河網型城鎮潮汐補水綜合技術研究

白東東，賈烘懿，楊弘鏗，許海佳，韋建軍

(中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引 言

為全面貫徹落實《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》(國發〔2015〕17號)、《廣東省人民政府關于印發廣東省水污染防治行動計劃實施方案的通知》(粵府〔2015〕131號)和《中山市人民政府關于印發中山市水污染防治行動計劃實施方案的通知》(中府〔2016〕34號)，切實改善水環境質量，促進中山市生態文明建設和綠色低碳發展，針對中山市近年來因人口和企業規模數量的增長、生活污水和工業廢水排放總量急劇增加、城市水環境污染日益嚴重、水體發黑發臭嚴重影響到周邊居民的生活環境的現狀，基于資源高效利用的治理理念，提出借助當地得天獨厚的潮汐資源、充分利用潮水漲落規律進行河涌補水活水的方案，是一種有效、低耗、智慧、綠色的水質提升措施。本文以智慧水務系統聯控閘門、智慧水務系統聯控鋼壩等技術為依托，形成潮汐河網型城鎮補水活水體系，為相似地區水質提升提供思路參考。

1 依托項目概況

中山市某組團黑臭(未達標)水體整治提升工程位于廣東省中山市港口鎮，地處珠江三角洲河網區，境內河道縱橫交錯，港口瀝、淺水湖、含珠滘3條主要河涌橫貫其中。工程區域屬于典型的河網型城鎮，河涌分布密集，各河涌水系相互連通，河涌內水流速度緩慢，受到漲落潮的影響多數河涌往復流動，不利于水體的循環交替作用。

工程治理范圍為港口鎮小欖水道以南的40條(段)河涌，河涌總長合計74.01 km。各河涌出口均有水閘控制，內涌水位受水閘調控；同時到潮汐影響，河涌多為雙向流或斷頭涌，容易造成回流和淤積，河涌污染嚴重，水質惡化。河涌治理施工前對河道水質進行了采樣和檢測分析，參照《城市黑臭水體整治工作指南》進行水質評價，40條河涌現狀水質均為劣Ⅴ類。

2 傳統調水補水方案

2.1 補水方案措施一

2.1.1 補水措施

中山市位于珠江三角洲中部偏南的西、北江下游出海處，屬于二線沿海城市，根據《廣東省第七次全國人口普查公報》，中山市2020年常住人口為441.8萬人，龐大的常住人口會進行大量的居民生活及工業生產活動，居民生活與工業生產活動產生大量的生活、工業污水，這些污水經過污水處理廠處理達到一定的水質標準后即為城市再生水。在美國、日本、以色列等國，城市再生水一般用作廁所沖洗、園林和農田灌溉、道路保潔、洗車、城市噴泉、冷卻設備補充用水等，具有成本較低、生態環保的優點。

國內目前對城市再生水的應用較少，針對中山市每天產生大量的城市再生水且適用方向較少的現狀，提出使用城市再生水作為河道補充水源，增加水體流動性和環境容量。根據對港口鎮水網分布狀況研判，調用珍家山水廠產生的城市再生水進行河道補水是一個調水距離相對較短、調水量滿足要求的方案。計劃從珍家山水廠調用10萬m3/d再生水(一級B，提標為一級A)，如圖1所示，通過提升泵泵送至相應河道進行河道補水。

2.1.2 存在的不足

(1) 水廠補水水質低。珍家山水廠輸出的再生水現狀水質等級為一級B，如確定用于調水補水可提標為污水一級A，總氮排放標準15 mg/L。根據《地面水環境質量標準》要求Ⅴ類水總氮是2 mg/L，Ⅳ類水總氮是1.5 mg/L，即補水水質不達標，無法滿足使治理河涌水質達到Ⅳ～Ⅴ類水的治理目標。

圖1 珍家山水廠調水補水方案示意圖

(2) 補水運維成本高。補水過程需要提升泵常年運行，年運行維護費用高。

2.2 補水方案措施二

2.2.1 補水措施

利用清潔地表水作為水體的補充水源，增加水體流動性和環境容量，是一種傳統的補水活水方案。經查本項目范圍周邊有岐江河、小欖水道、雞鴉水道等水流量較大的河道，綜合調水量、調水距離、調水對原河道環境影響等因素考慮，選定小欖水道作為調水來源，計劃從小欖水道調水30萬m3/d，如圖2所示，通過提升泵泵送至相應河道進行河道補水。

圖2 小欖水道調水補水方案示意圖

2.2.2 存在的不足

(1) 調水可實施性低。小欖水道是潭江“三縱三橫”中的一橫，上接西江下連橫門，經橫門出海，是西江出海的主要河道之一。由容桂水道分出的主要支流，為三角洲西部通香港捷徑，水深4～6 m，現行500噸級船舶，可開拓為1 000噸級航路，對沿江區域特別是中山市外貿運輸及臨港經濟的發展有著重要作用。如果要從小欖水道調水超過30萬m3/d，需要由珠江水利委員會通過調水審批，審批過程時間長、難度大。

(2) 補水運維成本高。補水過程需要提升泵常年運行，年運行維護費用高。

(3) 活水效果差。無法徹底改變河涌水往復流動現狀，治理河涌仍舊存在富氧低、水體自凈能力弱等歷史痼疾。

3 潮汐補水活水方案

3.1 港口鎮河網潮汐現狀

(1) 作為感潮地區，港口鎮河網在一日里出現兩次漲潮和兩次落潮。

(2) 項目施工區域內，與小欖水道相連的河涌潮汐明顯，小欖水道漲潮是施工區域內河網的主要水流補充源。

(3) 受到潮位影響，河涌水流呈現出往復性流動，河道上下游水位基本同漲同落，造成河涌水流動能不足，溶解氧含量低、污染物積聚涌底，水體質量因此持續惡化。

3.2 智慧水務系統聯控閘門

經調查，本工程治理范圍內的40條河涌的河涌出口均有水閘控制，但現有水閘多數存在閘門老舊、維護狀態差、無法徹底閉合的問題。本方案計劃將河道口的老舊閘門改造為智慧水務系統聯控閘門，設置液位計實時監測潮汐狀況，利用智慧水務系統合理調度閘門開合，利用自然潮汐“以動治靜，以凈釋污”。

活水：科學調度閘門，漲潮引入外江清水入河涌，落潮排水。改變河網型城鎮河涌水體流態，變往復流為整體單向流，充氧、形成活水，提高水體自凈。

排污：逐步將河涌的水體污染物排出，消除黑臭現象，改善水環境。

智慧水務系統聯控閘門整體運行方式：當漲潮時，將待治理水網與待治理水網上游交界的大型河道間的控制閘門打開，將待治理水網與待治理水網下游交界的大型河道間的控制閘門關閉，使水網內水流由上游向下游流動；當落潮時，將待治理水網與待治理水網上游交界的大型河道間的控制閘門關閉，將待治理水網與待治理水網下游交界的大型河道間的控制閘門打開，使水網內水流仍舊由上游向下游流動。這樣使水網整體流向無論漲潮落潮均保持一致。

以淺水湖為例，對安裝了智慧水務系統聯控閘門的河網在漲潮時和落潮時閘門開關狀態進行示意。當漲潮時，待治理水網與上游小欖水道間的濱涌水閘、白花涌水閘、鋪錦水閘打開，待治理水網與下游橫門水道間的東河水閘關閉，如圖3所示；當落潮時，待治理水網與上游小欖水道間的濱涌水閘、白花涌水閘、鋪錦水閘關閉，待治理水網與下游橫門水道間的東河水閘打開，如圖4所示。

圖3 漲潮時河網閘門狀態示意圖

圖4 落潮時河網閘門狀態示意圖

3.3 智慧水務系統聯控鋼壩

本工程治理范圍內存在少數河涌為斷頭涌，智慧水務系統聯控閘門無法實現該類型河涌改往復流為單向流。本方案計劃在斷頭涌河道口安裝智慧水務系統聯控鋼壩，利用液壓鋼壩“提水質、除底泥”。

智慧水務系統聯控鋼壩運行方式：當漲潮時，鋼壩傾斜一定角度，河網型河涌向斷頭河涌補水，同時防止底泥回流，如圖5所示；當落潮時，鋼壩平臥，斷頭涌內底泥污染物隨潮水的退落排至下游河道，直至排入外水道，如圖6所示。

圖5 漲潮時

圖6 落潮時

以沙墩涌為例，對安裝了智慧水務系統聯控鋼壩的河涌在漲潮時和落潮時鋼壩起伏狀態進行示意。當漲潮時，沙墩涌河道口鋼壩斜開，如圖7所示；當落潮時，沙墩涌河道口鋼壩平臥，如圖8所示。

圖7 漲潮時河涌鋼壩狀態示意圖

圖8 落潮時河涌鋼壩狀態示意圖

4 潮汐補水活水優勢

根據河涌情況合理安裝智慧水務系統聯控閘門或智慧水務系統聯控鋼壩，形成潮汐河網地區補水活水體系，實現了低能耗、高效率的補水活水，達到了河網型城鎮水質提升的最終目的。

以本項目為例，智慧水務系統聯控閘門與智慧水務系統聯控鋼壩相結合，改往復流為單向流，充氧、形成活水，提高了水體自凈能力，減少了斷頭涌回淤現象，逐步將河涌的水體污染物排出，如圖9、圖10所示。

圖9 漲潮時河網水流流向示意圖

圖10 落潮時河網水流流向示意圖

通過智慧水務系統聯控，達成了以下四個目標：

(1) 降低投資。避免大型泵站及調水管網建設，節省初期投資預計1.4億元。

(2) 減少運維。大型提升泵站運行費用高，潮汐補水節能，每年運行維護費用節省約1 200萬元。

(3) 減小施工影響。由調水管網建設的長線條施工改為對河涌閘口智能化改造的點狀施工，避免了調水管網施工可能導致的用地征拆問題及對施工作業面周邊居民出行影響，減小了調水補水施工對當前城鎮的影響。

(4) 加快施工進度。避免大管網、大提升泵站施工，加快施工進度。

5 結束語

維持河流水體流速在一定的范圍內，可以有效地提高水中溶解氧含量，就能達到改善城市水體虧氧狀態、有效控制水體底質污染的目的。對于河網型城鎮，活水循環就是維持河流水體流速、提高水體質量的關鍵。潮汐河網型城鎮應當因勢利導地將本地區的潮汐資源化利用，借助智慧聯控系統進行引潮補水、群閘聯控，有效地實現補水活水、加快河道流速，達到改善河道水質的目的。

通過智慧水務系統聯控閘門或智慧水務系統聯控鋼壩等設施，實現科學的閘泵調度、納潮引水，達成資源高效利用、節能環保、減少經濟投入的三贏局面。