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(fā)水污染防治行動計劃的通知》(國發(fā)〔2015〕17號)、《廣東省人民政府關于印發(fā)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(fā)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(huán)境質(zhì)量，促進中山市生態(tài)文明建設和綠色低碳發(fā)展，針對中山市近年來因人口和企業(yè)規(guī)模數(shù)量的增長、生活污水和工業(yè)廢水排放總量急劇增加、城市水環(huán)境污染日益嚴重、水體發(fā)黑發(fā)臭嚴重影響到周邊居民的生活環(huán)境的現(xiàn)狀，基于資源高效利用的治理理念，提出借助當?shù)氐锰飒毢竦某毕Y源、充分利用潮水漲落規(guī)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(zhì)提升措施。本文以智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門、智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控鋼壩等技術為依托，形成潮汐河網(wǎng)型城鎮(zhèn)補水活水體系，為相似地區(qū)水質(zhì)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(zhèn)，地處珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)，境內(nèi)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(qū)域?qū)儆诘湫偷暮泳W(wǎng)型城鎮(zhèn)，河涌分布密集，各河涌水系相互連通，河涌內(nèi)水流速度緩慢，受到漲落潮的影響多數(shù)河涌往復流動，不利于水體的循環(huán)交替作用。

工程治理范圍為港口鎮(zhèn)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(nèi)涌水位受水閘調(diào)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(zhì)惡化。河涌治理施工前對河道水質(zhì)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(zhì)評價，40條河涌現(xiàn)狀水質(zhì)均為劣Ⅴ類。

2 傳統(tǒng)調(diào)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(jù)《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(yè)生產(chǎn)活動，居民生活與工業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生大量的生活、工業(yè)污水，這些污水經(jīng)過污水處理廠處理達到一定的水質(zhì)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(nóng)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(tài)環(huán)保的優(yōu)點。

國內(nèi)目前對城市再生水的應用較少，針對中山市每天產(chǎn)生大量的城市再生水且適用方向較少的現(xiàn)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(huán)境容量。根據(jù)對港口鎮(zhèn)水網(wǎng)分布狀況研判，調(diào)用珍家山水廠產(chǎn)生的城市再生水進行河道補水是一個調(diào)水距離相對較短、調(diào)水量滿足要求的方案。計劃從珍家山水廠調(diào)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(zhì)低。珍家山水廠輸出的再生水現(xiàn)狀水質(zhì)等級為一級B，如確定用于調(diào)水補水可提標為污水一級A，總氮排放標準15 mg/L。根據(jù)《地面水環(huán)境質(zhì)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(zhì)不達標，無法滿足使治理河涌水質(zhì)達到Ⅳ～Ⅴ類水的治理目標。

圖1 珍家山水廠調(diào)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(huán)境容量，是一種傳統(tǒng)的補水活水方案。經(jīng)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(diào)水量、調(diào)水距離、調(diào)水對原河道環(huán)境影響等因素考慮，選定小欖水道作為調(diào)水來源，計劃從小欖水道調(diào)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(diào)水補水方案示意圖

2.2.2 存在的不足

(1) 調(diào)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(jīng)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(xiàn)行500噸級船舶，可開拓為1 000噸級航路，對沿江區(qū)域特別是中山市外貿(mào)運輸及臨港經(jīng)濟的發(fā)展有著重要作用。如果要從小欖水道調(diào)水超過30萬m3/d，需要由珠江水利委員會通過調(diào)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(xiàn)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(zhèn)河網(wǎng)潮汐現(xiàn)狀

(1) 作為感潮地區(qū)，港口鎮(zhèn)河網(wǎng)在一日里出現(xiàn)兩次漲潮和兩次落潮。

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

(3) 受到潮位影響，河涌水流呈現(xiàn)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(zhì)量因此持續(xù)惡化。

3.2 智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門

經(jīng)調(diào)查，本工程治理范圍內(nèi)的40條河涌的河涌出口均有水閘控制，但現(xiàn)有水閘多數(shù)存在閘門老舊、維護狀態(tài)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(tǒng)聯(lián)控閘門，設置液位計實時監(jiān)測潮汐狀況，利用智慧水務系統(tǒng)合理調(diào)度閘門開合，利用自然潮汐“以動治靜，以凈釋污”。

活水：科學調(diào)度閘門，漲潮引入外江清水入河涌，落潮排水。改變河網(wǎng)型城鎮(zhèn)河涌水體流態(tài)，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(xiàn)象，改善水環(huán)境。

智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門整體運行方式：當漲潮時，將待治理水網(wǎng)與待治理水網(wǎng)上游交界的大型河道間的控制閘門打開，將待治理水網(wǎng)與待治理水網(wǎng)下游交界的大型河道間的控制閘門關閉，使水網(wǎng)內(nèi)水流由上游向下游流動；當落潮時，將待治理水網(wǎng)與待治理水網(wǎng)上游交界的大型河道間的控制閘門關閉，將待治理水網(wǎng)與待治理水網(wǎng)下游交界的大型河道間的控制閘門打開，使水網(wǎng)內(nèi)水流仍舊由上游向下游流動。這樣使水網(wǎng)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(tǒng)聯(lián)控閘門的河網(wǎng)在漲潮時和落潮時閘門開關狀態(tài)進行示意。當漲潮時，待治理水網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)閘門狀態(tài)示意圖

圖4 落潮時河網(wǎng)閘門狀態(tài)示意圖

3.3 智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控鋼壩

本工程治理范圍內(nèi)存在少數(shù)河涌為斷頭涌，智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門無法實現(xiàn)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(tǒng)聯(lián)控鋼壩，利用液壓鋼壩“提水質(zhì)、除底泥”。

智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控鋼壩運行方式：當漲潮時，鋼壩傾斜一定角度，河網(wǎng)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(nèi)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(tǒng)聯(lián)控鋼壩的河涌在漲潮時和落潮時鋼壩起伏狀態(tài)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(tài)示意圖

圖8 落潮時河涌鋼壩狀態(tài)示意圖

4 潮汐補水活水優(yōu)勢

根據(jù)河涌情況合理安裝智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門或智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控鋼壩，形成潮汐河網(wǎng)地區(qū)補水活水體系，實現(xiàn)了低能耗、高效率的補水活水，達到了河網(wǎng)型城鎮(zhèn)水質(zhì)提升的最終目的。

以本項目為例，智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門與智慧水務系統(tǒng)聯(lián)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(xiàn)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(wǎng)水流流向示意圖

圖10 落潮時河網(wǎng)水流流向示意圖

通過智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控，達成了以下四個目標：

(1) 降低投資。避免大型泵站及調(diào)水管網(wǎng)建設，節(jié)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(jié)能，每年運行維護費用節(jié)省約1 200萬元。

(3) 減小施工影響。由調(diào)水管網(wǎng)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(diào)水管網(wǎng)施工可能導致的用地征拆問題及對施工作業(yè)面周邊居民出行影響，減小了調(diào)水補水施工對當前城鎮(zhèn)的影響。

(4) 加快施工進度。避免大管網(wǎng)、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(nèi)，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(tài)、有效控制水體底質(zhì)污染的目的。對于河網(wǎng)型城鎮(zhèn)，活水循環(huán)就是維持河流水體流速、提高水體質(zhì)量的關鍵。潮汐河網(wǎng)型城鎮(zhèn)應當因勢利導地將本地區(qū)的潮汐資源化利用，借助智慧聯(lián)控系統(tǒng)進行引潮補水、群閘聯(lián)控，有效地實現(xiàn)補水活水、加快河道流速，達到改善河道水質(zhì)的目的。

通過智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控閘門或智慧水務系統(tǒng)聯(lián)控鋼壩等設施，實現(xiàn)科學的閘泵調(diào)度、納潮引水，達成資源高效利用、節(jié)能環(huán)保、減少經(jīng)濟投入的三贏局面。