汉中市兴汉新区城市水系综合治理及生态环境提升工程设计

高 珍,张 云

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

1 工程概况

汉中市兴汉新区城市水系综合治理及生态环境提升工程所涉及的区域由马寨片、兴元湖片和李家湾片3个组团组成，北至城褒一级公路连接的108国道为界，南至阳安铁路，西至108国道与阳安铁路交汇处，东至城褒一级公路与阳安铁路交汇处，规划区总面积为27.7 km2[1]。

整个水系工程由西至东分为3部分(见图1)，天汉大道以西为西区;天汉大道与天台路之间为中区(包括兴元湖公园和汉源湖公园);天台路以东为东区。3部分水域通过水深不小于3 m的可通航水道连接，形成的水域面积180.4万m2，正常蓄水位以下库容498.6万m3[2]。

图1 汉中市兴汉新区水系规划图

该工程是将兴汉新区内原有的7个小水库整理联通，形成贯通区内的新的水库水域。该水库水域具有城市防洪排涝、生态净化、水上巴士通航、景观美化及休闲娱乐等综合功能。

兴汉新区城市水系水库工程等别为Ⅳ等小(1)型，主要建筑物等级为4级。

新区排涝标准为30年，水库挡水、泄水建筑物设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为100年一遇。防洪保护对象为兴汉新区及以南汉中市主城区。

2 设计重点分析

(1) 兴汉新区水系设计内容庞杂，需将城市防洪排涝与生态、景观及休闲娱乐等功能很好地结合起来。

(2) 规划区排洪渠道均需穿过南部阳安铁路、西城高铁，进入汉中市排洪体系。水系设计须保障洪水期运行时，下游排洪能力与铁路涵洞相匹配。

(3) 新水系设计按照现状各支沟水流进入规划区域考虑，但洪水进入规划区后将增加本区域排洪压力，并对水质产生一定影响。

(4) 设计中考虑尽可能将原有的良好自然景观融入设计，将工程建设对周边环境的影响降到最低。

(5) 项目水系建筑物繁多，位置分散又相互影响，设计中应综合考虑，并考虑后期运行管理的便捷。

3 区域洪水分析

汉中兴汉新区内没有大的河流穿过，主要是一些支沟，其中较大的有狮子河、李子沟。工程区南边为汉江，西边为汉江支流褒河。

汉中市属北亚热带湿润季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无微寒。多年平均气温14.7 ℃。流域内雨量充沛，年平均降水量在800～1 000 mm之间；其中6—9月降雨量占全年降雨量的80%左右，冬季11月——次年2月占全年降雨量的5%～8%。

新区北侧共有8条支沟汇入新区水系。水系各支沟及不同设计断面设计洪水成果见表1[3-4]。

4 水系规划

兴汉新区城市水系是将原规划区范围内7座小水库整理联通，形成贯通区内的新的水库水域。兴汉新区规划总水域面积180.4万m2，占规划区总面积的6.5%。考虑到城市发展，设计水域面积按照SL431—2008《城市水系规划导则》对Ⅱ类城市提出规划水域面积5%≤SA<10%设计。

表1 工程区各设计断面设计洪水成果表

图2 汉中兴汉新区各进水口、泄洪口位置示意图

4.1 水系规划原则

(1) 由于汉中市北部截洪工程尚未实施，新水系仍然保持原新区以北各支沟水流进入规划区域，保持天然补水和满足安全行洪要求。

(2) 规划区排洪基本按照原区域内现状小水库的排洪途径和方式，以保证进入区域内的洪水(涝水)能够沿较短路径尽快排出规划区外，安全接入汉中市已有的各排洪渠内。新水系调洪遵循原有行洪途径排洪、分区域调洪的方式[5]。

(3) 正常运行时由于各支沟天然径流多年平均流量之和仅为0.5 m3/s，无法保证兴汉新区城市水系的补水和水质要求，因此，为保证新水域水库正常水位和汛限水位正常运行，考虑由石门水库南干渠供水，最大供水流量4.2 m3/s。

(4) 为保证区域内水系可由西向东贯通通航，水系正常运行时水位为527.00 m。

(5) 为满足行洪要求，在汛期(6—9月)时，将水位由527.00 m降至526.50 m运行，留出库容以便蓄洪、调洪。

(6) 为满足换水保证水质要求，以及方便运行管理，水系泄洪建筑物各工况运行方式尽量考虑采用自流或溢流的方式运行；经调蓄后，若不满足泄洪要求时，再考虑设置泄洪闸等设施[6]。

(7) 为满足功能水域对水质的要求(达到Ⅲ类水质标准)，除采用生态净化、正常运行不间断补水、换水的方式外，宜考虑采用工程控制措施。如埋设在溢流堰(坝)底部的放水管等设施[7]。

4.2 水系正常运行规划

(1) 石门水库南干渠供水

兴汉新区城市水系正常运行时，由于上游天然支沟来水量较小(多年平均流量仅0.5 m3/s)，主要依靠石门南干渠供水。为保证规划功能区水质质量(要求达到Ⅲ类水质标准)，经计算分析需要15 d左右时间完成一次水量更换。考虑蒸发和其他水量损失，确定南干渠最大供水量为4.2 m3/s。

(2) 进水方式及水量

整个水系进水均由南干渠分水闸引水至靠近天汉大道的蓝绿源东区引水池，设计引水流量4.2 m3/s。

(3) 出水方式

正常运行时，水系从南干渠最大引水流量4.2 m3/s，考虑蒸发及其他水量损失，下泄水量按照3.7 m3/s设计。

为保证水系水域正常运行(527.00 m水位)和汛期运行(526.50 m水位)，共设置11个一级壅水、泄水建筑物。各建筑物在正常运行时的作用为：

(1) 壅高水位至527.00 m，以保证水域通航和功能要求；

(2) 保持一定的下泄流量，为下游景观提供水源；同时，保障水系水体不断更换。

4.3 水系汛期运行规划

(1) 石门水库南干渠供水

兴汉新区水系汛期运行时，供水流量、供水方式与正常运行时相同。

(2) 进水方式及水量分配

进水方式与水量分配同正常运行。

(3) 出水方式

汛期运行时，库水位降至汛限水位526.50 m，各出水口溢流堰由槽孔溢流满足下游景观最小流量需求，但无法满足换水要求。因此，需开启各溢流堰底部钢管闸阀以及兴元湖泄洪闸过流，控制水系水位。各建筑物总下泄流量与正常运行时相同。

4.4 水系排洪运行规划

(1) 入库洪水、涝水

兴汉新区汛期排洪、排涝主要来水分为2个部分：① 规划区以北天然沟道汇入规划区的洪水；② 规划区内部因暴雨形成的涝水。

(2) 水系排洪原则

为保障兴汉新区内及其以南汉中市主城区防洪(排涝)安全，新规划水系的排洪(涝)原则依然按照原区域内现状小水库的排洪途径和方式，以保证进入区域内的洪水(涝水)能够沿较短路径尽快排出规划区外，安全接入汉中市已有的各排洪渠内。

各下端排洪渠排洪能力不得大于铁路涵洞过流能力，西区通过新增铁路涵洞，解决排洪与铁路安全之间的矛盾。

洪水判别标准：初期运行时拟按兴元湖水库泄洪闸门前水位涨幅情况来指导开启闸门的时机，当水位超过汛限水位接近正常水位527.00 m时，立即开启泄洪闸泄水并维持水位不超过526.50 m，或直至闸门处于全开状态。

以上运行方式应结合初期运行情况进行修正，确定合理的运行方式。

4.5 水系建筑物设计

根据景观布置原则，天汉大道以西为兴汉新区西区，天汉大道以东、天台路以西为兴汉新区的中区，天台路以东为兴汉新区的西区。

(1) 西区水系建筑物

西区水系建筑物主要由蓝绿源分水池、溪畔果园渠道、进水口2分流涵洞、导流渠道、汉源港水域水堰、飞瀑水域水堰及苍鹭公园水域水堰等及部分组成。

(2) 中区水系建筑物

中区水系主要由生态廊道、体育廊道、植物园、南方河谷、流水杉林、飞鸟湖渊、都市运河、公园之心、水园操场几部分组成。

(3) 东区水系建筑物

东区水系主要由生态体育公园和庆典瀑布2部分组成。

5 生态环境提升工程设计

5.1 滨水景观设计

(1) 西 区

以南北走向的天汉大道为界东西划分，天汉大道西侧为兴元湖西区，结合连续的水域分为蓝绿源、溪畔果园、朱鹮公园、汉源港、石头记、茶香梯田、激流峡谷、闻樱水岸、连珠群岛、兴元新天地、朱鹮湖12个主题区域，各个区块相互联系和渗透，以各自的主题形成功能中心，规划组织连续的线性景观，以不同主题营造特色景观廊道，联系各个点状景观节点。① 主要景观节点围绕现状水库、水系打造各个功能中心和景观节点，内设市民休闲、娱乐活动设施，沿湖岸设置主题景观节点，如星级酒店、商业街等，并设置湖心景观视觉焦点。② 次要景观节点200～500 m分散布置，包括广场、公园、主要出入口、城市雕塑、标志性建(构)筑物等，丰富景观内容和层次。

(2) 中部核心区

天台路和天汉大道2条主要城市道路之间围合区域，北侧至城褒一级公路，南侧至阳安铁路，整个区域由傥骆路自然划分为兴元湖公园和汉源湖公园2个部分。

中部为整个兴元新区的核心部分，也是整个景观规划的精华所在。两大公园互相呼应，串联起整个南北与东西水道，大面积的水面景观结合岸边与之呼应的人文历史建筑，形成了整个区域景观乐章的高潮。

兴元湖公园属于规划系统中原自然生态条件较成熟的区域。城市原有公园，植被条件较好，但由于目前保护不够，整体水质情况亟待改善。因此本区域的规划主要从改善水环境入手，在北部进水口处设置水质净化走廊，从源头上解决水质问题。

由于整体环境的改善，从而再次激活整个兴元湖周围的生机与活力。打造与纽约中央公园、北京奥林匹克公园等世界知名城市公园定位相同的城市“绿肺”。同时带动区域经济提升，打造环境与自然中心、兴元岭茶舍、表演艺术中心、眺望台、自然科学博物馆、原生态村落、别墅度假酒店、综合运动与拓展区等一系列有汉中地域文化特色的，也符合汉中未来发展需要的大型综合性中央公园。

汉源湖公园位于中央区的东部，是一处重点突出汉文化主题的文化性公园。整个公园的设计以汉宫为中心，汉源湖为水景载体，运用了大山大水的设计理念，人工湖与串联的岛屿形成整个汉文化公园景观的重要载体，由大小33座桥梁连接。汉源湖公园分为若干不同地块，中心主岛上修建有汉宫、汉乐府、城市规划展览馆。西部2个半岛为汉源书院和汉街。东北部半岛为高端开发地块，规划预留了商业开发用地。东南部为蜀道乐园。整个景区建筑采用仿汉代风格，汉宫气势恢宏，汉乐府婉转低沉，汉街体现汉代民间建筑文化和生活场景，汉源书院映衬出汉中浓浓的文化教育历史。

(3) 东 区

以南北走向的天台路为界划分，天台路东侧为兴元湖东区，结合连续的水域分为明月入水口、滨水远眺、兴元滩、喷泉中心、水道城市、白鹭瀑布6个主题区域，各个区块相互联系和渗透，以各自的主题形成功能中心，规划组织连续的线性景观，串联起各个点状景观节点。① 主要景观节点围绕现状水库、水系打造各个功能中心和景观节点，设置便于市民休闲、娱乐活动的相关设施，设置湖心岛状的主题景观节点，如星级酒店、商业街等。② 次要景观节点包括广场、眺望台、喷泉、茶室餐厅、沙滩等，丰富景观内容和层次。

5.2 水环境治理工程

规划区内部分现状水体水质为劣V类，水体的化学需氧量、总氮及总磷3项超标严重，需采取水质保障措施对流入新水系的水体进行处理，使规划区内水质达到Ⅲ类。

作为围绕水系建设为主的景观项目，水质是否得到提升和维护是衡量本项目设计是否成功的重要因素。为达到以上目标，提出3种解决方法。

(1) 各天然支沟来水进入场地时通过若干水质处理渠道进行生物和物理方法处理[8](砾石滤床、生态湿地等)，见图3。

图3 砾石滤床剖面图

进水口采用生态滤床进行过滤、吸附，再经过多个人工湿地、种植池、退水口湿地等层层净化处理后进入市区[9]。

(2) 沿主要道路实施低冲击开发(Low-Impact Development简称LID)技术，控制雨水对水路的污染程度[10]。

低冲击开发技术是一种暴雨管理和面源污染处理技术，是综合采用入渗、过滤、蒸发和蓄流等方式减少径流排水量，延长雨水聚集时间，减缓雨水流速，且吸收部分雨水，使城市开发区域的水文功能尽量接近开发之前的状况[11-12]。

结合本工程特点，可采用雨水花园及雨水滞留处理、绿色街道、渗透路面等措施[13-14]。

(3) 在雨水排水点对雨水进行额外的水质处理，即净雨出水口[15]。

除上述3种措施外，为保证景区水质(要求达到Ⅲ类水质标准)，防止水系富营养化，要求利用石门水库15 d左右时间完成一次水量更换。考虑蒸发后，汛期(6—9月)换水量约335万m3，进/出水口引水/放水平均流量约为2.6 m3/s；其他月份换水量约为410万m3，进/出水口引水/放水平均流量约为3.2 m3/s，考虑其他水量损失，最大换水量为4.2 m3/s；并保持全年均匀进/出水。

6 结 语

兴汉新区城市水系综合治理及生态环境提升工程是汉中市城市总体发展规划的重要组成部分，项目的实施可改善汉中市北城区域基础设施落后的现状，完善市政设施，改善居民生活环境，加快城市化进程，建成集生态、绿色、文化，旅游、安居为一体的现代化智慧新城。同时，可拉动内需，增加就业岗位，将汉中市建设成特色鲜明的文化名市、生态良好的宜居城市，中华汉源的寻根地、世界汉人回老家探亲访祖之城、汉文化集中展示的窗口，将汉族、汉人、汉语、汉文化在汉中的古迹遗存和景观浓缩为一体，使世界了解汉中、汉中走向世界。