深圳河灣流域水質穩定達標方案探索與思考

汪振松，王政君，戴 韻，湯 鐘，冷玉波，段余杰

(1.深圳市深圳河灣流域管理中心，廣東 深圳 518000；2.深圳市城市規劃設計研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

治水工作是一個長期的過程，按照治水所達到的效果，大致可分為3個階段。第1階段是全面消黑，主要工作內容包括全面消除旱天污水直排、消除水體黑臭、工業廢水和污水廠達標排放等。國家先后發布《水污染防治計劃》《城市黑臭水體治理攻堅戰實施方案》，支撐各地開展黑臭水體整治工作；第2階段是長治久清，主要是在維持第1階段黑臭水體治理成果的基礎上，進一步提升和穩定水質，消除水質反復，實現穩定達標。主要工作包括大幅削減合流制溢流污染、控制城市面源污染、提升污水廠進水濃度等。《城鎮污水處理提質增效三年行動方案》(2019—2021年)的實施，主要是為了加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板，提升污水處理效率；第3階段是生態活力，治水的工作主要集中在水生態修復、增強自凈能力、打造濱水岸線和景觀等。截至2020年底，全國地級及以上城市2914個黑臭水體消除比例達到98.2%[1]。目前各大城市整治黑臭水體工作均已接近尾聲，以消黑為目標的第1階段治理任務基本完成[2]，即將進入第2階段的工作。

深圳河灣流域是深圳市經濟基礎最好、城市建設最完善的流域，涉及南山區、福田區、羅湖區和龍崗區。根據《深圳市城市黑臭水體治理攻堅實施方案》公示，2018年深圳河灣流域有黑臭水體22條，總長度為77.57km，在2019年底全部消黑。河道水質雖有好轉，但未得到根本改善，大多數監測斷面在雨天出現劣Ⅴ類，無法全年穩定達標。以下筆者在黑臭水體消除的基礎上，通過對深圳河灣流域全面剖析，提出下一步實現水質穩定達標的方案，并以期能為類似地區的水質穩定達標提供參考。

2 流域水環境概況

深圳河灣流域位于珠江口東側，東起梧桐山，西至珠江口東岸，北起雞公山、羊臺山、牛尾嶺，南至香港新界四方山、四排石山[3]。流域面積596km2，其中深圳側340km2，香港側256km2。深圳側含深圳河干流1條，一級支流5條，入海河流5條。至2019年約有人口583萬，用水量188萬m3/d，污水量148萬m3/d，污水總處理量204萬m3/d。

深圳河口國考斷面的考核目標為Ⅴ類。通過黑臭水體治理，河口水質穩步提升。根據2018、2019和2020年監測數據分析，深圳河口旱季(1—3月、10—12月)水質達標率為37%、88%和89%，雨季(4—9月)達標率為3%、15%和65%。旱季雖已基本達標，但是流域應對雨季的能力不足，雨天水質波動較大，實現深圳河口斷面穩定達標仍有一定的壓力。以2020年5月11日降雨為例(見表1)，流域降雨量約為37mm，多個河道斷面出現劣Ⅴ類，深圳河口斷面氨氮達2.57mg/L，需要4d才恢復至Ⅴ類。

表1 2020年5月11日降雨后深圳河口氨氮濃度

3 系統分析

3.1 市政污水管網

經黑臭水體整治后，深圳河灣流域雨污分流排水系統已基本形成，但是仍存在局部污水管網缺失、管段高水位運行、倒坡、變形等問題。尤其是龍崗片區，管網建設相比于流域內其它區有所滯后，李朗、東深供水渠、下水徑等片區部分市政污水管網尚未建設，由沿河截流管轉輸至水質凈化廠。至2020年底，流域市政污水管網總長度為1652km。

3.2 小區污水管網

截止2019年底，深圳河灣流域已完成正本清源的小區有5351個，完成率達96%。但是由于新增排水戶私自接管、管理維護不善等原因，部分小區重回雨污混流狀態，出現“返潮”現象。龍崗片區“返潮”率高達30%。另有部分城中村巷道狹窄，不具備雨污分流改造條件，采用總口截污，比如羅湖區的向西村、黃貝嶺村等。

3.3 截流調蓄系統

截止2020年底，深圳河灣流域共有26條水系建設了沿河截流系統，總長度約為155.7km，基本覆蓋流域主要干支流。截流形式以截流管或截流箱涵為主，另有部分截流槽分布于龍崗片區和草埔片區。除沿河截流系統，流域經黑臭水體整治后，仍存在38個總口截污和745個點截污。此外，流域內現有調蓄池2座，規模均為2萬m3；在建調蓄池13座，規模為33.85萬m3。

根據數據統計，2020年南山、福田和羅湖區通過截流進廠的污水量旱季約36萬m3/d，雨季約48萬m3/d，分別占水質凈化廠處理規模的23%和26%，此部分污水量是造成溢流污染的根源。

3.4 水質凈化廠

深圳河灣流域已建成11座水質凈化廠，現狀總規模為233.6萬m3/d；在建3座，建成后總處理能力為258.6萬m3/d。現狀總處理能力為污水量的1.57倍。2018—2020年流域內污水處理量呈先上升后下降的趨勢，如圖1所示。2020年11座廠日均處理量為200萬m3/d，平均負荷率約85.6%，運行壓力較大。雨季處理量明顯高于旱季處理量，表明雨季有大量雨水進廠，一方面增加了水質凈化廠的運行負荷，同時也降低了進廠濃度。進水BOD5濃度低于100mg/L的廠主要在深圳河龍崗片區。由于提標改造，流域內各廠出水水質較好，COD、BOD5、氨氮和總磷達地表水Ⅳ類標準，總氮達一級A標準。在各廠互聯互通方面，已形成6條廠間調配通道，但是廠間調配以單向為主，且行政區之間缺乏調配，韌性不足。

圖1 深圳河灣流域水質凈化廠2018—2020年處理量變化圖

3.5 暗涵

深圳河灣流域共有54段暗涵，總長約70.9km。在黑臭水體整治前，暗涵主要采用總口截污，在下雨時產生嚴重的溢流污染。2018—2020年，流域內鳳塘河、新洲河北環段、皇崗河、金塘街渠、筆架山河等暗涵整治完畢，暗涵排口截污納管，總口打開。暗涵整治后能夠保證晴天水質，并且釋放河道清潔基流。但是采用截污掛管的整治方式，并未從根源上雨污分流，導致雨天仍有溢流污染發生。2021年3月6日，對新洲河北環暗涵出口進行了持續加密監測，數據顯示晴天總口出水基本穩定，隨著下午4點降雨的發生，主要污染物指標有較大幅度的增加，降雨期間暗涵出口的水質仍不穩定，如圖2所示。

圖2 新洲河北環暗涵出口在降雨時的水質變化

3.6 排口

通過黑臭水體整治，流域內旱天污水直排已基本消除，但仍存在“跑冒滴漏”現象。由于正本清源不徹底等原因，仍存在部分混流排口。混流排口全部采用截流，保障旱季水質，但是在雨季會產生溢流污染。福田區7條河道明渠段排口總數為227個，其中混流排口數有74個。

3.7 污染源

城中村是流域重要的污染源。深圳灣流域城中村分布較分散，主要包括云石村，西仔圍，白芒，麻磡村等，占流域面積的3%；深圳河流域城中村分布較集中，主要在龍崗區和黃貝嶺等，占流域面積6.2%。此外，“三產”、“三池”也會產生嚴重污染。利用爬蟲技術對流域內“三產”污染源進行抓取，結果顯示菜市場、農貿市場、大排檔、洗車、修車等共有2800處以上，管控任務艱巨。

3.8 主要問題

深圳河灣流域在消除黑臭水體后，要實現水質穩定達標，其主要問題在于流域正本清源、雨污分流不徹底，河道仍存在部分混流排口，截污系統仍在發揮兜底保障作用，導致雨季溢流污染的發生。同時，截流也會增加水質凈化廠的雨季運行負荷，降低進廠濃度。為增加截流調蓄能力而建設大量調蓄池，投資巨大。

4 影響因素分析

影響水質穩定達標的因素主要包括：溢流污染、面源污染、底泥、尾水排放及水動力等。溢流污染是導致河道雨天水質超標的主要原因。根據程鵬等人的研究[4]，深圳河灣流域全年溢流污染占入河總污染負荷(除去水質凈化廠尾水)的68%，雨季升至85%。其次是面源和底泥污染。在尾水方面，水質已達到準Ⅳ類標準，不再成為限制性因素，反而可以作為補水水源改善水質。此外，由于深圳灣為半封閉海灣，潮水的頂托使污染物進入深圳河干流后下泄不暢，相比于非感潮河道或河口有水閘的河道，水質恢復較慢，也成為影響深圳河水質的因素。

4.1 溢流污染

溢流污染對河流水體的危害主要有：營養鹽超標、病原菌增多、溶解氧降低等[4]。根據2021年降雨期間監測數據，深圳河灣流域有溢流風險點約72個，包括晴天偶爾溢流點位12個，小雨溢流點位26個，中大雨溢流點位34個。其中，雨天溢流量大、溢流水質差的點位有14個。

溢流污染受到降雨、生活污水、管網沉積物、截流和溢流形式等諸多因素的影響[5]，而且存在初期效應，在溢流初始階段污染負荷較高。

4.2 面源污染

在降雨作用下，大氣沉積物被雨水淋洗帶到地面或地面累積污染物被徑流沖刷，經由排水系統收集、輸送，或直接通過地表排入河流等受納水體，形成面源污染。城市雨水徑流污染具有隨機性強、面積廣、成分復雜等特點。隨著黑臭水體整治中點源污染治理的推進，面源污染在流域水體污染中所占的比重越來越大。據估計，淮河流域入河面源污染占到50%[6]。

5 水質穩定達標方案探索

5.1 收集：堅持污水管網全覆蓋、全分流、全收集，完善和優化污水收集系統

5.1.1污水管網盲區消除

對市政污水系統進行查漏補缺，尤其是龍崗片區。避免使用沿河截流管轉輸市政污水，確保污水全部納入市政污水收集系統[7]。

5.1.2污水系統優化

定期摸查雨污混接錯接點，并進行整改。對局部管徑過小、倒坡或其他原因導致壓力過大的管段進行優化。

5.1.3小區正本清源復核

對已完成正本清源的小區和城中村進行復查和整改，減少源頭混流。城中村應結合城市更新進行雨污分流改造。

5.2 截流：針對突發漏排污水和初期雨水，優化截流系統作為保護屏障

5.2.1沿河截流系統貫通及優化

對流域內“總口”和截流槽進行整改，通過雨污分流予以消除。短期內無法達到雨污分流的區域改造為沿河截污，再逐步進行雨污分流。對沿河截流系統局部破損或缺失段進行修補，剝離接入的市政污水。

5.2.2排口溯源整治

對截流系統晴天來水進行分析，排口及支流(涵)按照排水類型、集雨區性質、出口高程等情況進行分類造冊、溯源整治，剝離截流系統中的污水，降低旱季水量。

5.2.3排口改造，截流初雨

遠期針對沿河截流系統中每個排口的具體形式，對排口進行精準截流改造，截流初雨至初雨處理系統，進一步保障河道水質。

5.3 調蓄：因地制宜實施污染雨水調蓄控制

初雨調蓄池是水體水質保障的重要組成部分，能夠控制溢流污染、削減面源污染，遠期還可用于調蓄雨水資源[8]。調蓄池的布局應統籌考慮城中村等重污染區域的分布、雨季溢流量、用地保障和系統完整性等多個因素。盡量設置在城中村等污染嚴重區域的下游，并且統籌協調污染雨水收集、進水水量和水質控制、排空、出水輸送通道、處理方式等各環節。

5.4 處理：污水處理提質增效

5.4.1進廠濃度提升

外水來源主要包括清潔基流、地下水、總口、混流排口、施工降水等，“減外水”主要采取以下措施：對基流進行復核，對排口的外水溯源，重點關注流量大、濃度低的排口；對排查單位、勘察設計單位和施工單位進行統籌，實現三方聯動，在排查、設計和施工3個環節查漏補缺，不斷完善排查成果；繼續推進正本清源、雨污分流計劃，實現雨污分流后取消截污點；開展清水混入外水管成因調查，開展清基剝離及總口整治工程，減少清基入流；對施工降水進行處理后釋放到河道，減少施工降水的混入。

5.4.2污水系統韌性規劃

根據地形條件、現狀水質凈化廠分布情況、城市道路交通條件，在流域內構建應急調配系統，在污水處理設施事故期、檢修期及提標改造期，將服務范圍內的污水調配至其他設施進行處理，避免直排自然水體造成嚴重污染，提升污水系統的韌性[9]。至2030年，深圳河灣流域內廠間調配通道增加至13條。

5.5 管控：污染源長效管控

5.5.1實行污染物排放許可證，所有固定污染源實現“一證式”管理

嚴格實施《控制污染物排放許可制實施方案》和《深圳經濟特區污染物排放許可證管理辦法》，對所有固定污染源實行排放許可證管理，從源頭減少進入河道的污染物。

5.5.2加強涉水面源污染長效治理工作

全面推進“三產”、“三池”涉水污染源以及城市面源的長效治理，嚴格監管執法。布局海綿設施源頭削減污染，推動流域雨季水質穩定達標。

5.6 調度：全要素運行調度

打破行政、行業壁壘，構建流域“廠-網-河-城”全要素智慧水務系統，充分發揮設施功能，對設施進行統一調度，廠網河高效聯動運行，保障河道水質穩定達標，實現“一網全感知、一圖展全景、一中心管控、一體化協同、一源全共享、一機通水務”的總體目標[10]。

6 結語

隨著國家生態文明建設的不斷推進和人民環境保護意識的不斷加強，對城市水環境提出了更高的要求。深圳河灣流域是典型的城市型流域，在完成黑臭水體消除后，水環境目標提升至水質穩定達標。通過對深圳河灣流域污水系統各要素系統分析，提煉影響水質穩定達標的關鍵因素，并制定涵蓋源頭、過程和末端的水質穩定達標方案，為其它類似流域的后續水環境治理提供方法和思路。下一步需要耦合流域內“廠、網、河、城”各要素搭建水動力和水質模型，對污水系統現狀及水質穩定達標方案進行定量評估，從而優化方案各參數，達到流域精細化治理，最終實現流域長治久清。