系统处理，水质达标后补充至河道，保障河道生态基流，恢复河流生态。利用以上多种工程措施的集成，使城市小流域市政污水全链条循环消纳，实现市政污水的零排放、零污染。污水处理全链条示意图见图2。

图2 污水处理全链条示意图

3.水域—水陆交错带—滨水陆域全覆盖生态修复技术

水域、水陆交错带和滨水陆域作为城市小流域的三大要素，传统修复手段通常存在治标不治本、生态体系不完整、生态功能不协调等问题；此外三大要素的关系缺乏统筹，区别治理，也会导致修复效果顾此失彼。基于此，提出了水域—水陆交错带—滨水陆域全覆盖生态修复技术。

①水域生态修复及重构。针对水域，充分考虑水生态系统多层级、多要素协同作用关系，通过基底翻耕、土壤病原体消杀和补充微量元素等方式为水生生物营造适宜的生长环境；通过沉水植物、挺水植物、浮叶植物的合理搭配构建水生植物群落；通过鱼类、底栖动物和浮游动物等构建水生动物群落；利用不同功能微生物的组合净化水体，维持水环境稳定。通过以上措施，实现生态链的断链增级，构建安全、健康的水生生物群落结构，达到水生生境自修复和自平衡的目标。

②水陆交错带生态修复及重构。针对水陆交错带，在原河道生境保留的基础上，结合天然河滩地和岛屿，通过基质修复、生态系统调控、生态绿色型护脚工程、物种选育和配置等措施，重塑自然化栖息地，提升河道生物多样性，保障水生生态和陆生生态的交融。水陆交错带生态修复及重构见图3。

图3 水陆交错带生态修复及重构

③滨水陆域生态修复及重构。针对滨水陆域，基于美学、生态、功能“三位一体”的生态景观理念，科学合理选用本土植物，打造拟自然生境，为两栖动物、鸟类等小型动物提供优质的栖息环境，提升陆生生物群落的自我调节能力，营造长期稳定演替的近自然景观风貌。同时通过科学优化种植设计结构，实现陆地植物群落的长期自我演替，实现低成本维护的目标。

4.智慧管控成套技术体系

针对小流域信息化管理存在的建设模式标准不一、信息采集不全和调度效能偏低等问题，提出了城市小流域智慧管控成套技术体系。

①智慧管控系统建设模式。针对城市小流域信息化建设碎片化、缺乏统一建设标准规范，导致业务、数据、管理不协同的问题，通过建设标准规范体系，指导流域信息化建设，规范建设流程，缩短建设周期，减少重复投资。根据不同小流域的管理需求和实际情况，标准规范体系可选择涵盖下列部分或全部标准：数据中心、监测布点等方面的技术标准，数据库建库、空间数据建库、BIM数据等方面的数据体系标准，GIS管理系统、设备设施控制系统等业务建设标准，信息整合共享与互联互通标准，以及用户权限管理、系统运维等管理标准。

②水量、水质、生态全面立体感知技术。针对城市小流域生态监测手段缺失的问题，在传统的水质、水量监测体系基础上，基于AI机器视觉与多面视频融合的生物物种监测技术，构建基于BIM+GIS+MR技术的沉浸式感知场景，实现城市小流域水量、水质、生态全面立体感知。

③厂网河一体化流域智慧运营管理技术。针对传统的经验调度模式对城市小流域综合治理措施设计效能发挥不充分的问题，通过多情景驱动的厂、闸、池等全要素的一体化调度控制，以“机理模型+AI算法”形成智慧决策的“智慧大脑”，以远程自控技术形成生态闸远控的“智能手”，实现了城市小流域枯水期补水、景观需水补水和汛期初雨污水不下河，污水全收集、收集全处理、处理全达标的管理目标。图4为城市小流域智慧管控系统框架图。

图4 城市小流域智慧管控系统框架

三、城市小流域综合治理技术在成都市九道堰河流域的应用

1.九道堰河流域概况

九道堰河为沱江二级支流，发源于成都市郫县团结镇府河，由西北向东南注入沱江一级支流毗河。流域面积为75 km2，流经成都市新都、金牛、郫都3个行政区，干流长为31.9 km，河流比降1.2‰。九道堰河流域水系纵横交错，涵盖牟珠堰、友谊支渠、明月排洪渠等支流24条，总河长为140 km。

九道堰河流域是连接岷江和沱江的核心纽带，具有重要的战略地位。但九道堰河流域内河网为平原水网，河道平缓、水流不畅、污泥淤积，严重影响河道行洪和水环境改善；此外流域内居民生活污水截流不彻底、污水处理排放标准较低等情况导致九道堰河及其支流的年排入污染物量已超过纳污能力，九道堰河流域内占比78%的水体长期为劣V类。

2.九道堰河流域治理效果

（1）河道治理及其效果

在50年一遇防洪规划要求基础上，护脚采用鱼巢砖、松木桩、柳条、宾格石笼等生态工法，由规划简单平直蓝线37 km至曲化水线53 km，水面增加16 000㎡，形成17个开阔水面，新增720㎡滩地、1 210㎡岛屿。为吸引鸟类等动物提供多样生境，形成了包含“溪、滩、岛、泽、河、林”等多要素的多样水边线。

九道堰河流域18.8 km传统堤防转换为可进入、可参与的多变生态堤防；通过7种多变生态驳岸形态增加20.6万㎡亲水空间，营造11种水陆生境空间，预计增加200余种动/植物，在多样生境稳定后可达到400余种。

九道堰河流域通过新建12座拟自然的生态堰和5座气盾闸，形成适于鱼类、底栖类、沉水植物类的8种流速（0.1~1.1m/s）和13种生物生长流态，河道水体停留时间由0.37天提高到1.03天。

（2）生态海绵建设及其效果

经过生态海绵建设，九道堰小流域灰色基础设施可截流小流域范围内汇水面积2 281.5 hm2，占比22.5%；绿色基础设施（绿色屋顶、垂直绿化、透水铺装、植草沟、雨水花园、生态湿地等）可截流4 382 hm2范围内初期雨水，占比43%；污水经全链条消纳后，收集率≥98%，小流域出水断面水质得到明显改善。

（3）生态修复及其效果

九道堰河流域水域生态经修复后，水面面积增加99 434 m2，鱼类增加5种，底栖动物增加2种，浮游动物增加2种，沉水植物增加5种，挺水植物增加4种；在水陆交错带，保留现状生态本底，保证行洪安全的情况下，通过松木桩、鱼巢砖、宾格石笼等生态工法，形成7种生态护脚形式，构建7处岛屿、5处河滩地、33处亲水平台；在滨水陆域，利用生态草本植物群落设计，形成了近5 000㎡的人造自然式生态草甸，同时利用坡地的季相变化，在坡面底部设置近1 000 m的生态排水沟，科学合理选用20余种乡土植物，构建22 km的生态廊道，3个城市公园。

（4）智慧管控系统建设及其效果

运用上述智慧管控技术，在九道堰河流域形成“1个指挥中心+3大核心平台+4大基础支撑+5大配套工程”的智慧管理系统，对流域范围的常见生物物种和珍稀物种进行监测识别，准确度达到90%以上，同时，实现了流域内1个污水处理厂、5个生态闸和4个调蓄池的远程自控与智慧运营管理，确保考核断面稳定达标。

四、结 论

本研究围绕水灾害、水环境、水生态、水管理等多方面的问题，针对河道、水域、水陆交错带、滨水陆域等多个子系统和整个小流域全系统的治理、修复和管理，依照“师法自然”的理念，充分遵循自然规律，利用近自然修复模式构建了“体系完整、功能协调、各在其位、各司其职”的城市小流域综合治理与智慧管理成套技术体系。该套技术在九道堰河流域综合治理项目中的成功应用，充分说明了其在促进韧性城市建设、提升治水管水能力等方面的作用，为城市小流域水环境综合治理提供了可复制可推广的经验。