暗涵式河道黑臭水體的環(huán)境綜合修復(fù)技術(shù)實(shí)踐研究

何 寧

(深圳市羅湖區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518000)

深圳市經(jīng)過(guò)30年的建設(shè)，城市市政排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，但在其城市發(fā)展進(jìn)程中排水系統(tǒng)依然面臨一些困境，系統(tǒng)布局不夠完善、污水未處理直接排放、排水支管系統(tǒng)建設(shè)依然滯后，在一定程度上也制約了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

暗涵是城市排水管網(wǎng)體系中廣泛分布的一類(lèi)構(gòu)筑物[1]，在城市黑臭水治理排查的過(guò)程中，暗涵式黑臭水問(wèn)題不斷涌現(xiàn)。本文以筆架山河黑臭水整治工程為背景，通過(guò)識(shí)別黑臭水體及其形成機(jī)理與變化特征，分析城市黑臭成因，應(yīng)用 “控源截污、內(nèi)源消解、水質(zhì)凈化” 的綜合治理思路[2-3]，通過(guò)河道清淤、截污，以及明渠段錯(cuò)接整改工程等針對(duì)性的整治措施，全面實(shí)現(xiàn)消除黑臭，清污剝離，改善人居環(huán)境質(zhì)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(jīng)過(guò)人類(lèi)活動(dòng)改造干預(yù)后變?yōu)槊荛]式水體，在長(zhǎng)期光照不足、封閉厭氧的環(huán)境中逐漸演化為黑臭水體，其具體形成原因可以歸類(lèi)為[4]：

(1)城市綜合規(guī)劃不深入。在城市快速擴(kuò)張的今天，部分城市給排水治理的頂層設(shè)計(jì)過(guò)于淺顯，不能因地制宜、因時(shí)制宜的考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人文以及自然環(huán)境等客觀因素，缺乏城市各個(gè)區(qū)域水環(huán)境現(xiàn)狀的檢查反饋。

(2)暗涵等排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理不完善。城市現(xiàn)有排水基礎(chǔ)設(shè)施多面臨運(yùn)營(yíng)管理混亂的問(wèn)題，對(duì)既有排水管網(wǎng)的摸排不夠清晰，新建的管網(wǎng)運(yùn)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(gè)微環(huán)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?xún)裟芰^低，加之日常使用過(guò)程中污水的排入，導(dǎo)致大量的厭氧微生物繁殖，分解代謝產(chǎn)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(qū)域概況

筆架山河發(fā)源于筆架山，流經(jīng)福田與羅湖兩區(qū)，末端匯入布吉河，是布吉河的一級(jí)支流，深圳河的二級(jí)支流。筆架山河總長(zhǎng)9.06 km，金湖下庫(kù)以下河道總長(zhǎng)約5.82 km，其中，明渠長(zhǎng)0.53 km，暗涵長(zhǎng)5.29 km。流域面積11.71 km2。

2.2 工程區(qū)域箱涵現(xiàn)狀

筆架山河起點(diǎn)至金碧路，此段暗涵位于銀湖汽車(chē)站廣場(chǎng)下，暗涵也由起點(diǎn)的單孔增加到兩孔，暗涵埋深約3.5～6.8 m不等，暗涵內(nèi)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(hù)坡及渠底均為混凝土或漿砌石硬質(zhì)化結(jié)構(gòu)，渠道內(nèi)水深約30 cm，流速較快。

明渠結(jié)束后至泥崗西路段暗涵位于泥崗西村下，整個(gè)暗涵大部分位于建筑物底下，結(jié)構(gòu)為單孔漿砌石蓋板涵，涵內(nèi)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(shè)，主要位于道路下方，結(jié)構(gòu)為雙孔箱涵，箱涵內(nèi)淤積深度0.5 m。

從筍崗東路煤場(chǎng)路段暗涵主要沿著寶安南路、桂園北街、松園路鋪設(shè)，主要位于道路下方，結(jié)構(gòu)為漿砌石蓋板涵，暗涵內(nèi)淤積深度約0.5 m。其中，筍崗東路至桂圓中學(xué)、紅桂小學(xué)至寶麗大廈以及龍園創(chuàng)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(guò)50 cm，龍園創(chuàng)展大廈下游60 m軟基段平均淤積厚度約3.50 m。從煤場(chǎng)路至終點(diǎn)位置段暗涵主要位于道路下方，或緊鄰建筑物，暗涵內(nèi)淤積深度約0.5 m。

通過(guò)對(duì)筆架山和全段底泥檢測(cè)，經(jīng)分析，總砷、總汞、總鉻、總鋅、總鉛、總鎳、總銅指標(biāo)均低于城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 筆架山河段底泥檢測(cè)成果 mg·kg-1

2.3 工程排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

筆架山河沿線共461個(gè)排放口混流污水流入筆架山河，后于嘉賓橋北側(cè)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(guò)筆架山河截污閘匯入布吉河，最終進(jìn)入深圳河。河流主要功能為排泄上游水庫(kù)下泄流量，排除區(qū)間城市降雨匯水。

2.4 工程水環(huán)境現(xiàn)狀

根據(jù)深圳市地表水環(huán)境功能區(qū)劃，深圳河、布吉河的水質(zhì)目標(biāo)為Ⅴ類(lèi)，為中度污染河流，平均綜合污染指數(shù) 0.167。監(jiān)測(cè)結(jié)果中，超標(biāo)水質(zhì)因子主要為氨氮和總磷，最大超標(biāo)倍數(shù)分別為2.01倍 和0.18倍。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，筆架山河的水質(zhì)情況不容樂(lè)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(yīng)依據(jù)因地制宜、合理選擇高效、高質(zhì)、環(huán)保、節(jié)能的原則進(jìn)行合理的選擇，常用的清淤方案有：機(jī)器人清淤、裝載機(jī)清淤、移動(dòng)式吸泥泵、人工清淤、水力沖洗。各種底泥疏浚優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 底泥疏浚優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況

本次清淤工程區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，且暗涵緊鄰主干道鋪設(shè)，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(jī)械清淤三種清淤方案，針對(duì)暗涵不同位置， 具體作業(yè)過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況擇優(yōu)選擇。

筆架山河、及水排口為461個(gè)。利用現(xiàn)有物探資料，結(jié)合溯源情況，對(duì)每個(gè)排口實(shí)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(cè)

通過(guò)綜合探測(cè)技術(shù)摸清暗涵式黑臭水體所在區(qū)域排水管網(wǎng)現(xiàn)狀，測(cè)明排水管線網(wǎng)屬性信息。

3.2.2 溯源調(diào)查

溯源調(diào)查是依據(jù)管線探測(cè)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步查明小區(qū)內(nèi)部的污染源。管線探測(cè)是手段，溯源是目的。調(diào)查采用開(kāi)井調(diào)查污染源頭，利用QV潛望鏡查清排水管道內(nèi)暗接的支管并投影到地面，進(jìn)行污染源頭追溯，此類(lèi)污染源是指錯(cuò)接、亂接等情況下接入至排水管網(wǎng)的污染點(diǎn)。

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(qū)域部分區(qū)域直接進(jìn)入污水管網(wǎng)，大部分區(qū)域混流入河。因此，預(yù)計(jì)本工程旱季直接入渠污水量為14 992 m3/d。本工程在渠道內(nèi)實(shí)施截污，達(dá)到兜底作用，防止旱季時(shí)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(shè)計(jì)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(shí)段進(jìn)行施工，采用分段圍堰導(dǎo)流方式，保證清淤作業(yè)處于干地條件，為后續(xù)截污工程創(chuàng)造作業(yè)環(huán)境，施工區(qū)段按照200 m劃分，作為一個(gè)施工單元。施工時(shí)，在每個(gè)施工單元上、下游設(shè)置兩道圍堰攔斷箱涵，上游來(lái)水利用水泵抽水至河道下游。圍堰采用袋裝土進(jìn)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(shè)為1∶1，背水面邊坡設(shè)為1∶1。施工導(dǎo)流根據(jù)河段不同主要采用以下三種模式，見(jiàn)圖2。

(1)水泵導(dǎo)流模式。對(duì)于寬度小于4 m的單孔箱涵，采用此模式進(jìn)行施工導(dǎo)排。

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

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

圖2 三類(lèi)施工導(dǎo)流圖示

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

根據(jù)箱涵勘查資料，筆架山河內(nèi)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(jī)械清淤與人工清淤相結(jié)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(shè)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(nèi)送風(fēng)、抽風(fēng)，保證涵內(nèi)沒(méi)有濁氣。清淤時(shí)，淤泥由人工裝小型運(yùn)輸斗車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至工作井，再通過(guò)吸污車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至路面，裝20 t密閉式淤泥運(yùn)輸車(chē)后，按選擇的運(yùn)輸方案進(jìn)行后續(xù)的處理。

(2)機(jī)械清淤。暗涵排水干挖前，先確定小型裝載機(jī)下河口或便道。河水排干后，將小型裝載機(jī)吊裝放入暗涵口，采用小型裝載機(jī)進(jìn)入箱涵內(nèi)部對(duì)淤泥進(jìn)行疏挖，疏挖后的淤泥經(jīng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到明渠口預(yù)留的8～10 m淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)內(nèi)，轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)的淤泥經(jīng)過(guò)晾曬后再利用吊車(chē)吊裝至20 t封閉式的淤泥運(yùn)輸車(chē)，再按選擇的運(yùn)輸方案進(jìn)行后續(xù)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(jù)流量情況選取合適水泵數(shù)量。

3.2.5 錯(cuò)接整改工程

根據(jù)溯源報(bào)告，對(duì)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(gè)小區(qū)進(jìn)行錯(cuò)接整改，設(shè)計(jì)管道總長(zhǎng)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(duì)清疏出的底泥進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了底泥的“減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化”處理。

3.2.7 暗涵軟底段河床地基處理

暗涵部分區(qū)段為天然河床，管道底部仍存在淤泥或淤泥質(zhì)土軟底，軟底地基承載力較低，如不妥善處理，無(wú)法滿(mǎn)足截污管道安裝要求，且將影響暗涵水質(zhì)。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，筆架山河部分天然河床存在較厚軟底，根據(jù)地勘報(bào)告，大部分區(qū)域淤泥厚度0.5～0.8 m，局部區(qū)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(jìn)行處理。具體方案如下：

方案一：清淤前軟底厚度h≥1.0 m時(shí)，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(shí)，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(shí)施后旱季污水收集的效果分析

隨著本工程的實(shí)施，工程范圍內(nèi)的區(qū)域基本實(shí)現(xiàn)分流制排水，通過(guò)以上設(shè)計(jì)方案，預(yù)計(jì)工程實(shí)施完成后，能實(shí)現(xiàn)片區(qū)旱季污水收集率達(dá)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(huì)效益和環(huán)境效益

本工程實(shí)施后，可有效地減輕受納水體的水污染問(wèn)題，改善城市市容，提高衛(wèi)生水平，保護(hù)飲用水水源，保護(hù)人民身體健康。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

本工程并無(wú)顯著的直接投資效益，其投資的間接經(jīng)濟(jì)效益較為重要，主要是通過(guò)減少污水污染對(duì)社會(huì)造成的經(jīng)濟(jì)損失而表現(xiàn)出來(lái)。

5 結(jié) 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(guī)劃不深入，暗涵等排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(kāi)挖段的黑臭水體的探測(cè)和治理上。通過(guò)合理探明污染分布和總量后，采用分段導(dǎo)流清淤、密閉式截污、錯(cuò)接整改、清疏底泥和河床地基處理的綜合治理方法，實(shí)現(xiàn)了有效治理。通過(guò)對(duì)該工程渠道治理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的城市暗涵在設(shè)計(jì)上仍普遍存在源頭雨污混流、錯(cuò)接亂排、干管部分缺失、沿河排口眾多、河道淤積等諸多問(wèn)題，這些都是導(dǎo)致黑臭水體復(fù)發(fā)難治的根本問(wèn)題，本文在研究防止黑臭水體復(fù)發(fā)問(wèn)題上仍有一定的空間。