暗涵式河道黑臭水體的環境綜合修復技術實踐研究

何 寧

(深圳市羅湖區水務局，廣東 深圳 518000)

深圳市經過30年的建設，城市市政排水基礎設施建設得到長足的發展，但在其城市發展進程中排水系統依然面臨一些困境，系統布局不夠完善、污水未處理直接排放、排水支管系統建設依然滯后，在一定程度上也制約了城市經濟的發展。

暗涵是城市排水管網體系中廣泛分布的一類構筑物[1]，在城市黑臭水治理排查的過程中，暗涵式黑臭水問題不斷涌現。本文以筆架山河黑臭水整治工程為背景，通過識別黑臭水體及其形成機理與變化特征，分析城市黑臭成因，應用 “控源截污、內源消解、水質凈化” 的綜合治理思路[2-3]，通過河道清淤、截污，以及明渠段錯接整改工程等針對性的整治措施，全面實現消除黑臭，清污剝離，改善人居環境質量。

1 暗涵式黑臭水體成因分析

暗涵式黑臭水體形成于城市原有的歷史水系，經過人類活動改造干預后變為密閉式水體，在長期光照不足、封閉厭氧的環境中逐漸演化為黑臭水體，其具體形成原因可以歸類為[4]：

(1)城市綜合規劃不深入。在城市快速擴張的今天，部分城市給排水治理的頂層設計過于淺顯，不能因地制宜、因時制宜的考慮經濟、社會、人文以及自然環境等客觀因素，缺乏城市各個區域水環境現狀的檢查反饋。

(2)暗涵等排水基礎設施建設管理不完善。城市現有排水基礎設施多面臨運營管理混亂的問題，對既有排水管網的摸排不夠清晰，新建的管網運維不夠健全。

(3)暗涵式空間封閉缺乏光照。暗涵式的排水管道多處于狹小封閉的空間中，在這個微環境中的水體多缺乏足夠的自然光照，難以供給足夠的溶解氧，水體自凈能力較低，加之日常使用過程中污水的排入，導致大量的厭氧微生物繁殖，分解代謝產生黑色污染分泌物和有害氣體，逐漸演化成黑臭水體。

2 工程概況

2.1 區域概況

筆架山河發源于筆架山，流經福田與羅湖兩區，末端匯入布吉河，是布吉河的一級支流，深圳河的二級支流。筆架山河總長9.06 km，金湖下庫以下河道總長約5.82 km，其中，明渠長0.53 km，暗涵長5.29 km。流域面積11.71 km2。

2.2 工程區域箱涵現狀

筆架山河起點至金碧路，此段暗涵位于銀湖汽車站廣場下，暗涵也由起點的單孔增加到兩孔，暗涵埋深約3.5～6.8 m不等，暗涵內淤積深度約0.5 m。

金碧路以下存在約500 m的明渠，渠道兩岸護坡及渠底均為混凝土或漿砌石硬質化結構，渠道內水深約30 cm，流速較快。

明渠結束后至泥崗西路段暗涵位于泥崗西村下，整個暗涵大部分位于建筑物底下，結構為單孔漿砌石蓋板涵，涵內淤積深度約0.5 m。

從泥崗西路至筍崗東路段暗涵主要沿著八卦路、八卦三路、展藝路和寶安北路鋪設，主要位于道路下方，結構為雙孔箱涵，箱涵內淤積深度0.5 m。

從筍崗東路煤場路段暗涵主要沿著寶安南路、桂園北街、松園路鋪設，主要位于道路下方，結構為漿砌石蓋板涵，暗涵內淤積深度約0.5 m。其中，筍崗東路至桂圓中學、紅桂小學至寶麗大廈以及龍園創展大廈下游這三段箱涵為淤泥層較厚的軟基段， 淤積厚度均超過50 cm，龍園創展大廈下游60 m軟基段平均淤積厚度約3.50 m。從煤場路至終點位置段暗涵主要位于道路下方，或緊鄰建筑物，暗涵內淤積深度約0.5 m。

通過對筆架山和全段底泥檢測，經分析，總砷、總汞、總鉻、總鋅、總鉛、總鎳、總銅指標均低于城鎮污水處理廠污泥泥質標準值，檢測結果見表1。

表1 筆架山河段底泥檢測成果 mg·kg-1

2.3 工程排水系統現狀

筆架山河沿線共461個排放口混流污水流入筆架山河，后于嘉賓橋北側匯入蔡屋圍泵站提升至寶安南路1.3 m×1.9 m的箱涵中，最終流入濱河污水廠。雨季溢流污水通過筆架山河截污閘匯入布吉河，最終進入深圳河。河流主要功能為排泄上游水庫下泄流量，排除區間城市降雨匯水。

2.4 工程水環境現狀

根據深圳市地表水環境功能區劃，深圳河、布吉河的水質目標為Ⅴ類，為中度污染河流，平均綜合污染指數 0.167。監測結果中，超標水質因子主要為氨氮和總磷，最大超標倍數分別為2.01倍 和0.18倍。從監測數據看，筆架山河的水質情況不容樂觀。

3 暗涵黑臭水體綜合治理

3.1 工程方案比選

暗涵清淤應依據因地制宜、合理選擇高效、高質、環保、節能的原則進行合理的選擇，常用的清淤方案有：機器人清淤、裝載機清淤、移動式吸泥泵、人工清淤、水力沖洗。各種底泥疏浚優缺點對比見表2。

表2 底泥疏浚優缺點對比情況

本次清淤工程區域交通網絡錯綜復雜，且暗涵緊鄰主干道鋪設，涉及渠道均為封閉式暗涵，綜合考慮以上情況，本次清淤采用水力沖洗、人工清淤、小型機械清淤三種清淤方案，針對暗涵不同位置， 具體作業過程中根據現場情況擇優選擇。

筆架山河、及水排口為461個。利用現有物探資料，結合溯源情況，對每個排口實施截污。首先，盡可能在渠道外部剝離入渠污水，本工程采用“密閉式截流管+提升泵站”的截流方式。

3.2 工程綜合治理措施

3.2.1 管線探測

通過綜合探測技術摸清暗涵式黑臭水體所在區域排水管網現狀，測明排水管線網屬性信息。

3.2.2 溯源調查

溯源調查是依據管線探測的數據，進一步查明小區內部的污染源。管線探測是手段，溯源是目的。調查采用開井調查污染源頭，利用QV潛望鏡查清排水管道內暗接的支管并投影到地面，進行污染源頭追溯，此類污染源是指錯接、亂接等情況下接入至排水管網的污染點。

3.2.3 截污工程

到目前為止，筆架山河雨污分流改造仍然不完善，混流區域部分區域直接進入污水管網，大部分區域混流入河。因此，預計本工程旱季直接入渠污水量為14 992 m3/d。本工程在渠道內實施截污，達到兜底作用，防止旱季時污水直接入渠，采用密閉式截流管收集筆架山河污水，筆架山河共分A、B、C、D四段。工程截污管設計具體如圖1。

圖1 筆架山河河截污管做法(單位：mm)

3.2.4 清淤工程

本工程河道清淤主要利用枯水時段進行施工，采用分段圍堰導流方式，保證清淤作業處于干地條件，為后續截污工程創造作業環境，施工區段按照200 m劃分，作為一個施工單元。施工時，在每個施工單元上、下游設置兩道圍堰攔斷箱涵，上游來水利用水泵抽水至河道下游。圍堰采用袋裝土進行填筑，圍堰超高0.5 m，圍堰堰頂寬度為0.5 m，迎水面邊坡設為1∶1，背水面邊坡設為1∶1。施工導流根據河段不同主要采用以下三種模式，見圖2。

(1)水泵導流模式。對于寬度小于4 m的單孔箱涵，采用此模式進行施工導排。

(2)多孔箱涵導流模式。多孔箱涵導流采用“逐孔施工，逐孔導流”的單孔全封堵導流方式。

(3)單孔大跨度箱涵導流模式。對于寬度大于4 m的單孔箱涵，采用“半圍半導”的導流方式進行施工作業。

圖2 三類施工導流圖示

施工段內降水主要采用水泵(WL210-7-7.5)進行抽排，采用連續24 h工作制進行施工。

根據箱涵勘查資料，筆架山河內部上半段與明渠段淤積程度較低，后半段淤積較多，底泥淤積程度因段而異，淤積厚度在0.2～1.3 m不等。本工程采用分段清淤、機械清淤與人工清淤相結合，暗涵清淤方案如下：

(1)人工清淤。暗涵排水干挖前，先確定人員和設備的工作井位置。暗涵排水選用流量為210 m3/h 的水泵。暗涵排干后向涵內送風、抽風，保證涵內沒有濁氣。清淤時，淤泥由人工裝小型運輸斗車轉運至工作井，再通過吸污車轉運至路面，裝20 t密閉式淤泥運輸車后，按選擇的運輸方案進行后續的處理。

(2)機械清淤。暗涵排水干挖前，先確定小型裝載機下河口或便道。河水排干后，將小型裝載機吊裝放入暗涵口，采用小型裝載機進入箱涵內部對淤泥進行疏挖，疏挖后的淤泥經裝載機轉運到明渠口預留的8～10 m淤泥轉運區內，轉運區的淤泥經過晾曬后再利用吊車吊裝至20 t封閉式的淤泥運輸車，再按選擇的運輸方案進行后續的處理。河道排水選用流量為 210 m3/h的水泵(WL 210-7-7.5)，根據流量情況選取合適水泵數量。

3.2.5 錯接整改工程

根據溯源報告，對筆架山河上游明渠段正本清源不徹底的金景花園、金湖大酒店、引航賓館及銀湖中小巴站共4個小區進行錯接整改，設計管道總長175 m(DN200～DN400)。

3.2.6 清疏底泥處置

本工程依托茅洲河1#底泥處理廠對清疏出的底泥進行處理，實現了底泥的“減量化、無害化、穩定化”處理。

3.2.7 暗涵軟底段河床地基處理

暗涵部分區段為天然河床，管道底部仍存在淤泥或淤泥質土軟底，軟底地基承載力較低，如不妥善處理，無法滿足截污管道安裝要求，且將影響暗涵水質。經調查發現，筆架山河部分天然河床存在較厚軟底，根據地勘報告，大部分區域淤泥厚度0.5～0.8 m，局部區域淤積土厚度3.25～3.70 m。本工程按照厚度不同分別采用素混凝土拋填碾壓、松木樁進行處理。具體方案如下：

方案一：清淤前軟底厚度h≥1.0 m時，暗涵底部全斷面采用“松木樁+褥墊層+鋼筋混凝土底板”處理；

方案二：清淤前軟底厚度 0.5 m≤h<1.0 m時，管道下方局部采用素混凝土拋填碾壓，拋填碾壓最小厚度按0.3 m控制。

4 工程效益

4.1 工程實施后旱季污水收集的效果分析

隨著本工程的實施，工程范圍內的區域基本實現分流制排水，通過以上設計方案，預計工程實施完成后，能實現片區旱季污水收集率達到 90% 以上，如圖3。

圖3 各渠道正本清源污水削減量效果

4.2 社會效益和環境效益

本工程實施后，可有效地減輕受納水體的水污染問題，改善城市市容，提高衛生水平，保護飲用水水源，保護人民身體健康。

4.3 經濟效益

本工程并無顯著的直接投資效益，其投資的間接經濟效益較為重要，主要是通過減少污水污染對社會造成的經濟損失而表現出來。

5 結 論

本文以筆架山河暗涵黑臭整治工程為背景，分析城市黑臭水體的成因主要為：城市綜合規劃不深入，暗涵等排水基礎設施建設管理不完善，暗涵式空間封閉缺乏光照。筆架山河暗涵段的治理難題在未開挖段的黑臭水體的探測和治理上。通過合理探明污染分布和總量后，采用分段導流清淤、密閉式截污、錯接整改、清疏底泥和河床地基處理的綜合治理方法，實現了有效治理。通過對該工程渠道治理，發現當前的城市暗涵在設計上仍普遍存在源頭雨污混流、錯接亂排、干管部分缺失、沿河排口眾多、河道淤積等諸多問題，這些都是導致黑臭水體復發難治的根本問題，本文在研究防止黑臭水體復發問題上仍有一定的空間。