茅洲河全流域水環(huán)境綜合治理方案及創(chuàng)新

路文典 劉 鵠

(中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518101)

1 茅洲河概述

茅洲河是深圳市第一大河，干流全長(zhǎng)31.29km，流經(jīng)深圳光明、寶安，東莞長(zhǎng)安三地，寶安區(qū)內(nèi)干流河長(zhǎng)16.49km，共有支流19條，流域面積157km2；光明區(qū)內(nèi)干流河長(zhǎng)14.8km，共有支流13條，流域面積154km2；長(zhǎng)安鎮(zhèn)內(nèi)干流是東莞與深圳的界河，長(zhǎng)11.68km，共有支流9條，流域面積77km2。茅洲河為雨源性河流，干流平均年徑流量33632.4萬m3。茅洲河流域水系見圖1。

圖1 茅洲河流域水系

歷史上的茅洲河是深圳的“母親河”，是沿岸居民的飲用水源。20世紀(jì)90年代開始，茅洲河流域內(nèi)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，工業(yè)、生活、第三產(chǎn)業(yè)污染急劇增加，而流域內(nèi)污水處理及配套排水設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，大量生活、工業(yè)污水及面源污染物直排進(jìn)入茅洲河干支流，國(guó)考斷面氨氮、總磷濃度分別高于地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)值14倍、11倍，茅洲河全線成了 “墨汁河”“臭河”，成為珠三角污染最嚴(yán)重的河流，茅洲河治理迫在眉睫。2016年初，茅洲河中、上、下游段開展水環(huán)境綜合整治，通過全流域系統(tǒng)治理及技術(shù)創(chuàng)新，茅洲河國(guó)考斷面水質(zhì)按期實(shí)現(xiàn)了考核目標(biāo)。本文以技術(shù)視角，對(duì)茅洲河綜合治理方案及技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行闡述，以期為類似河湖治理提供借鑒。

2 茅洲河污染成因分析

經(jīng)對(duì)茅洲河全流域調(diào)查、分析，主要污染成因包含五個(gè)方面：

a.流域人口、企業(yè)密度大，污染負(fù)荷高。根據(jù)2015年底統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，僅茅洲河中游段流域內(nèi)總?cè)丝诰瓦_(dá)417萬；僅深圳側(cè)就有污染源企業(yè)約3.87萬家，且以五金、印刷包裝制品、塑料、電鍍、線路板等高污染中小企業(yè)居多。

b.排水設(shè)施不健全，污水直排量大。由于截污管網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重不足，深圳、東莞?jìng)?cè)分別約有31.4萬m3/d、15萬m3/d污水直排進(jìn)入茅洲河[1]。

c.河流的水動(dòng)力不足，自凈能力弱。茅洲河為雨源性河流，枯水期上游無足夠水源補(bǔ)充，水動(dòng)力不足。

d.底泥量大、污染嚴(yán)重。

e.流域感潮河段長(zhǎng)，交叉污染重。作為珠江口河流，下游段13km為感潮河段，流至下游的污水常被潮水頂托回河道，反復(fù)交叉污染。

3 治理技術(shù)路線分析

茅洲河治理目標(biāo)：2020年，國(guó)控?cái)嗝嫠|(zhì)達(dá)到地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)期為Ⅳ類。按照“流域統(tǒng)籌，系統(tǒng)治理”原則和“五位一體”治理理念，結(jié)合茅洲河治理目標(biāo)及其污染成因，對(duì)茅洲河水環(huán)境綜合治理技術(shù)路線進(jìn)行分析，見圖2。

圖2 茅洲河治理技術(shù)路線分析

4 治理方案及工程措施

依據(jù)治理技術(shù)路線分析，擬定了“外源截污、內(nèi)源清淤、水質(zhì)凈化、補(bǔ)水活水、生態(tài)恢復(fù)”及“水資源、水環(huán)境、水安全、水生態(tài)、水管理”五位一體統(tǒng)籌兼顧的總體治理方案。項(xiàng)目采用河道整治工程、雨污管網(wǎng)工程、內(nèi)澇整治工程、活水補(bǔ)水工程、生態(tài)修復(fù)工程、景觀提升工程六大類工程措施，共包含74個(gè)子項(xiàng)工程，其中寶安片區(qū)46個(gè)、光明片區(qū)24個(gè)、東莞長(zhǎng)安片區(qū)4個(gè)。

4.1 河道整治工程

河道整治工程包括防洪工程、沿河截污工程、河道清理及底泥處置工程。河道現(xiàn)狀普遍存在硬質(zhì)岸坡或直立擋墻、建筑物侵占河道、防洪道路不通暢等問題，60%的河道達(dá)不到防洪標(biāo)準(zhǔn)。按照干流防洪標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，支流20～50年一遇，對(duì)不達(dá)標(biāo)河段進(jìn)行岸線整治，整治總長(zhǎng)度81.95km。采用鉆樁掛板護(hù)岸、生態(tài)砌塊擋墻、石籠緩坡式護(hù)坡、直斜復(fù)合式堤防、重力式擋墻等形式堤岸，結(jié)合生態(tài)景觀河岸建設(shè)，將河道建成集“安全、生態(tài)、景觀”于一體的城市型河道。

沿河在堤岸內(nèi)鋪設(shè)截污干管，攔截沿河排污口污水，消除污水直排入河。

茅洲河全流域底泥總量約448.9萬m3，占據(jù)過流斷面，降低了防洪標(biāo)準(zhǔn)；有機(jī)質(zhì)、氨氮營(yíng)養(yǎng)鹽含量高，底泥重金屬污染嚴(yán)重。有機(jī)質(zhì)高達(dá)39526.65mg/kg；氮營(yíng)養(yǎng)鹽平均值為3424.50mg/kg；磷營(yíng)養(yǎng)鹽最高達(dá)9203.73mg/kg；底泥含有多種重金屬，其中Cu含量最大值達(dá)7352mg/kg，Zn含量最大值達(dá)2558mg/kg。底泥污染物不斷釋放進(jìn)入上覆水體中，擔(dān)當(dāng)了污染“源”的角色，對(duì)水質(zhì)污染指標(biāo)貢獻(xiàn)率大，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高。為此對(duì)底泥采用絞吸式挖泥船進(jìn)行環(huán)保清淤，并建設(shè)四個(gè)底泥廠對(duì)底泥進(jìn)行減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化處理，其中寶安片區(qū)兩個(gè)(1號(hào)、3號(hào))，長(zhǎng)安(2號(hào))、光明片區(qū)(4號(hào))各一個(gè)，1號(hào)、3號(hào)底泥廠合并建設(shè)，處理量為212.4萬m3；2號(hào)底泥廠處理量為186.1萬m3；4號(hào)底泥廠處理量為50.4萬m3。底泥處理工藝均為泥沙分離系統(tǒng)+固液分離系統(tǒng)+板框壓濾機(jī)脫水。

4.2 雨污管網(wǎng)工程

茅洲河流域排水體制大部分為合流制，主要存在的問題是：現(xiàn)狀污水管道接入雨污合流管段、雨水暗渠；現(xiàn)狀污水管道斷頭，未接入污水管道；現(xiàn)狀污水管道倒坡；現(xiàn)狀管渠滲漏、破損等。在本次治理中，一是將合流制改成分流制，二是對(duì)現(xiàn)狀管網(wǎng)進(jìn)行接駁完善，建成“用戶—支管—次干管—主干管—污水廠”完整的污水收集體系，通過雨污分流實(shí)現(xiàn)旱季污水收集率達(dá)到90%以上。其中，22個(gè)片區(qū)(老舊片區(qū)，還未完成雨污分流)雨污分流管網(wǎng)工程是治污的根本性措施，工程內(nèi)容包括污水支管網(wǎng)建設(shè)、雨水系統(tǒng)改造、分流制區(qū)域建筑立管改造。鋪設(shè)干支管網(wǎng)1249.27km(不含立管)。雨污管網(wǎng)工程主要是實(shí)現(xiàn)污水、雨水、初雨水“三水”分離，見圖3。

圖3 雨污管網(wǎng)“三水”分離示意圖

4.3 內(nèi)澇整治工程

現(xiàn)有排澇系統(tǒng)排水管網(wǎng)能力不足，排澇泵站規(guī)模不夠，局部澇片不封閉。內(nèi)澇整治按照新的排澇標(biāo)準(zhǔn)，即20年一遇24h降雨所產(chǎn)生的洪水24h排干不成災(zāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。澇片采取“高水高排、低水抽排”的原則，即具備自排條件的區(qū)域通過自排方式排水，不具備自排條件的區(qū)域通過抽排方式排水。通過新建排水管涵、渠道雨水收集系統(tǒng)的方式，通過閘、涵封閉澇片，將抽排區(qū)域與自排區(qū)域分離，并新建相應(yīng)規(guī)模的泵站實(shí)現(xiàn)澇水抽排。新建排澇泵站12座，排澇總規(guī)模206.85m3/s。

4.4 活水補(bǔ)水工程

茅洲河流域干支流為雨源性河流，枯水期上游無足夠水源補(bǔ)充，水動(dòng)力缺乏、自凈能力不足。根據(jù)水動(dòng)力模擬，需在不同支流設(shè)置17個(gè)補(bǔ)水點(diǎn)，水源為污水處理廠再生水，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為地表水Ⅴ類水。新建補(bǔ)水泵站6座，補(bǔ)水總規(guī)模為122萬m3/d，同時(shí)新建補(bǔ)水干支管98.2km。

4.5 生態(tài)修復(fù)工程

生態(tài)修復(fù)主要利用動(dòng)植物的自我凈化能力，分解河道的工業(yè)污染物，為生物營(yíng)造一個(gè)良性的棲息地，創(chuàng)造一個(gè)自然、具有自我凈化能力的生態(tài)河道。生態(tài)修復(fù)工程包括生態(tài)綠化、防護(hù)林、挺水植物群落、浮葉植物群落、沉水植物群落、底棲動(dòng)物群落、魚類群落的構(gòu)建。

新建燕羅、鵝頸水等濕地公園6座，以生態(tài)凈化為首要任務(wù)，融合景觀休閑設(shè)施，打造生態(tài)場(chǎng)所，展示通過人工修復(fù)重建生態(tài)結(jié)構(gòu)的能力。其中，燕羅濕地用于茅洲河截污箱涵內(nèi)污水的應(yīng)急處理，采用“預(yù)處理(生態(tài)氧化池+高效沉淀池)+垂直流潛流濕地+表流濕地”工藝，是兼具水質(zhì)凈化提升、生態(tài)修復(fù)保護(hù)、景觀休閑游憩、生態(tài)科普宣教等綜合功能的人工濕地，占地面積 5.50hm2，污水處理最大設(shè)計(jì)規(guī)模1.80萬m3/d，進(jìn)水水質(zhì)為一級(jí)B，出水水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，污染物去除率高、占地少，并且表流濕地為生態(tài)景觀打造了充足的空間，成為市民休閑娛樂的場(chǎng)所。

4.6 景觀提升工程

根據(jù)河道的各自情況設(shè)置綠道，形成串聯(lián)水系、城市、文化景點(diǎn)、河道風(fēng)貌的休閑游憩的慢行系統(tǒng)網(wǎng), 重塑茅洲河沿線景觀風(fēng)貌形象。包括岸線景觀設(shè)計(jì)、綠化設(shè)計(jì)、交通游覽設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，沿河兩岸設(shè)置生態(tài)植被緩沖帶、雨水花園、下凹式綠地等LID生態(tài)設(shè)施，響應(yīng)海綿城市建設(shè)，并放置景石、雕塑小品和文化地雕提升河堤整體景觀意向，構(gòu)成收集沿線雨水的綠色海綿網(wǎng)絡(luò)，減輕河道初期雨水污染，助力水質(zhì)提升。

5 茅洲河治理成效

河道整治工程共完成41條干支流河道整治84.3km、暗涵34km，消除截污總口57個(gè)，整治入河排口2219個(gè)；雨污管網(wǎng)工程共完成22個(gè)片區(qū)雨污分流管網(wǎng)1338km，改造老舊管網(wǎng)30.28km，完成小區(qū)正本清源改造1952個(gè)，整治排口5512個(gè)，新增污水收集能力55萬m3/d；內(nèi)澇整治工程新建排澇泵站12座，規(guī)模合計(jì)206.85m3/s。新建補(bǔ)水泵站6座，補(bǔ)水規(guī)模122m3/d，鋪設(shè)補(bǔ)水管道109.4km；清除污染底泥452.8萬m3；建設(shè)濕地公園6座；消除黑臭水體45個(gè)。

2019年11月5日，茅洲河共和村斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果：氨氮平均值1.76mg/L、總磷平均值0.26mg/L、溶解氧平均值538mg/L，水質(zhì)提前1年2個(gè)月達(dá)到省、市下達(dá)的地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。與治理前相比，氨氮下降了91.94%、總磷下降了91.22%、綜合污染指數(shù)下降了82.83%，是1992年以來的最好水平。2020年1—10月，茅洲河國(guó)省考斷面水質(zhì)持續(xù)改善，氨氮及總磷平均指標(biāo)均已達(dá)到地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，其中：國(guó)考共和村斷面1—10月的氨氮、總磷平均濃度分別為1.26mg/L、0.25mg/L，兩項(xiàng)的平均指標(biāo)已達(dá)到地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)[2]。

6 茅洲河治理技術(shù)創(chuàng)新

茅洲河全流域綜合整治工程總投資164.45億元，具有線路長(zhǎng)、區(qū)域廣、規(guī)模大、涉及群體多、管線遷改難、征地拆遷難、協(xié)同共治難、綜合技術(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)。工程治理中通過技術(shù)創(chuàng)新，按期完成了工程建設(shè)任務(wù)，并提前實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)考核目標(biāo)。

6.1 治理技術(shù)路線創(chuàng)新

茅洲河治理技術(shù)路線確定的原則：?流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理，廠、網(wǎng)、源、河一體化；?分階段分步走、精準(zhǔn)施策；?因地制宜、近遠(yuǎn)結(jié)合，治理生態(tài)化、資源化，運(yùn)維智慧化。

根據(jù)上述原則，確定了“雙核驅(qū)動(dòng)、多聯(lián)協(xié)同”的技術(shù)路線，以“底泥、管網(wǎng)”治理為內(nèi)源、外源核心驅(qū)動(dòng)，以“三全”“八策”為具體技術(shù)措施。茅洲河治理技術(shù)路線見圖4。

圖4 茅洲河治理技術(shù)路線

事實(shí)證明，對(duì)于重污染河流而言，上述技術(shù)路線是成功的。雨污分流，提高污水收集率和處理率是治污的關(guān)鍵，其次是內(nèi)源污染的消除，活水補(bǔ)水是河流增強(qiáng)自凈能力的根本措施。

6.2 水環(huán)境治理云平臺(tái)智能管控技術(shù)

茅洲河水環(huán)境綜合整治施工高峰期工作面達(dá)1200多個(gè)，投入2萬余人，投入各類機(jī)械設(shè)備近7000臺(tái)套，質(zhì)量、安全、進(jìn)度管控難度大、要求高。針對(duì)茅洲河項(xiàng)目群施工特點(diǎn)，專門研發(fā)了水環(huán)境治理管控云平臺(tái)，該平臺(tái)運(yùn)用云與物聯(lián)網(wǎng)、BIM+GIS等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對(duì)全流域工程進(jìn)展實(shí)施全天候的多維管理，輔以河務(wù)通APP、水質(zhì)在線檢測(cè)技術(shù)、管材二維碼追溯技術(shù)等，對(duì)工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本、信息等進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)管控，提高管理效率。

該技術(shù)已經(jīng)取得河湖泊涌水環(huán)境治理水信息智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水環(huán)境治理管理信息云平臺(tái)系統(tǒng)等13項(xiàng)軟件著作權(quán)。

6.3 底泥處理處置技術(shù)

茅洲河底泥量巨大、污染嚴(yán)重，清出的淤泥含水量高，堆存二次污染風(fēng)險(xiǎn)高。為了達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的目的，一是對(duì)底泥處理工藝進(jìn)行了創(chuàng)新，具體工藝流程見圖5[3]；二是在底泥處理過程中使用了多種新型固化劑，包括重金屬螯合劑、SDC淤泥調(diào)理脫水機(jī)、HPS淤泥調(diào)質(zhì)固化劑、分散劑、絮凝劑。

圖5 底泥處理工藝流程

采用上述工藝，底泥干化后的泥餅含水率小于40%，余水排放達(dá)到地表水一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。低含水率的泥餅為資源化利用提供了條件，利用底泥燒制陶粒，而后壓制碧道彩色透水磚、多型彩色廣場(chǎng)地磚并應(yīng)用于工程中，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，同時(shí)也避免了底泥堆放帶來的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

6.4 新裝備、儀器研發(fā)應(yīng)用

為應(yīng)對(duì)工程位于城市高密度建成區(qū)、狹窄空間作業(yè)多、工程質(zhì)量要求高、工期緊等特點(diǎn)，引進(jìn)了靜音作業(yè)的靜壓植樁機(jī)、CCTV管道檢測(cè)車、管道非開挖修復(fù)一體化裝備、河道巡視無人機(jī)、無人水質(zhì)檢測(cè)船等儀器裝備，并專門研發(fā)了暗涵清淤機(jī)器人用于暗涵的清淤。新裝備、儀器的應(yīng)用為保證工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量起到了重要作用。

7 結(jié) 語(yǔ)

茅洲河水環(huán)境綜合整治工程建設(shè)規(guī)模大、治理難度高，需攻克污染成因成分復(fù)雜、污染程度罕見、區(qū)域人員企業(yè)密度大、跨界治理等一系列難題。以水質(zhì)目標(biāo)為導(dǎo)向，以“內(nèi)源外源雙核驅(qū)動(dòng)，多聯(lián)協(xié)同”為治理技術(shù)路線，采取雨污管網(wǎng)等六類工程，茅洲河國(guó)考斷面提前實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)考核目標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)類似城市高密度建成區(qū)水環(huán)境治理提供了借鑒。