株洲市建寧港水環(huán)境綜合整治工程設(shè)計

羅佳文， 郭曉濤， 賴杜鋒， 鐘良生

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司， 廣州 510230）

2015 年4 月國務(wù)院頒布的《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）中明確了城市黑臭水體整治的總體目標： 到2020 年， 地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10% 以內(nèi)； 到2030 年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。 目前， 大部分城市建成區(qū)黑臭水體整治已完成階段性目標， 但長效保持仍相當艱巨。 本文以株洲市建寧港水環(huán)境綜合整治工程為例， 分析總結(jié)黑臭水體整治過程中的技術(shù)路線，以期為后續(xù)黑臭水體整治工作提供參考。

1 項目概況及水環(huán)境治理目標

建寧港發(fā)源于荷塘區(qū)石子嶺， 流域面積為36.9 km2， 干流長12.2 km， 河道坡降為3.5‰， 多年平均流量約為4 m3／s， 流經(jīng)株洲市荷塘區(qū)、 蘆淞區(qū)后匯入湘江， 是湘江的一級支流。 建寧港流域建成區(qū)面積為20.9 km2， 包含建成區(qū)建寧港主渠及10 條主要支流河道。 整個建寧港渠道系統(tǒng)現(xiàn)狀面臨著沿線私房及工業(yè)企業(yè)較多， 污水直排渠道， 各類垃圾肆意丟棄入渠， 渠道淤積嚴重等問題， 是株洲市各港中整治條件最復雜、 整治難度最大的港道。

本項目屬中央環(huán)保督查重點項目， 也是省、 市重點督辦項目。 整治港道為建成區(qū)建寧港主渠及果園支渠。 其中建寧港主渠南至湘江， 北至金山路，總長6.4 km； 果園支渠西至建寧港， 東至東環(huán)線，總長1.8 km。 水環(huán)境治理目標為2020 年底建寧港主渠及果園支渠基本消除黑臭， 遠期水質(zhì)達到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的Ⅴ類水質(zhì)標準。

2 項目水環(huán)境摸查與分析

2.1 沿線直排口和污染源摸查

對建寧港主渠和果園支渠沿線直排口和污染源進行現(xiàn)場勘測和檢測判別。 污水、 合流直排口總數(shù)共118 個， 總漏排入河污水量約為5.4 萬m3／d； 雨水直排口總數(shù)共86 個， 無初雨污染控制措施； 發(fā)現(xiàn)6 處工業(yè)企業(yè)污染源需進行整治。 沿線直排口和污染源帶入的污染負荷對河道水質(zhì)產(chǎn)生較大影響［1］，加之其余9 條支渠污染水的匯入， 建寧港主渠和果園支渠已出現(xiàn)不同程度的黑臭現(xiàn)象。

2.2 水質(zhì)及底泥評價

為全面掌握建寧港主渠和果園支渠的水質(zhì)及底泥情況， 設(shè)計協(xié)同檢測單位于2019 年6 月豐水期、12 月枯水期對渠道水質(zhì)及底泥情況進行檢測。

水質(zhì)指標根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》進行評價， 在建寧港主渠和果園支渠上、 中、 下游取多日多點水樣進行水質(zhì)分析。 建寧港主渠和果園支渠黑臭水體級別判定為“輕度黑臭”， 詳見表1。

表1 河道水質(zhì)檢測結(jié)果及評價Tab. 1 River water quality monitoring results and evaluation

底泥重金屬指標根據(jù)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風險管控標準》和GB 5085.3—2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》進行評價。 底泥重金屬污染檢測結(jié)果表明底泥重金屬含量不超標， 底泥重金屬酸浸濃度分析結(jié)果表明該底泥不屬于危廢， 環(huán)保清淤后的底泥經(jīng)脫水后可進行資源利用。 底泥取樣點同水質(zhì)取樣點。

從底泥中營養(yǎng)物質(zhì)檢測結(jié)果可知， 底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)含量較高， 氨氮、 總磷、 總氮的最高值分別達到1 060、 2 980、 4 150 mg／kg。 根據(jù)《湖泊河流環(huán)保疏浚工程技術(shù)指南》， 按照污染程度將底泥從垂直方向劃分為污染底泥層（A 層）、 污染過渡層（B 層）和正常湖泥層（C 層）。 若不采取措施清理外源污染， 底泥將持續(xù)吸附水體中的營養(yǎng)鹽， 導致本體的營養(yǎng)鹽含量越來越高， 黑臭現(xiàn)象持續(xù)加重， 并且在自然條件下無法好轉(zhuǎn)。

3 工程設(shè)計

建寧港流域建成區(qū)屬于株洲市的高密度老城區(qū)， 沿線直排口污水和各支渠水體直接排入建寧港主渠后匯入湘江， 渠道水體呈輕度黑臭狀態(tài)， 嚴重影響人居生態(tài)環(huán)境。 基于“廠-網(wǎng)-河-城”的水環(huán)境整治思路［2-3］， 結(jié)合項目水環(huán)境摸查情況， 制定“截污納管＋內(nèi)源治理＋岸帶修復＋水生態(tài)構(gòu)建＋活水循環(huán)”的工程技術(shù)路線。

3.1 截污納管工程

現(xiàn)狀排水體制基本為合流制， 截流式與直排式并存。 現(xiàn)狀龍泉污水廠位于建寧港主渠和果園支渠交匯處， 其處理能力為20 萬t／d， 服務(wù)范圍包含建寧港流域建成區(qū)20.9 km2。 根據(jù)株洲市用水水平測算， 污水廠處理能力可滿足雨季截流倍數(shù)N0＝2.6，建寧港現(xiàn)狀污水主干管過流能力經(jīng)復核可滿足截流要求。

設(shè)計對沿線直排口進行截流， 實現(xiàn)旱季污水100% 收集， 雨季以N0＝2.6 的截流倍數(shù)控制雨季合流水污染。 保留建寧港主渠現(xiàn)狀雨、 污水主干管系統(tǒng)， 新建3.6 km DN 1 000 mm 的污水主干管對現(xiàn)狀雨、 污錯混接錯系統(tǒng)進行雨污分流改造， 果園支渠新建1.8 km DN 1 000 ～DN 1 200 mm 的污水主干管， 拉通補全建成區(qū)內(nèi)污水主干管管網(wǎng)系統(tǒng)。

新建污水支管根據(jù)排口性質(zhì)進行分類截流處理。 ①污水直排口： 對臨渠散戶進行雨、 污分流改造， 將大量的散戶排污口（管徑＜DN 300 mm）串聯(lián)歸并后集中接入沿河掛管截污系統(tǒng)， 對渠道沿線管徑≥DN 300 mm 污水直排口全截流； ②合流直排口： 對渠道沿線合流直排口（DN 300 mm ≤管徑≤DN 2 200 mm）進行截流， 對管徑＞DN 2 200 mm 的大型合流排口， 采用智能截流井， 利用液位自動調(diào)節(jié)閥控制下開式堰門的開啟度， 保證旱、 雨季的截流目標； ③雨水直排口： 對渠道沿線雨水直排口進行攔污棄流。 最終， 建寧港主渠和果園支渠污水經(jīng)管網(wǎng)收集進入龍泉污水廠處理達標后排放至建寧港主渠下游。

3.2 內(nèi)源治理工程

建寧港主渠和果園支渠內(nèi)底泥多為黑褐色有臭味稀泥， 淺水處可見底泥裸露。 根據(jù)底泥檢測分析結(jié)果可知， 建寧港主渠和果園支渠污染底泥厚度為0.5 ～1.5 m。 設(shè)計結(jié)合原渠道縱坡和環(huán)保清淤的相關(guān)要求， 清除污染底泥層（A 層）和污染過渡層（B 層）。建寧港主渠和果園支渠全線明、 暗渠交錯且寬度大小不一， 設(shè)計在枯水期采用圍堰進行干式清淤， 清淤量共計5.65 萬t。 根據(jù)現(xiàn)場的施工條件制定以下清淤方案： ①對具備施工道路的明渠段采用機械清淤＋密閉車載； ②對無施工道路的明渠段采用人工清淤＋密閉車載； ③對暗渠段采用持續(xù)送風（保持氧含量檢測）＋人工清淤（配備防毒供氧設(shè)備）＋移動吸泥泵＋密閉車載。 清淤底泥由密閉運輸車運輸至底泥臨時脫水廠， 經(jīng)壓濾脫水處理后送至制磚廠進行資源化利用。

3.3 岸帶修復及水生態(tài)構(gòu)建工程

建寧港主渠和果園支渠左岸現(xiàn)狀垂直漿砌石護岸保存較好， 設(shè)計按照原防洪標準將果園支渠右岸土坡駁岸改建為垂直漿砌石護岸。

建寧港主渠上中游段和果園支渠全段， 河面寬度大小不一且雨季水流速度較快， 無法進行水生植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。 設(shè)計選取建寧港主渠和果園支渠交匯處進行水生植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建， 河面平均寬度為40 m， 兩岸種植黃菖蒲、 美人蕉、 再力花、 梭魚草等挺水植物， 渠底種植刺苦草、 黑藻、 伊樂藻等沉水植物， 提高河道水體自凈能力。 為保障水生植物的淹沒水深， 設(shè)計在建寧港主渠下游坡度較緩處新建液壓壩1 座。 在不影響渠道直排口和龍泉污水廠排污口正常運行情況下， 液壓壩的正常蓄水位選定為1.0 m， 其旱季攔蓄水的壅水長度剛好覆蓋建寧港主渠及果園支渠交匯處河段， 形成約1.2 萬m2的生態(tài)水面； 雨季壩體放倒平河床標高， 不影響防洪。

3.4 活水循環(huán)工程

建寧港主渠和果園支渠為雨源型河流， 渠道兩側(cè)直排口截流后， 將面臨旱季無水和水生態(tài)功能減退的情況， 設(shè)計利用龍泉污水廠三期出水作為常態(tài)補水水源對渠道進行水生態(tài)功能維護。 設(shè)置一體化加壓泵站輸送至渠道各補水點釋放至河道內(nèi)， 補水量按照渠道生態(tài)環(huán)境需水量的方法計算。

渠道生態(tài)環(huán)境需水量指為維持河流水生態(tài)系統(tǒng)平衡， 使其具有最基本的水體自凈能力所需的最小徑流量， 主要涵括了滿足河流生態(tài)基流、 保持水體稀釋自凈能力的功能型需水量， 以及參與蒸發(fā)、 下滲等水文循環(huán)過程的消耗型需水量［4-6］。 結(jié)合雨源型城市內(nèi)河水文、 生態(tài)環(huán)境特征， 建立了建寧港生態(tài)環(huán)境需水量計算模型， 如下：

式中： W 為渠道生態(tài)環(huán)境需水量， m3； Wzf為渠道蒸發(fā)需水量， 單位m3； Wsl為渠道下滲需水量， m3； Wjl為渠道生態(tài)基流量， m3； Wjg為景觀環(huán)境需水量， m3； Wzj為渠道稀釋自凈需水量， m3。

根據(jù)當?shù)貧庀蟆?水利統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 建寧港主渠和果園支渠多年平均徑流量分別約為7.23 萬m3／d 和1.52 萬m3／d， 日 均 蒸 發(fā) 量 分 別 為289 m3／d 和34 m3／d， 日下滲量分別為1 085 m3／d 和228 m3／d。 渠道生態(tài)基流量采用蒙大拿法（又稱Tennant 法）計算， 按一般水量的標準取基流百分比20%。 景觀環(huán)境需水量按照補水水深30 cm 控制， 補水頻率2 d 一次計算。 渠道稀釋自凈需水量根據(jù)渠道水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)進行計算。 渠道生態(tài)環(huán)境需水量計算結(jié)果如表2 所示。 綜上所述， 建寧港主渠和果園支渠的河流 補 水 量 分 別 約 為1.58 萬m3／d 和0.33 萬m3／d，總補水量為1.91 萬m3／d。

表2 渠道生態(tài)環(huán)境需水量計算結(jié)果Tab. 2 Calculation results of channel ecological environment water demand

4 工程實施效果

4.1 公眾評議調(diào)查

建寧港主渠和果園支渠治理完成后， 由第三方單位對黑臭渠道周邊群眾開展公眾評議調(diào)查。 統(tǒng)計結(jié)果顯示： 建寧港黑臭水體整治效果的公眾滿意度高于90%。 經(jīng)五方責任主體驗收認定， 項目整治效果達標。

4.2 水質(zhì)檢測結(jié)果

由第三方水質(zhì)檢測單位對建寧港主渠和果園支渠布點檢測， 按照《城市黑臭水體整治工作指南》要求， 共設(shè)置了15 處監(jiān)測點進行了持續(xù)檢測， 水質(zhì)指標均滿足消除黑臭水體的考核要求， 實現(xiàn)了工程目標。 整治前、 后水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 水質(zhì)監(jiān)測指標Tab. 3 Water quality monitoring indicators

5 結(jié)論與建議

（1） 在邊界工程同步治理前提下， 采取“截污納管＋內(nèi)源治理＋岸帶修復＋水生態(tài)構(gòu)建＋活水循環(huán)”的工程技術(shù)措施， 可實現(xiàn)項目水環(huán)境整治目標。 建議水環(huán)境整治PPP 項目實施階段宜對黑臭水體判別進行復核， 特別關(guān)注項目立項至實施期間交叉建設(shè)工程和應(yīng)急搶險工程所造成的影響， 優(yōu)化治理技術(shù)路線以確保投資用到實處。

（2） 截污納管＋內(nèi)源治理是確保建寧港主渠和果園支渠水環(huán)境綜合整治效果的關(guān)鍵措施。 通過修復缺陷管道和雨污混接錯接改造， 完善了工程范圍內(nèi)污水主干管系統(tǒng)。 建議后期應(yīng)結(jié)合《株洲市海綿城市建設(shè)專項規(guī)劃（2016—2030）》、 《株洲市初期雨水治理專項規(guī)劃（2018—2035）》， 加快推進流域內(nèi)海綿城市建設(shè)及雨污分流改造工作。

（3） 岸帶修復＋水生態(tài)構(gòu)建＋活水循環(huán)宜充分結(jié)合渠道的水利條件， 進行河道形態(tài)和水體形態(tài)塑造， 構(gòu)建以城市污水再生處理和生態(tài)利用為核心的活水循環(huán)系統(tǒng)， 促進水體的良性生態(tài)恢復和自凈能力提升。

（4） 9 條匯入支渠應(yīng)同步進行水環(huán)境整治并確保治理效果， 推動流域內(nèi)的管網(wǎng)清淤挖潛， 有效防止雨天沖刷帶出的管道污染物造成渠道的返黑返臭。 建議流域內(nèi)水系由運維單位統(tǒng)一管理， 加強對渠道和管網(wǎng)的后期運行維護管理， 確保水環(huán)境長治久清。