一、項目概況
北川河由于河床比降大，水流湍急，洪水因暴雨形成，陡漲陡落，峰量高，歷時短，又多發(fā)生在夜晚，防不勝防。本次北川河治理防洪標準采用百年一遇，百年一遇洪峰流量430m3/s。查閱北川河多年的泥沙統(tǒng)計資料可知，北川河泥沙含量并不大，但是泥沙顆粒非常細，小于0.05mm細顆粒占65.7%，夏季水色黃濁，感官較差，影響景觀效果。而這一季節(jié)正是人們渴望親水的季節(jié)，水質(zhì)制約著西寧市人居環(huán)境的改善，也不利于提升城市品位和旅游形象。因此，市委市政府提出了“清水入城”的總體要求。對于超細顆粒泥沙的沉淀處理方案也成為本項目的一個難點和挑戰(zhàn)。

二、工程設(shè)計總體方案

1.泥沙沉淀方案
從項目基本情況可以看出，要實現(xiàn)“清水入城”的總體目標，核心是解決水色黃濁的問題，也就是超細顆粒的沉淀問題。北川河水量豐沛，多年平均流量17.4m3/s，汛期7—9月，月平均流量大于30m3/s，若對全部天然來水進行沉淀處理后再進入城區(qū)，難度非常大。因此，對泥沙的處理方案總體思路確定為“以排為主、按需處理”，在工程總體布局上，將河道分為內(nèi)河和外河，內(nèi)河是城區(qū)的生態(tài)景觀核心，外河在城區(qū)外側(cè)，肩負著防洪保安的作用，根據(jù)河道位置和功能的不同區(qū)別對待，僅對內(nèi)河所需的生態(tài)水量進行沉沙處理，保證內(nèi)河為清水，外河仍然以泄洪排沙為主。經(jīng)計算，從水環(huán)境角度，內(nèi)河所需生態(tài)水量為2.7m3/s。也就是說，只對這一部分水量進行泥沙處理，其余水量通過外河排走。根據(jù)工程實際情況，對常規(guī)泥沙處理方法、排沙漏斗、超磁工藝等泥沙處理方案進行了比較。
（1）常規(guī)沉沙池方案常規(guī)沉沙池多用于灌溉、供水、引水發(fā)電等，為減少田間淤積或降低水輪機、水泵磨蝕而設(shè)，多用于處理0.05mm以上的泥沙。沉沙條渠可根據(jù)進出口建筑物控制，對泥沙沉降進行一定調(diào)節(jié)，使沉降效果較好，但長度大、占地大。經(jīng)初步計算，本工程若采用傳統(tǒng)沉沙條渠，處理2.7m3/s的流動水量，需要池長8.1km、水深2.5m、寬200m。針對西寧市區(qū)用地緊張的情況，常規(guī)沉沙條渠池是不適用的。
（2）排沙漏斗清水分離裝置排沙漏斗對粒徑大于0.5mm的泥沙排除率接近100%，對粒徑為0.5～0.05mm的泥沙可排除90%以上。排沙耗水量平均僅占總引水量的3%～5%，但是常規(guī)排沙漏斗對小于0.05mm的泥沙沉降率不理想。近年，周著教授等科技工作者在常規(guī)排沙漏斗的基礎(chǔ)上，針對小于0.05mm以下粒徑的泥沙，進一步研制出了排沙漏斗清水分離裝置，可對超細顆粒的渾水進行沉淀、分離，達到很好的效果，但僅在農(nóng)村飲水等少量工程中應用，還沒有較大流量的實際工程經(jīng)驗。排沙漏斗清水分離裝置的優(yōu)點：占地小，無須外加動力，運行管理簡單，排除泥沙直接沖走，不需清淤。缺點是需要較大的高差，對本工程而言，需要8m左右的高差。
（3）超磁工藝處理高濁度水超磁工藝處理高濁度水的工作原理是：渾水經(jīng)提升至混凝反應池，與一定濃度磁粉均勻混合，形成以磁粉為“核”的微磁絮團；混凝反應池出水流入超磁分離設(shè)備，在高強度磁場作用下，磁性微絮團吸附在磁盤上，磁盤在旋轉(zhuǎn)過程中絮團被帶出水面，通過位于水面之上的刮渣條將吸附的絮團從磁盤上刮離，實現(xiàn)微磁絮團與水體的分離，出水返回景觀水體。由磁盤打撈出來的微磁絮團經(jīng)磁回收系統(tǒng)實現(xiàn)磁粉和非磁性污泥的分離，磁粉循環(huán)使用，污泥進入污泥池，處理或外運。本處理方案的優(yōu)點是占地小，處理效果好，且有保證。缺點是投資大，后期運行費較高。
（4）沉沙方案及建議根據(jù)以上比較分析，沉沙條渠占地大，不適用于本工程，本工程可以采用湖泊形沉沙池，通過對沉沙池出口節(jié)制閘進行控制，采用靜置沉沙的方式，以利于細顆粒懸移質(zhì)的沉淀，當分水閘放水入沉沙池沉淀至水變清后，再向景觀水系內(nèi)河放水。根據(jù)工程實際情況推薦方案：主沉沙池選用靜置沉沙方案，同時在岸邊建設(shè)1個1m3/s的排沙漏斗渾水分離清水裝置試驗工程，進行懸移質(zhì)泥沙處理實驗，若實驗效果較好，可在大沉沙池淤積滿后不進行清淤，作為后期利用土地。
2.工程總體布局
從防洪角度來講，汛期時應以“泄”為主，最好保持河道通暢，排泄泥沙，安全度汛，但是汛期水量大、不穩(wěn)定，水質(zhì)渾濁，景觀效果差。如果主河道多級蓄水形成水面，汛期運行操作復雜，存在安全隱患，水質(zhì)問題同樣難以處理。項目組通過對泄洪、景觀河道結(jié)合的方案，雙層河道方案，河道分槽方案，分離河道方案進行了多方位比選，選擇了分離河道方案，即泄洪與生態(tài)景觀河道分離布置，分為內(nèi)河和外河。外河在城區(qū)外側(cè)，以泄洪功能為主；內(nèi)河布置在主城區(qū)側(cè)，以生態(tài)景觀功能為主。

三、外河設(shè)計

西寧市地形呈現(xiàn)“四山夾三河”的“十”字形分布，市區(qū)位于河谷地帶，市區(qū)的土地資源非常緊張。外河設(shè)計防洪標準為100年一遇，流量為430m3/s。為防洪安全，外河需要足夠大的過流斷面。但洪水是有一定幾率的，北川河多年平均流量僅17.4m3/s。鑒于此，本次設(shè)計創(chuàng)造性提出“利用河底空間資源，考慮洪水幾率，河底生態(tài)化”的治理方案。首次嘗試在國內(nèi)打造北方河流的“清溪川”模式。考慮不同流量狀態(tài)的幾率性和其呈現(xiàn)的效果及用地資源的緊張狀況，設(shè)計外河底寬40m，河底設(shè)子槽，子槽寬16～25m，深1.2m，可保證夏季一般流量下不出子槽，使子槽兩岸灘地成為人們的親水活動場所。子槽采用格賓石籠防護，在滿足較大的抗沖流速下兼具一定的生態(tài)性，利于水生植物生長。沿子槽間隔設(shè)置親水臺階與景觀平臺，充分利用了河底空間資源；兩岸采用臺階狀分級處理，親水節(jié)點位置降低單級臺階高程，有利于安全疏散。

四、內(nèi)河設(shè)計

內(nèi)河為生態(tài)景觀河道，全長4.6km，無防洪任務。在內(nèi)河設(shè)計中，以景觀為主線，生態(tài)理念貫穿始終，營造了蜿蜒曲折、跌水、深潭、淺灘等多樣化生境，采用了自然石、木樁、自然緩坡等透水、多孔隙的生態(tài)護岸形式。在岸邊5m寬范圍內(nèi)，水深0.3～0.5m，保證人們的親水安全。北川河縱坡較陡，由于河道縱比降較大，全段高差約25m，為保證景觀效果，需要形成水面，設(shè)計共布置6級蓄水建筑物，采用溢流堰的形式，設(shè)計提出“一堰一景”的目標，結(jié)合城市歷史、周邊環(huán)境，打造了靈活多樣的溢流堰形式，使其成為工程的新亮點。

五、濱水景觀

濱水地帶是城市景觀的核心，更是城市文化的展示之地。以生態(tài)的視角打造北川河，通過大面積的風景林和生態(tài)修復，形成綠色廊道；以“水”為線索，以純樸大氣的高原生態(tài)濕地環(huán)境為基底，打造西寧周邊最大的綜合性濕地休閑文化旅游區(qū)；以青海和西寧文化為亮點，形成線性的文化展示廊道，最終實現(xiàn)“生態(tài)之河、綠色廊道、以水興城、城河一體”的目標。沿河景觀分區(qū)由北向南以歷史時間為脈絡(luò)，可分為5個景觀區(qū)（園）：
①遠古神話園。以遠古文化及昆侖文化為線索，講述遠古時期5000年前馬家窯文化及漢代以前的古羌文明，結(jié)合昆侖文化的神奇?zhèn)髡f，共同演繹中華民族共有的精神家園和文明根基。以祭天圣地、西王圣母、盤古開天、古羌憶事、文明碎片等節(jié)點和雕塑一一展示。
②感悟靜思園。以高原生態(tài)濕地環(huán)境為基底，將現(xiàn)狀水面擴大，并形成大小不一的多個島嶼、半島，增加水體的流經(jīng)長度和過水面積。在濕地西側(cè)，以生態(tài)科普濕地展示景觀為主，結(jié)合木棧道、生態(tài)亭廊、觀鳥塔等建筑，還原自然的生態(tài)濕地環(huán)境。濕地東側(cè)是以養(yǎng)生休閑為主要內(nèi)容，以宗教帶給人的感悟為主題，根據(jù)從各個宗教中提取出的共同要素———對宇宙的思索、對人生的思考等精神探索，構(gòu)建整個園區(qū)的支線，將整個園區(qū)營造成一片靜逸的“心靈圣地”。
③河湟史詩園。分別設(shè)置了西平初現(xiàn)、銅印鑒古、河湟驛路、烽火連臺、墻影昔現(xiàn)、古道交融、文成西行等節(jié)點，以歷史的發(fā)展線索來展示西寧的歷史變遷，結(jié)合特定時期出現(xiàn)的重大歷史事件，展現(xiàn)河湟地區(qū)及北川的地域文化，展示西寧深厚的歷史積淀及其對中華民族文化史的重大影響，給人以歷史的厚重感和身為西寧人的自豪感。
④民族文化園。以多族合鳴、水筑圣境、醫(yī)顯五源、草原盛會等節(jié)點展現(xiàn)各民族的輝煌歷史文化、民族之間的團結(jié)友愛。
⑤夏都魅力園。以大水面為中心，商業(yè)、綠地、廣場等沿水邊布局，結(jié)合上位規(guī)劃，在水面的西側(cè)濱水地帶規(guī)劃有三個多層商業(yè)建筑群，在建筑群的南北兩側(cè)形成兩個大型節(jié)點，分別取意于昆侖金鑲玉和銀鑲玉，即靈泉彩韻和會商聚寶。在大水面東側(cè)，與西側(cè)相呼應，形成一個以昆侖玉為主題的大型圓形景觀空間。以現(xiàn)代的設(shè)計手法、景觀元素來展現(xiàn)新時代的西寧魅力。

六、結(jié)語

城市河道水生態(tài)治理涉及諸多方面的問題，是規(guī)劃、水文、水工、景觀、市政等多學科的融合，是一項十分復雜的綜合性系統(tǒng)性工作。本工程在建設(shè)前期方案及后期建設(shè)過程中，業(yè)主、城市規(guī)劃單位、水利工程設(shè)計單位、景觀工程設(shè)計單位、市政工程設(shè)計單位等進行了多次溝通和協(xié)調(diào)，最終拿出了相對合理、科學、可操作的方案，為北川河工程的順利實施奠定了基礎(chǔ)。北川河的設(shè)計，在保證河流安全的基礎(chǔ)上，響應了水生態(tài)文明設(shè)計理念，通過多角度、多專業(yè)的協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌規(guī)劃，實現(xiàn)了“清水入城”的目標，營造了“水清、岸綠、景美”的水景觀，形成了“親水、近綠、怡人”的生態(tài)環(huán)境新格局，是設(shè)計人員對城市河道水生態(tài)設(shè)計的一次大膽嘗試與探索。