中新天津生态城水体水质保持技术研究

赵益华 马同宇 褚一威 陶君 张博

摘要：2007年，中国和新加坡两国签订战略合作协议，决定在环境比较恶劣的区域，建设一个“资源节约、环境友好、经济蓬勃、社会和谐”的新型城市，为中国其他同类地区提供借鉴和参考，经过多方优选，最终选定在天津的滨海新区。2008年开工建设，命名为中新天津生态城。生态城建设之初确定了22项控制性指标、4项引导性指标。其中，指标要求2020年，非传统水源利用率达到50%，地表水环境质量达到IV类。本研究通过生态补水和水系连通循环的方式，实现河湖水体的有序流动和强制循环，最大程度地让中新生态城区内河水活起来。通过水系连通，生态补水，实现“水清、水满、水活”的调度目的，有效地改善生态城水环境质量。

关键词：水系;水质;水量;生态城;连通

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.110

Research on water quality conservation technology of China-Singapore Tianjin ECO-City

Zhao Yihua，Ma Tong yu， Chu Yiwei，Tao Jun， Zhang Bo

（Tianjin Eco-City Water Investment and Construction Co.，Ltd.，Tianjin 300467，China）

Abstract：In 2007， China and Singapore signed a strategic cooperation agreement， the two countries decided in the area of environment is dirty， the construction of a “resource saving and environment friendly， economic boom， social harmony，” a new type of city， to provide reference for other similar areas of China， after optimization， finally selected in tianjin binhai new area.Construction began in 2008 and the city was named china-singapore tianjin eco-city.At the beginning of eco-city construction， 22 control indicators and 4 guidance indicators were determined.Among them， the target requires the utilization rate of non-traditional water sources to reach 50% and the surface water environment quality to reach class IV by 2020.This study realizes the orderly flow and forced circulation of river and lake water by means of the river pumping station and the use of sluice culvert to control the water level of the river， so as to make the river in china-singapore eco-city alive to the greatest extent.A one-way flow is formed in the landscape water body. By increasing the flow， optimizing the landscape water level and controlling the water level， the dispatching purpose of “clear water， full water and live water” can be realized， and the water environment and landscape in the ecological city area can be effectively improved.

Keywords：River system;Water quality; Flow;Eco-city;Connected

中新天津生態城地处天津市滨海新区，与天津滨海中关村科技园区和滨海新区汉沽毗邻，区内现状水资源短缺，生态城用水大部分需要靠外界供给。区域内的主要人工湖清静湖净面积1.1km2，与蓟运河、蓟运河故道河并称生态城内三大水系。清静湖前身为污水库，规划将建成生态城最大的景观湖。这里将以五指岛、北岛、南岛的形式，打造一个集产业、会展、旅游、休闲、居住等于一体的风情小镇，实现与蓟运河、故道河的“三水连通”。

1 中新天津生态城水系概况

1.1 地理位置

中新天津生态城位于中国东部、环渤海地区的中心、京津城市发展轴的北侧、天津滨海新区内，距离天津中心城区45km、距离北京150km、距离河北省唐山市50 km，距离滨海新区核心区15km。

1.2 水文气象

生态城区域气候属于大陆性半湿润季风气候，年平均气温12.5℃，最高气温39.9℃，最低气温-18.3℃。

年平均降雨量602.9mm，降水多集中在7、8月份，占全年降水量的60%。年蒸发量为1750-1840mm，是降水量的3倍左右。每年1～3月份西北风最多;4～6月份以南风居多;从7月份开始到9月份东风最多;10～12月份，西北风、西南风最多。生态城多年平均逐月气温分布图如图1所示。

生态城区年降水量为500mm左右，年平均降水日数为65～75d。生态城区的汛期为6月中旬至9月中旬。汛期的平均雨日在45d左右，夏季降水量为440～600mm左右，占全年降水量的80%～85%，又主要集中在7、8月份。

生态城多年平均的逐月降雨量分布图如图2所示。

生态城区的年蒸发总量约为2025mm左右，大于年降雨总量。结果表明，生态城水系由于蒸发导致的水量损失较大，需要通过水平衡计算水体所需的补水量，生态城多年平均的逐月蒸发量分布图如图3所示。

1.3 水体水系分布情况

中新天津生态城水系属蓟运河水系，水系主要有蓟运河、故道河、静湖、惠风溪等。生态城水系规划形成以位于起步区中央的静湖及故道河为核心，以人工水系为生态走廊，以水系两侧湿地为缓冲带，以城市绿网为生态屏障的城市水环境生态格局。

2 问题与需求分析

2.1 水资源量不足

中新天津生态城位于严重缺水的海河流域下游，属于资源型严重缺水地区。截至2016年12月，生态城传统水源均为外调，包括引滦水，南水北调水和岳龙地下水，在净水厂与海淡水掺混后通过生态城自来水系统供给用户，包括居民生活、公建、工业、道路、绿化，100%使用自来水。其中生活、公建、和产业用水产生的污水汇入污水系统，与汉沽方向污水混合构成生态城污水资源;污水处理净化后达到A标准后的低品质再生水可以作为景观生态补水，但由于2016年之前汉沽方向污水掺有化工园区废水，大量难降解物质使其不适宜作为生态补水，直至2016年6月后水质转变。

2.2 水质污染严重

现区内主要水体由原汉沽工业污水库改造而来。从2012年开始，生态城先后完成清净湖湖底110万m2清淤工程;清淤完成后，于2014年9月建设完成清净湖湖岸长度6.5km，共12.72万m2的湖岸景观工程建设，包括静湖生态护岸、耐盐碱景观植物筛选、种植与水域绿化养护、静湖与故道河水系连通的桥涵等水利设施的建设，完成堆山环境风险检测及底泥污染物防渗设施升级，水域面积110hm2。但随着时间的推移，静湖和故道河水体中氮、磷等营养物质浓度逐渐升高，含量逐年累计升高，水体水质数值也逐年波动升高。

2.3 水系循环连通系统

合作区水循环联通系统：包括静湖、故道河、惠风溪、甘露溪及其他潜在的淡水水源，影响构建生态城水系连通循环的关键问题：

（1）目前蓟运河生态城段水量呈逐年下降趋势，水质水量均无法满足生态景观要求。因此从蓟运河调水作为长期日常补水水源补给故道河和静湖，难度较大。（2）故道河内基本无清水来源，目前补水水源主要来自于降雨、污水厂低等级再生水补水。该区临近入海口，盐碱地渗透导致该区水体含盐量较高。（3）合作区水系统的盐度较高，即便有充足的水量对整个水系统水量进行置换，但盐碱地下水的渗透又会使得水体含盐量上升，因此需要找到一个水盐平衡，这就需要通过水量和盐度平衡计算与水力水质模拟技术来确定和论证适当的补水需求。（4）对于故道河、静湖、惠风溪，目前看来生态城水处理中心的再生水水量较为稳定，可以考虑作为日常补水水源。

3 生态城河道水系补水循环研究

由于生态城故道河现状未全部治理完毕，因此在故道南侧采用人工堤坝形式将已治理段与未治理段隔离，如图4所示。

3.1 水体补水方案研究

根据水量平衡计算，生态城淡水系统近期需要的生态补水量约为 4万 m3/d ，远期约需 8万 m3/d ，才能满足水生态、水环境以及水盐平衡等面的需求。综合考虑，生态城淡水系统的补水方案如下：

（1）近期（2018-2020年）：目前，生态城水处理中心已完成提标改造，出水水质达到天津市污水处理厂地标A标准，水质指标与地表水IV类标准接近。因此，建议近期生态补水量4万m3/d主要由生态城水处理中心出水提供。（2）远期（2020年后）：日常补水换水主要由生态城水处理中心排水提供，淡化海水的补水为辅，总补水规模约为8万m3/d。2020年后假若蓟运河水质能达到地表水IV类标准，可以考虑在蓟运河丰水期作为季节性换水水源或者应急换水水源，通过蓟运河稀释生态城的地表水体中的含盐度，减少TDS的浓度。

通过以上补水方案 ，生态城水体的换水频率可达每年置换2到3次，水体水质有望维持在IV类地表水质标准，水体中的总溶解性固体（TDS）浓度可以稀释到1000 mg/L以下，达到灌溉用水的要求。

3.2 水体循环方案研究

结合相关规划和实际建设需求，淡水系循环联通工况包括：

现状：生态城水处理中心出水补水水源4万m3/d;故道河南段隔离堰未拆除;静湖循环泵站已构建。

远期水循环方案（2020年后）：待故道河整体治理完毕后，南段隔离堰将拆除;届时将在故道河北段建设循环泵站，将于已建成的静湖循环泵站形成整个生态城起步區水系“大循环”，生态城水处理中心和海水淡化厂补水共8万m3/d。

4 结语

实施远期水循环方案后，由于以生态城污水处理厂作为主要的日常补水源，在循环泵站的配合下，静湖内部形成了逆时针的循环，极大改善目前类似于“死水”的水体，可以有效维持良好的水质。预计水体自净能力可提升10%～30%左右。

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收稿日期：2019-06-20

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项 （2017ZX071 06002-04）

作者简介：赵益华（1967-），男，汉族，硕士，高级工程师，研究方向为水污染控制与水环境治理技术。

通信作者：马同宇