城市小流域水環(huán)境綜合治理方案分析

巫劍偉

(深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司，廣東 深圳 518000)

城市小流域在城鎮(zhèn)防洪，調(diào)蓄、水環(huán)境與水資源等方面發(fā)揮著重要作用，是流域生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展的基本保障[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展，居民產(chǎn)生的生活污水，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水以及初期雨水等污染直排入小流域水體中，水質(zhì)不斷惡化、生態(tài)破壞，水環(huán)境問(wèn)題日益突出，需要對(duì)水環(huán)境進(jìn)行綜合整治，改善水體水質(zhì)[2]。城市小流域水環(huán)境整治技術(shù)是利用工程措施如控源截污、內(nèi)源治理、水生態(tài)修復(fù)技術(shù)和非工程措施的系統(tǒng)性整治技術(shù)，是城市小流域水環(huán)境治理的有效措施[3]。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)流域水環(huán)境綜合治理的研究較多，以“源頭減排、活水恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)”等為原則，綜合治理技術(shù)易受水系水資源配置、季節(jié)等客觀因素影響，存在著對(duì)現(xiàn)狀分析不夠深入、邊界條件制約較多等不足之處，導(dǎo)致整治效果不宜樂(lè)觀[4]。因此，對(duì)于流域水系應(yīng)對(duì)水環(huán)境現(xiàn)狀深入分析，提出整治路線及方案措施，才能有效改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量[5]。

文章以深圳市新圳河(南山段)為例，通過(guò)對(duì)新圳河(南山段)現(xiàn)狀水環(huán)境問(wèn)題和已完工工程對(duì)新圳河(南山段)的影響進(jìn)行深入分析，提出防洪工程、生態(tài)補(bǔ)水、水質(zhì)改善工程、正本清源等工程綜合治理方案，通過(guò)不同的方案論證比較選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，以期能夠改善水環(huán)境，改善人們的生活環(huán)境。

1 工程概況

新圳河屬于西部沿海河流，全長(zhǎng)9.26km，新圳河流域面積15.44km2。新圳河(南山段)位于深圳市南山區(qū)南頭街道與西麗街道轄區(qū)內(nèi)，共有3條一級(jí)支流，流域面積2.74km2，干流長(zhǎng)1.73km，新圳河(南山段)支流1長(zhǎng)0.54km，新圳河(南山段)支流2長(zhǎng)0.66km，新圳河(南山段)支流3流域面積1.29km2，支流3長(zhǎng)1.24km，支流末端接雨水管與雨水箱涵。本工程建設(shè)內(nèi)容概括為四大項(xiàng)：防洪工程、生態(tài)補(bǔ)水、水質(zhì)改善工程、正本清源等。防洪工程對(duì)新圳河(南山段)流域內(nèi)河道干流、支流對(duì)不滿足防洪要求的河岸有條件地進(jìn)行拓寬或加高，確保河道干流滿足50a一遇、支流滿足20a一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)改善工程通過(guò)沿河新建截流墻與截流管，防止流域內(nèi)面源污染入河。正本清源對(duì)新圳河南山段流域范圍內(nèi)的工業(yè)廠區(qū)、住宅小區(qū)、城中村進(jìn)行排放口溯源、查漏補(bǔ)缺。生態(tài)補(bǔ)水將收集到的清潔基流補(bǔ)充至新圳河(南山段)干流明渠段，補(bǔ)水規(guī)模約為1500m3/d，新建DN400補(bǔ)水管長(zhǎng)40m。

2 河道現(xiàn)狀分析

2.1 水系現(xiàn)狀

新圳河(南山段)水系主要為新圳河(南山段)干流與支流1、支流2及支流3河道。新圳河(南山段)干流河長(zhǎng)1.6km，淤積厚度介于28～38cm；干流同樂(lè)路段為箱涵結(jié)構(gòu)(尺寸3m×2m)，淤積厚度約為12～40cm。新圳河(南山段)支流1主河道位于同樂(lè)路下，淤積深度約為20～60cm，DN1600涵管進(jìn)水口部位局部裸露。新圳河(南山段)支流2長(zhǎng)度為656m，上游為暗涵(尺寸3.7m×1.6m)，中游為明渠，下游與干流相接處為暗涵(尺寸為3m×2m)。新圳河(南山段)支流3干流明渠段位于樂(lè)尚林居旁，淤積深度約為20～60cm。

2.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

新圳河(南山段)是新圳河南山區(qū)流域的泄洪通道，旱季不泄洪，屬于典型的雨源型河流。旱季時(shí)明渠進(jìn)水口處有水流動(dòng)，河道水體的顏色呈灰黑色，同時(shí)伴隨陣陣惡臭味。河道仍為雨污河流，河道水體黑臭嚴(yán)重。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明(見(jiàn)表1)，新圳河(南山段)水體黑臭現(xiàn)象明顯，為重度黑臭水體，整體表現(xiàn)為溶解氧低，氨氮值高。

表1 新圳河(南山段)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.3 排口分布

新圳河(南山段)干流污水入河排口共有14處，排口總污水排放總量約為2439.7m3/d；新圳河(南山段)支流1有3個(gè)入河排口和1個(gè)排放小區(qū)，排放污水總量為1435.3m3/d；新圳河(南山段)支流2有11個(gè)排放點(diǎn)和6個(gè)排放小區(qū)，排放污水總量為1221.3m3/d；新圳河(南山段)支流3有8個(gè)入河排口和15個(gè)排放小區(qū)，排放污水總量約為2881.9m3/d。同時(shí)新圳(南山段)沿線排放口所屬區(qū)域大部分已經(jīng)完成正本清源，實(shí)現(xiàn)雨污分流。

2.4 水質(zhì)黑臭的原因

根據(jù)對(duì)流域范圍內(nèi)的排口、污水量及河涌淤積程度分析，新圳河(南山段)水質(zhì)較差的原因在于沿河缺失初雨收集系統(tǒng)，導(dǎo)致初雨水直接入河，地表徑流污染較為嚴(yán)重；部分區(qū)域的正本清源不徹底，存在部分小區(qū)混流和污水外排現(xiàn)象；河道斷面偏小，雨污混流作為河道補(bǔ)給水源，過(guò)流能力不足，且淤積嚴(yán)重淤積削減河道行洪能力，水體自身環(huán)境容量低。新圳河(南山段)流域內(nèi)河道淤積嚴(yán)重淤積，削減河道行洪能力，不滿足50a和20a一遇的行洪要求。

2.5 治理思路

水體污染的原因主要是雨污混流、上游無(wú)基流匯入導(dǎo)致內(nèi)部污染難以擴(kuò)散及河道自身水環(huán)境容量有限。新圳河(南山段)上游干、支流大部分為暗涵，暗涵段兩岸排放口有污水進(jìn)入河道，導(dǎo)致河道水體黑臭，對(duì)入河排污口進(jìn)行溯源十分必要的。雨污分流是一項(xiàng)長(zhǎng)期和復(fù)雜的系統(tǒng)工程，現(xiàn)狀下短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)徹底的雨污分流，確定本工程水質(zhì)改善目標(biāo)是在不影響河道防洪能力的前提下，通過(guò)沿河截流、正本清源工程消除黑臭水體。本工程擬通過(guò)控源截流和補(bǔ)水增容等分別解決新圳河(南山段)雨污混流入河、無(wú)基流補(bǔ)水及水環(huán)境容量不足的問(wèn)題，最終改善河道水環(huán)境。具體實(shí)施為：①控源減量。通過(guò)對(duì)新圳河入河污水的原因分析，從正本清源和末端截流兩個(gè)方面解決旱季污水入河問(wèn)題，防止正本清源工程效果無(wú)法實(shí)現(xiàn)而造成河道水質(zhì)反彈及面源污染對(duì)河道的影響。②提效增容。增加河道生態(tài)補(bǔ)水，逐步恢復(fù)水體自凈能力。③生態(tài)補(bǔ)水。現(xiàn)狀已建成低影響開(kāi)發(fā)(LID)模式，通過(guò)生態(tài)補(bǔ)水即可逐步恢復(fù)河流水文調(diào)節(jié)、水體自凈、物種多樣性保護(hù)和生態(tài)景觀功能。

3 治理方案

3.1 河道防洪工程

新圳河(南山段)流域內(nèi)河道干流、支流、雨水箱涵、雨水管進(jìn)行全覆蓋清淤疏浚；不滿足防洪要求的河岸進(jìn)行拓寬或加高，岸墻、暗涵存在安全隱患的進(jìn)行加固或拆除重建，確保河道干流滿足50a一遇、支流滿足20a一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。新圳河(南山段)干流堤防級(jí)別為2級(jí)，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，支流堤防級(jí)別為4級(jí)，主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)。水面線計(jì)算運(yùn)用丹麥丹華水利環(huán)境技術(shù)有限公司MIKE11軟件，采用一維明渠非恒定流方程組(圣維南方程組)來(lái)建立河汊水動(dòng)力模型，分析在下游水位和河道構(gòu)筑物的綜合影響下，河汊的洪水運(yùn)動(dòng)情況。設(shè)計(jì)參數(shù)新圳河(南山段)50a一遇起推水位為18.058m，新圳河(南山段)支流3的20a一遇起推水位為8.32m，漿砌石糙率取n=0.025，混凝土糙率取n=0.017，各河段明渠段的綜合糙率范圍為0.027～0.03，箱涵段的綜合糙率取值為0.017。根據(jù)計(jì)算成果(見(jiàn)表2)表明河道大部分現(xiàn)狀過(guò)洪能力滿足，但涵管進(jìn)水口前仍將產(chǎn)生壅水，壅水高于兩邊岸墻；部分河段存在管道滿流，地面有積水等。

工程主要建設(shè)內(nèi)容為新圳河(南山段)干、支流及末端雨水管進(jìn)行清淤疏浚，新圳河(南山段)清淤總量約為9185m3，新圳河(寶安段)清淤總量約2515m3。新圳河(南山段)干流樁號(hào)XZGL1+001.36～XZGL1+226.91過(guò)流不滿足段DN1600涵管維持原狀，僅對(duì)進(jìn)水口處進(jìn)行加固處理，對(duì)樁號(hào)XZGL1+226.91～XZGL1+565.46明渠進(jìn)行河岸整治。新圳河(南山段)支流3明渠段采用生態(tài)框進(jìn)行護(hù)岸，設(shè)計(jì)橫斷面為復(fù)式段面，樁號(hào)XZGL0-078.34～XZGL0-329.73為現(xiàn)狀明渠，僅對(duì)河道進(jìn)行清淤，河道明渠段橫斷面為矩形斷面，其他為暗涵僅進(jìn)行清淤與新建截流墻，暗涵形式為矩形斷面。新圳河(南山段)支流1，新圳河(南山段)支流2、新圳河(南山段)支流3河道暗涵段僅進(jìn)行清淤與新建截流墻，暗涵形式為矩形斷面。

(1)

表2 水位線計(jì)算表

3.2 水質(zhì)改善工程

通過(guò)沿河新建截流墻與截流管，防止流域內(nèi)面源污染入河，流域內(nèi)工業(yè)廠區(qū)、住宅小區(qū)、城中村進(jìn)行排放口溯源、查漏補(bǔ)缺，正本清源，污水匯入整改。本工程截流系統(tǒng)實(shí)施后將與下游寶安段截流系統(tǒng)對(duì)接，按2倍截流標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，新圳河(南山段)干流左、右兩側(cè)可接入管徑為DN600、DN500，新圳河(南山段)支流3左、右接入管徑為DN1350，截流規(guī)模設(shè)計(jì)為3mm/1.5h。具體實(shí)施方案為干流明渠段(寶安段)通過(guò)在河道兩側(cè)分別敷設(shè)內(nèi)肋增強(qiáng)聚乙烯(PE)螺旋波紋管DN500截流管,管道均用C30混凝土包封0.2m厚收集截流，排入下游5.7m×2.2m暗涵新建截流墻；暗涵段內(nèi)布置0.5m×0.5m截流墻，排入下游現(xiàn)狀DN600沿河截污管。支流1暗涵段兩側(cè)分別布置0.5m×0.5m截流墻，排入下游干流4.0m×2.0m暗涵的新建截流墻內(nèi)。新圳河(南山段)支流2末端暗涵出水口位置處新建總口堰進(jìn)行截流，排入下游干流3.0m×2.0m暗涵的新建截流墻內(nèi)。新圳河(南山段)支流3明渠段在河道兩側(cè)敷設(shè)DN500截流管,管道均用C30混凝土包封0.2m厚收集截流，排入下游4.0m×4.8m暗涵新建截流墻內(nèi)。

3.3 補(bǔ)水工程

新圳河(南山段)干流補(bǔ)水方案一利用工程收集到的清潔基流補(bǔ)充至新圳河(南山段)干流明渠段，補(bǔ)水規(guī)模約為1500m3/d，同時(shí)依靠清潔基流自然流態(tài)進(jìn)行補(bǔ)充補(bǔ)水。補(bǔ)水方案二通過(guò)修建小型蓄水堰，將收集到的清潔基流補(bǔ)充至新圳河(南山段)干流，補(bǔ)水規(guī)模約為650m3/d。通過(guò)方案比選(見(jiàn)表3)，為防止因?yàn)樗w流動(dòng)性不足造成水體黑臭現(xiàn)象，推薦方案為方案一。工程實(shí)施為新建DN400補(bǔ)水管長(zhǎng)40m，從河道右側(cè)山腳處引接基流，同時(shí)加上新圳河(南山段)干流上游基流，從而保證旱季河底生態(tài)基流。同理分析可知新圳河(南山段)支流3補(bǔ)水方案為利用新圳河(寶安段)干流補(bǔ)水水源進(jìn)行補(bǔ)水。利用寶安段干流補(bǔ)水管對(duì)支流3進(jìn)行補(bǔ)水，新圳河(寶安段)干流設(shè)計(jì)補(bǔ)水量為6.01萬(wàn)m3/d，明渠段景觀需水量為844.1m3/d。新圳河(寶安段)該處補(bǔ)水管管底高程為6.75m，明渠段末端河底高程9.9m，需通過(guò)修建提升泵站將水量打至明渠段末端，補(bǔ)水管沿河道左岸靠近岸邊進(jìn)行布置，需新建DN300補(bǔ)水管約為640m。

3.4 水面線復(fù)核

新圳河(南山段)干流、支流1、支流2、支流3暗涵內(nèi)新建截流墻，支流1及支流3明渠河道坡腳預(yù)埋截流管，對(duì)該工況下河道水面線進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。經(jīng)過(guò)復(fù)核(見(jiàn)表4)截流墻與截流管的鋪設(shè)對(duì)河道行洪影響不大，對(duì)XZC0+619.89進(jìn)行改造后，該處過(guò)流能力滿足要求。樁號(hào)XZGL1+001.36～XZGL1+226.91處DN1600管仍為有壓流狀態(tài)，上游河道在本工程治理措施實(shí)施后，涵管進(jìn)水口前仍將產(chǎn)生壅水，可通過(guò)建造翼墻來(lái)改變流量系數(shù)和增加防洪生態(tài)框的方式來(lái)減小壅水的影響。

表3 補(bǔ)水方案對(duì)比表

表4 河涌工程措施后水位復(fù)核表

3.5 整治后效果

工程實(shí)施后對(duì)新圳河(南山段)干流、支流1、支流2、支流3開(kāi)展水質(zhì)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表5)顯示新圳河(南山段)整體水質(zhì)符合無(wú)黑臭的要求。

表5 新圳河(南山段)整治后水質(zhì)監(jiān)測(cè)表

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新圳河(南山段)干流、支流1、支流2、支流3水質(zhì)影響進(jìn)行深入分析，提出防洪工程、生態(tài)補(bǔ)水、水質(zhì)改善工程、正本清源等工程綜合治理方案，工程實(shí)施后水質(zhì)明顯改善，消除水體黑臭。工程實(shí)施后的運(yùn)維管理在水質(zhì)長(zhǎng)效保持中有著重要作用，如何更好發(fā)揮水環(huán)境綜合治理效果的長(zhǎng)效保持，是今后研究的重要方向。因此，要求完善河道等管理規(guī)章制度，健全法律法規(guī)，使河道管理、排水管理有法可依。并加大執(zhí)法管理力度，嚴(yán)禁單位或個(gè)人侵占河道；同時(shí)要加強(qiáng)生態(tài)化河道的日常維護(hù)，定期清除河道淤積及河堤綠化維護(hù)；在本工程的基礎(chǔ)上，要繼續(xù)推進(jìn)截流工程，不斷加強(qiáng)雨污分流的程度，加強(qiáng)污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，使河流水體逐步好轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)展水體修復(fù)工作，從根本上實(shí)現(xiàn)水環(huán)境良性循環(huán)。