城市小流域水环境综合治理方案分析
时间：2023-03-10 16:15:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
巫剑伟
(深圳市深水水务咨询有限公司，广东 深圳 518000)
城市小流域在城镇防洪，调蓄、水环境与水资源等方面发挥着重要作用，是流域生态环境健康发展的基本保障[1]。随着社会的发展，居民产生的生活污水，工业企业生产废水以及初期雨水等污染直排入小流域水体中，水质不断恶化、生态破坏，水环境问题日益突出，需要对水环境进行综合整治，改善水体水质[2]。城市小流域水环境整治技术是利用工程措施如控源截污、内源治理、水生态修复技术和非工程措施的系统性整治技术，是城市小流域水环境治理的有效措施[3]。虽然国内对流域水环境综合治理的研究较多，以“源头减排、活水恢复、生态修复”等为原则，综合治理技术易受水系水资源配置、季节等客观因素影响，存在着对现状分析不够深入、边界条件制约较多等不足之处，导致整治效果不宜乐观[4]。因此，对于流域水系应对水环境现状深入分析，提出整治路线及方案措施，才能有效改善区域水环境质量[5]。
文章以深圳市新圳河(南山段)为例，通过对新圳河(南山段)现状水环境问题和已完工工程对新圳河(南山段)的影响进行深入分析，提出防洪工程、生态补水、水质改善工程、正本清源等工程综合治理方案，通过不同的方案论证比较选择合适的设计参数，以期能够改善水环境，改善人们的生活环境。
新圳河属于西部沿海河流，全长9.26km，新圳河流域面积15.44km2。新圳河(南山段)位于深圳市南山区南头街道与西丽街道辖区内，共有3条一级支流，流域面积2.74km2，干流长1.73km，新圳河(南山段)支流1长0.54km，新圳河(南山段)支流2长0.66km，新圳河(南山段)支流3流域面积1.29km2，支流3长1.24km，支流末端接雨水管与雨水箱涵。本工程建设内容概括为四大项：防洪工程、生态补水、水质改善工程、正本清源等。防洪工程对新圳河(南山段)流域内河道干流、支流对不满足防洪要求的河岸有条件地进行拓宽或加高，确保河道干流满足50a一遇、支流满足20a一遇的防洪标准。水质改善工程通过沿河新建截流墙与截流管，防止流域内面源污染入河。正本清源对新圳河南山段流域范围内的工业厂区、住宅小区、城中村进行排放口溯源、查漏补缺。生态补水将收集到的清洁基流补充至新圳河(南山段)干流明渠段，补水规模约为1500m3/d，新建DN400补水管长40m。
2.1 水系现状
新圳河(南山段)水系主要为新圳河(南山段)干流与支流1、支流2及支流3河道。新圳河(南山段)干流河长1.6km，淤积厚度介于28～38cm；
干流同乐路段为箱涵结构(尺寸3m×2m)，淤积厚度约为12～40cm。新圳河(南山段)支流1主河道位于同乐路下，淤积深度约为20～60cm，DN1600涵管进水口部位局部裸露。新圳河(南山段)支流2长度为656m，上游为暗涵(尺寸3.7m×1.6m)，中游为明渠，下游与干流相接处为暗涵(尺寸为3m×2m)。新圳河(南山段)支流3干流明渠段位于乐尚林居旁，淤积深度约为20～60cm。
2.2 水质现状
新圳河(南山段)是新圳河南山区流域的泄洪通道，旱季不泄洪，属于典型的雨源型河流。旱季时明渠进水口处有水流动，河道水体的颜色呈灰黑色，同时伴随阵阵恶臭味。河道仍为雨污河流，河道水体黑臭严重。根据水质监测数据表明(见表1)，新圳河(南山段)水体黑臭现象明显，为重度黑臭水体，整体表现为溶解氧低，氨氮值高。
表1 新圳河(南山段)水质监测数据
2.3 排口分布
新圳河(南山段)干流污水入河排口共有14处，排口总污水排放总量约为2439.7m3/d；
新圳河(南山段)支流1有3个入河排口和1个排放小区，排放污水总量为1435.3m3/d；
新圳河(南山段)支流2有11个排放点和6个排放小区，排放污水总量为1221.3m3/d；
新圳河(南山段)支流3有8个入河排口和15个排放小区，排放污水总量约为2881.9m3/d。同时新圳(南山段)沿线排放口所属区域大部分已经完成正本清源，实现雨污分流。
2.4 水质黑臭的原因
根据对流域范围内的排口、污水量及河涌淤积程度分析，新圳河(南山段)水质较差的原因在于沿河缺失初雨收集系统，导致初雨水直接入河，地表径流污染较为严重；
部分区域的正本清源不彻底，存在部分小区混流和污水外排现象；
河道断面偏小，雨污混流作为河道补给水源，过流能力不足，且淤积严重淤积削减河道行洪能力，水体自身环境容量低。新圳河(南山段)流域内河道淤积严重淤积，削减河道行洪能力，不满足50a和20a一遇的行洪要求。
2.5 治理思路
水体污染的原因主要是雨污混流、上游无基流汇入导致内部污染难以扩散及河道自身水环境容量有限。新圳河(南山段)上游干、支流大部分为暗涵，暗涵段两岸排放口有污水进入河道，导致河道水体黑臭，对入河排污口进行溯源十分必要的。雨污分流是一项长期和复杂的系统工程，现状下短期内难以实现彻底的雨污分流，确定本工程水质改善目标是在不影响河道防洪能力的前提下，通过沿河截流、正本清源工程消除黑臭水体。本工程拟通过控源截流和补水增容等分别解决新圳河(南山段)雨污混流入河、无基流补水及水环境容量不足的问题，最终改善河道水环境。具体实施为：①控源减量。通过对新圳河入河污水的原因分析，从正本清源和末端截流两个方面解决旱季污水入河问题，防止正本清源工程效果无法实现而造成河道水质反弹及面源污染对河道的影响。②提效增容。增加河道生态补水，逐步恢复水体自净能力。③生态补水。现状已建成低影响开发(LID)模式，通过生态补水即可逐步恢复河流水文调节、水体自净、物种多样性保护和生态景观功能。
3.1 河道防洪工程
新圳河(南山段)流域内河道干流、支流、雨水箱涵、雨水管进行全覆盖清淤疏浚；
不满足防洪要求的河岸进行拓宽或加高，岸墙、暗涵存在安全隐患的进行加固或拆除重建，确保河道干流满足50a一遇、支流满足20a一遇的防洪标准。新圳河(南山段)干流堤防级别为2级，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，支流堤防级别为4级，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。水面线计算运用丹麦丹华水利环境技术有限公司MIKE11软件，采用一维明渠非恒定流方程组(圣维南方程组)来建立河汊水动力模型，分析在下游水位和河道构筑物的综合影响下，河汊的洪水运动情况。设计参数新圳河(南山段)50a一遇起推水位为18.058m，新圳河(南山段)支流3的20a一遇起推水位为8.32m，浆砌石糙率取n=0.025，混凝土糙率取n=0.017，各河段明渠段的综合糙率范围为0.027～0.03，箱涵段的综合糙率取值为0.017。根据计算成果(见表2)表明河道大部分现状过洪能力满足，但涵管进水口前仍将产生壅水，壅水高于两边岸墙；
部分河段存在管道满流，地面有积水等。
工程主要建设内容为新圳河(南山段)干、支流及末端雨水管进行清淤疏浚，新圳河(南山段)清淤总量约为9185m3，新圳河(宝安段)清淤总量约2515m3。新圳河(南山段)干流桩号XZGL1+001.36～XZGL1+226.91过流不满足段DN1600涵管维持原状，仅对进水口处进行加固处理，对桩号XZGL1+226.91～XZGL1+565.46明渠进行河岸整治。新圳河(南山段)支流3明渠段采用生态框进行护岸，设计横断面为复式段面，桩号XZGL0-078.34～XZGL0-329.73为现状明渠，仅对河道进行清淤，河道明渠段横断面为矩形断面，其他为暗涵仅进行清淤与新建截流墙，暗涵形式为矩形断面。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河道暗涵段仅进行清淤与新建截流墙，暗涵形式为矩形断面。
(1)
表2 水位线计算表
3.2 水质改善工程
通过沿河新建截流墙与截流管，防止流域内面源污染入河，流域内工业厂区、住宅小区、城中村进行排放口溯源、查漏补缺，正本清源，污水汇入整改。本工程截流系统实施后将与下游宝安段截流系统对接，按2倍截流标准进行确定，新圳河(南山段)干流左、右两侧可接入管径为DN600、DN500，新圳河(南山段)支流3左、右接入管径为DN1350，截流规模设计为3mm/1.5h。具体实施方案为干流明渠段(宝安段)通过在河道两侧分别敷设内肋增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管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暗涵新建截流墙；
暗涵段内布置0.5m×0.5m截流墙，排入下游现状DN600沿河截污管。支流1暗涵段两侧分别布置0.5m×0.5m截流墙，排入下游干流4.0m×2.0m暗涵的新建截流墙内。新圳河(南山段)支流2末端暗涵出水口位置处新建总口堰进行截流，排入下游干流3.0m×2.0m暗涵的新建截流墙内。新圳河(南山段)支流3明渠段在河道两侧敷设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暗涵新建截流墙内。
3.3 补水工程
新圳河(南山段)干流补水方案一利用工程收集到的清洁基流补充至新圳河(南山段)干流明渠段，补水规模约为1500m3/d，同时依靠清洁基流自然流态进行补充补水。补水方案二通过修建小型蓄水堰，将收集到的清洁基流补充至新圳河(南山段)干流，补水规模约为650m3/d。通过方案比选(见表3)，为防止因为水体流动性不足造成水体黑臭现象，推荐方案为方案一。工程实施为新建DN400补水管长40m，从河道右侧山脚处引接基流，同时加上新圳河(南山段)干流上游基流，从而保证旱季河底生态基流。同理分析可知新圳河(南山段)支流3补水方案为利用新圳河(宝安段)干流补水水源进行补水。利用宝安段干流补水管对支流3进行补水，新圳河(宝安段)干流设计补水量为6.01万m3/d，明渠段景观需水量为844.1m3/d。新圳河(宝安段)该处补水管管底高程为6.75m，明渠段末端河底高程9.9m，需通过修建提升泵站将水量打至明渠段末端，补水管沿河道左岸靠近岸边进行布置，需新建DN300补水管约为640m。
3.4 水面线复核
新圳河(南山段)干流、支流1、支流2、支流3暗涵内新建截流墙，支流1及支流3明渠河道坡脚预埋截流管，对该工况下河道水面线进行复核计算。经过复核(见表4)截流墙与截流管的铺设对河道行洪影响不大，对XZC0+619.89进行改造后，该处过流能力满足要求。桩号XZGL1+001.36～XZGL1+226.91处DN1600管仍为有压流状态，上游河道在本工程治理措施实施后，涵管进水口前仍将产生壅水，可通过建造翼墙来改变流量系数和增加防洪生态框的方式来减小壅水的影响。
表3 补水方案对比表
表4 河涌工程措施后水位复核表
3.5 整治后效果
工程实施后对新圳河(南山段)干流、支流1、支流2、支流3开展水质监测。监测数据(见表5)显示新圳河(南山段)整体水质符合无黑臭的要求。
表5 新圳河(南山段)整治后水质监测表
通过对新圳河(南山段)干流、支流1、支流2、支流3水质影响进行深入分析，提出防洪工程、生态补水、水质改善工程、正本清源等工程综合治理方案，工程实施后水质明显改善，消除水体黑臭。工程实施后的运维管理在水质长效保持中有着重要作用，如何更好发挥水环境综合治理效果的长效保持，是今后研究的重要方向。因此，要求完善河道等管理规章制度，健全法律法规，使河道管理、排水管理有法可依。并加大执法管理力度，严禁单位或个人侵占河道；
同时要加强生态化河道的日常维护，定期清除河道淤积及河堤绿化维护；
在本工程的基础上，要继续推进截流工程，不断加强雨污分流的程度，加强污水处理基础设施建设，使河流水体逐步好转，同时开展水体修复工作，从根本上实现水环境良性循环。
