劉 穎,徐 暢,劉元元,楊宜文

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650051)

前 言

珠三角地區(qū)作為中國(guó)最具代表性的城市群之一，城鎮(zhèn)化率達(dá)到85%以上，珠三角城市群人口占廣東省70%以上，2019年生產(chǎn)總值達(dá)到8.68萬(wàn)億，占全省經(jīng)濟(jì)總量的80.7%。但是，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得豐碩成果的同時(shí)，珠三角水污染問(wèn)題日益凸顯，主要呈現(xiàn)為中心城市污染向區(qū)域性污染蔓延的特點(diǎn)[1]，廣州、深圳、珠海等主要城市出現(xiàn)黑臭水體[2]、部分跨界河道水質(zhì)為劣V類。隨著珠三角優(yōu)化發(fā)展戰(zhàn)略以及粵港澳大灣區(qū)戰(zhàn)略的深入實(shí)施，珠三角區(qū)域的開(kāi)發(fā)將縱深拓展，一體化程度不斷加深，水環(huán)境保護(hù)壓力與日俱增。為此，本文以珠海市前山河流域水環(huán)境綜合治理為研究實(shí)例，對(duì)珠三角地區(qū)城市流域治理思路和勘察設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析探討。

1 研究實(shí)例

1.1 流域概況

前山河流域位于珠江三角洲河網(wǎng)水系下游，N 21°48′～22°27′、E 113°20′～114°18′之間。流域總集水面積328.18km2，其中珠海市境內(nèi)約114.35km2。流域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)、相互連通，河流水系主要為天然河涌和人工開(kāi)挖的排洪渠，共有73條河涌(排洪渠)，其中珠海市香洲區(qū)境內(nèi)44條。

前山河干流西起中山市的聯(lián)石灣，東至珠海市的石角咀，全長(zhǎng)約25km，在珠海境內(nèi)長(zhǎng)約8km、寬200～800m。流域主干河渠為前山河、洪灣涌、廣昌涌、沙心涌等“一河三涌”，較大支流包括翠屏路排洪渠、G105國(guó)道排洪渠，細(xì)小支流多為人工渠道，匯入“一河三涌”主干河渠。珠海市前山河流域主要水系詳見(jiàn)圖1。

圖1 珠海市前山河流域水系圖Fig.1 The water system of Qianshan River Basin, Zhuhai City

1.2 水環(huán)境現(xiàn)狀及問(wèn)題

《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》中前山河功能現(xiàn)狀為農(nóng)業(yè)功能區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類。根據(jù)2018年1月至2019年10月前山河水質(zhì)監(jiān)測(cè)月報(bào)數(shù)據(jù)，前山河石角咀水閘國(guó)控?cái)嗝娉瑯?biāo)月份總數(shù)為7個(gè)月，超標(biāo)污染物為氨氮和總磷，其中氨氮最大超標(biāo)倍數(shù)為0.94倍。

1.2.1 水環(huán)境質(zhì)量狀況整體較差，部分河涌水質(zhì)惡劣

前山河國(guó)控?cái)嗝?石角咀斷面)仍有達(dá)標(biāo)不穩(wěn)定的情況；流域內(nèi)列入國(guó)家黑臭水體名錄的有2條，列入市級(jí)主要問(wèn)題河涌有12條，另有34條河涌水質(zhì)為劣V類。

1.2.2 排水系統(tǒng)不完善，雨污混排，點(diǎn)源收集處理不徹底

流域河渠內(nèi)排污口數(shù)量較多，城中村和老舊小區(qū)等排水單元多未實(shí)施雨污分流改造，導(dǎo)致雨季合流污水溢流進(jìn)入河渠；部分偏遠(yuǎn)郊區(qū)未實(shí)現(xiàn)市政截污，旱季污水仍有直接入河現(xiàn)象，影響水質(zhì)。

1.2.3 水體流動(dòng)及交換緩慢，河涌情勢(shì)復(fù)雜多變

流域內(nèi)“斷頭涌”較多，部分工程無(wú)序施工致使河涌被截?cái)嗷蜃铚?，?yán)重影響河涌水體的交換，流動(dòng)性較差；工業(yè)和生活污水在河涌?jī)?nèi)回蕩滯留，河涌處于厭氧或缺氧狀態(tài)，導(dǎo)致黑臭水體。

1.2.4 旱季河渠難以維持生態(tài)流量，水生態(tài)現(xiàn)狀較差

部分人工河渠的主要功能為雨季排洪泄洪，旱季缺乏穩(wěn)定的自然水源補(bǔ)給，難以保證河渠生態(tài)基流。

1.3 治理策略

根據(jù)《南粵水更清行動(dòng)計(jì)劃》《廣東省第四批第一環(huán)保督察組向珠海市反饋督察情況》文件要求，2020年前山河石角咀國(guó)考斷面水質(zhì)需達(dá)到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，流域內(nèi)44條河渠需全面消除黑臭。珠海市前山河流域水環(huán)境綜合治理工作涉及范圍廣、建設(shè)工期緊、水質(zhì)要求高，針對(duì)項(xiàng)目特性，結(jié)合珠海市城市發(fā)展定位，以前山河流域地質(zhì)、氣候、水文等條件為基礎(chǔ)，提出珠海市前山河流域治理策略。

1.3.1 全面排查，系統(tǒng)梳理

前山河流域的水環(huán)境問(wèn)題表現(xiàn)在河涌水質(zhì)，根源在管網(wǎng)系統(tǒng)。結(jié)合水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)，梳理流域內(nèi)河涌水系，分析水質(zhì)、污染負(fù)荷現(xiàn)狀；采用先進(jìn)的勘察、摸排技術(shù)，迅速高效全面摸查流域管網(wǎng)，獲取全面可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，摸清流域污染底數(shù)和污水收集處理系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，使設(shè)計(jì)工作具有較高的針對(duì)性，避免重復(fù)設(shè)計(jì)、重復(fù)建設(shè)。

1.3.2 分區(qū)實(shí)施，重點(diǎn)先行

由于治理工期短，為快速改善流域水環(huán)境，根據(jù)負(fù)荷分析和管網(wǎng)摸查成果，以不同河涌、排水片區(qū)(單元)對(duì)前山河國(guó)控?cái)嗝嫖廴矩?fù)荷貢獻(xiàn)程度及河涌現(xiàn)狀污染情況為依據(jù)，對(duì)貢獻(xiàn)率較高、現(xiàn)狀水質(zhì)較差的重點(diǎn)河涌和周邊重點(diǎn)片區(qū)，分區(qū)分片先期治理，確保快速見(jiàn)效。

1.3.3 綜合治理，標(biāo)本兼顧

在重點(diǎn)河涌、重點(diǎn)片區(qū)先期治理的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持系統(tǒng)治理、綜合治理，堅(jiān)持標(biāo)本兼治、突出治本的原則，以流域水質(zhì)考核目標(biāo)和施工期限為約束，以水污染治理為核心，實(shí)施老舊小區(qū)和城中村管網(wǎng)系統(tǒng)的雨污分流改造與錯(cuò)接、混接改造，完善城郊區(qū)域市政污水收集系統(tǒng)，新建智能截流井防控城市徑流面源污染，開(kāi)展河渠清淤和水生植被恢復(fù)等生態(tài)修復(fù)工程，以及河渠連通和部分河渠生態(tài)補(bǔ)水工程等，實(shí)現(xiàn)前山河流域水環(huán)境系統(tǒng)治理。

2 珠三角城市流域治理思路

前山河作為珠海市和中山市的主要城市水道，流域地勢(shì)平坦、水網(wǎng)交錯(cuò)，地區(qū)城鎮(zhèn)化率和人口密度高，先進(jìn)制造業(yè)發(fā)達(dá)，是珠三角地區(qū)典型性的城市流域。在總結(jié)前山河流域和借鑒周邊廣州、深圳等城市及國(guó)外城市流域治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[3～7]，提出珠三角城市流域水環(huán)境綜合治理思路詳見(jiàn)圖2。

圖2 城市流域水環(huán)境綜合治理技術(shù)路線圖Fig.2 The technical roadmap of comprehensive treatment of water environment in urban watershed

流域水環(huán)境綜合治理以流域本底情況為根本依據(jù)，在制定治理策略前宜充分開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研工作，以掌握流域氣象水文、地質(zhì)地形、河流水系、河湖水質(zhì)、底泥污染物等本底信息。針對(duì)珠三角城市流域，由于地區(qū)臨水建筑密集、排水系統(tǒng)復(fù)雜，還應(yīng)針對(duì)原有排水系統(tǒng)進(jìn)行管網(wǎng)摸查，分析現(xiàn)有系統(tǒng)的主要問(wèn)題。流域治理策略應(yīng)與各類上位規(guī)劃相符，銜接現(xiàn)有治理工程，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)治理目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件制定系統(tǒng)治理措施。珠三角城市流域的主要污染源通常為城鎮(zhèn)生活和工業(yè)污染、城市面源污染，農(nóng)業(yè)污染相對(duì)占比較低，因此綜合治理措施一般以“控源、截污、清淤、補(bǔ)水、修復(fù)”為主體，主要措施包括：正本清源(源頭雨污分流改造)、市政排水系統(tǒng)完善、城市面源污染防治、底泥清淤、水系連通與補(bǔ)水、生態(tài)修復(fù)等。確定工程規(guī)模后，核算系統(tǒng)治理措施內(nèi)各項(xiàng)子工程的污染負(fù)荷削減效益，利用水環(huán)境模型模擬措施實(shí)施后水質(zhì)改善情況，進(jìn)行流域治理目標(biāo)可達(dá)性分析，并根據(jù)模擬分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)治理措施進(jìn)行優(yōu)化，提升其合理性與經(jīng)濟(jì)性。

3 水環(huán)境治理勘察設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

珠三角地區(qū)河網(wǎng)發(fā)達(dá)，城市流域通常涉及多個(gè)區(qū)(縣、市)，流域面積較大，能否高效、準(zhǔn)確的完成污染源復(fù)核、管道物探、水下地形測(cè)量和底泥勘探等勘察設(shè)計(jì)工作，關(guān)乎流域水環(huán)境綜合治理成效。另一方面，市政、環(huán)保工程因其設(shè)計(jì)周期短、實(shí)施區(qū)域廣、工作內(nèi)容零散的特點(diǎn)，對(duì)勘察設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可落地性、系統(tǒng)性、水環(huán)境目標(biāo)可達(dá)性極為關(guān)注。城市流域治理是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的綜合性工程，在勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，宜重點(diǎn)深入研究各類型子項(xiàng)工程的投入/產(chǎn)出比，在定性分析基礎(chǔ)上，重點(diǎn)開(kāi)展資源投入代價(jià)與治污成果效益的定量計(jì)算，通過(guò)分項(xiàng)、分類工程效益的有機(jī)疊加和耦合，用水質(zhì)改善程度、污染物削減量等指標(biāo)評(píng)估其建設(shè)的合理性與經(jīng)濟(jì)性，指導(dǎo)優(yōu)化實(shí)施[8]。

為此，通過(guò)珠海市前山河流域水環(huán)境綜合治理的研究實(shí)例，本文總結(jié)了珠三角城市流域水環(huán)境綜合治理勘察設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵技術(shù)如下，供同行業(yè)人員探討。

3.1 管網(wǎng)排查與快速成圖

地下排水管網(wǎng)作為城市的“良心”工程，主要特性是系統(tǒng)復(fù)雜與管線隱蔽。全流域排水系統(tǒng)梳理和排水管網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)查工作中，在確保準(zhǔn)確性前提下，加快管網(wǎng)排查進(jìn)度是保障后續(xù)工程設(shè)計(jì)快速推進(jìn)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)調(diào)查主要通過(guò)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、管道內(nèi)窺等手段完成，存在人力物力需求大、進(jìn)度和準(zhǔn)確性難以保證的缺點(diǎn)；另一方面，傳統(tǒng)的管網(wǎng)排查與成圖技術(shù)人員專業(yè)背景多為大地測(cè)量、基礎(chǔ)測(cè)繪等，制圖成果與排水設(shè)計(jì)人員的關(guān)注點(diǎn)難以完全一致，設(shè)計(jì)成果上下游交互不暢。當(dāng)傳統(tǒng)的污染源與管網(wǎng)排查效率無(wú)法滿足現(xiàn)階段城市流域治理勘察設(shè)計(jì)進(jìn)度要求時(shí)，快速準(zhǔn)確復(fù)核現(xiàn)有排查成果，據(jù)摸查復(fù)核成果迅速響應(yīng)、快速成圖，及時(shí)反饋設(shè)計(jì)成果指導(dǎo)施工，成為城市流域水環(huán)境治理的關(guān)鍵技術(shù)之一[9-10]。

首先，組建經(jīng)驗(yàn)豐富的高效摸排隊(duì)伍，采用最新履帶式爬行器和城市地下管線二維制圖軟件等新型勘察設(shè)計(jì)工具，利用三維傾斜攝影代替或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人員外業(yè)復(fù)測(cè)工作，形成有保障的“軟、硬件”條件；在設(shè)計(jì)工作中采用模塊化設(shè)計(jì)，在保證準(zhǔn)確性的前提下，通過(guò)排水管網(wǎng)內(nèi)部通用圖集的修正與直接使用，可達(dá)到快速成圖，指導(dǎo)施工的目的。其次，充分利用新技術(shù)，如BIM+GIS信息化手段，推行“全過(guò)程信息化動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”、智能化管理和施工仿真技術(shù)，可加快成圖速度。最后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的深度融合，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)施工一體化的優(yōu)勢(shì)，可提升工程整體技術(shù)水平。

3.2 雨污錯(cuò)混接改造與關(guān)鍵點(diǎn)接駁

近年來(lái)，珠三角城市群多已開(kāi)展了一次排水設(shè)施建設(shè)，尚未開(kāi)展截污治污的城市建成區(qū)較少，部分城市甚至開(kāi)展了兩次以上的排水管網(wǎng)建設(shè)及截污工作，但仍存在部分流域的水質(zhì)改善效果不佳。究其原因，一方面是排水體制未實(shí)現(xiàn)雨污分流，在降雨時(shí)產(chǎn)生雨污合流水溢流入河影響河道水質(zhì)，另一方面是由于關(guān)鍵管線接駁點(diǎn)存在錯(cuò)接、混接，系統(tǒng)排水不暢，導(dǎo)致已建管網(wǎng)無(wú)法發(fā)揮預(yù)期作用。在此背景下，珠三角城市流域治理工作要?jiǎng)?wù)之一是在管網(wǎng)排查的基礎(chǔ)上，實(shí)施現(xiàn)狀雨污水系統(tǒng)錯(cuò)接、混接節(jié)點(diǎn)改造。此類關(guān)鍵管網(wǎng)接駁節(jié)點(diǎn)，往往能影響整個(gè)改造工程實(shí)施效果。因此，準(zhǔn)確高效地找出上述節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)極小的工程措施，使排水系統(tǒng)暢通，避免雨水管線和污水管線的混接，提高新建管網(wǎng)與現(xiàn)狀管網(wǎng)的接駁準(zhǔn)確率，最終形成從排水戶-污水管網(wǎng)-污水處理廠的封閉回路，是城市流域水環(huán)境治理的關(guān)鍵[11-12]。

在精細(xì)化摸排成果基礎(chǔ)上，應(yīng)重視節(jié)點(diǎn)工程、接駁工程改造，準(zhǔn)確銜接管道前后節(jié)點(diǎn)流量和高程等關(guān)系，開(kāi)展定位定點(diǎn)修正，同時(shí)進(jìn)行排水系統(tǒng)核查與試錯(cuò)，采用先進(jìn)軟件計(jì)算接駁后的排水系統(tǒng)通暢程度，修正節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)完成的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均滿足從污染源至污水處理廠的閉環(huán)，無(wú)存疑點(diǎn)。另需指出的是，此類工作在施工過(guò)程中的重視程度更甚于勘察設(shè)計(jì)，只有摸排單位負(fù)責(zé)、設(shè)計(jì)單位精準(zhǔn)、施工單位精細(xì)，方能確保管線關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果。

3.3 管網(wǎng)管養(yǎng)與修復(fù)技術(shù)適應(yīng)性選擇

隨著城市化進(jìn)程加速，城市道路負(fù)荷愈發(fā)加重，錯(cuò)綜復(fù)雜的城市地下管線由于路面負(fù)荷、路基沉降、使用年限和其他工程施工影響，存在破損、斷裂、脫節(jié)、淤堵等問(wèn)題?，F(xiàn)有管線的管養(yǎng)與修復(fù)對(duì)污水系統(tǒng)運(yùn)行和流域治理效果極為重要。傳統(tǒng)的管道開(kāi)挖修復(fù)方式嚴(yán)重影響交通，同時(shí)排水管線上方存在其他壓力或電力管線給開(kāi)挖帶來(lái)極大的隱患，尤其是珠三角城市建筑密度較大，開(kāi)挖修復(fù)在很多人口聚集區(qū)域已無(wú)法實(shí)施。非開(kāi)挖管道管養(yǎng)與修復(fù)技術(shù)可在小開(kāi)挖或不開(kāi)挖的情況下對(duì)管道進(jìn)行管養(yǎng)與修復(fù)，施工操作簡(jiǎn)單方便、工期短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、效果更為顯著。但目前非開(kāi)挖管網(wǎng)管養(yǎng)與修復(fù)技術(shù)眾多，如排水管道CCTV檢測(cè)、非開(kāi)挖管道修復(fù)、城市排水管網(wǎng)普查、管渠清淤、箱涵清淤、地下排水管道疏浚等[13-14]。在流域治理工程中，宜根據(jù)不同的方式組織不同的施工方案和保障措施，以確保管道管養(yǎng)和修復(fù)成效。因此，選擇合適的管網(wǎng)修復(fù)技術(shù)是城市流域水環(huán)境治理關(guān)鍵技術(shù)之一。

在選擇相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)前，應(yīng)充分根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)排查成果，優(yōu)先采取CCTV檢測(cè)、QV內(nèi)窺、管道聲吶等影響較小的先進(jìn)技術(shù)手段，同時(shí)派出具有豐富同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員和施工人員，通過(guò)集中討論的方式，充分發(fā)揮各參建單位的優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)切實(shí)考慮實(shí)施難度和可行性，堅(jiān)決避免“設(shè)計(jì)一套、施工一套”，形成“設(shè)計(jì)可實(shí)施，實(shí)施可見(jiàn)效，問(wèn)題可反饋，反饋有響應(yīng)”的良性工作機(jī)制。

4 結(jié) 語(yǔ)

最后筆者將本文觀點(diǎn)總結(jié)如下，供行業(yè)內(nèi)讀者進(jìn)一步分析探討。

4.1 流域治理思路

珠三角城市流域治理應(yīng)以流域現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，以水質(zhì)改善目標(biāo)為目的，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與詳細(xì)的管網(wǎng)摸排工作，建議水環(huán)境綜合治理措施以“控源、截污、清淤、補(bǔ)水、修復(fù)”為主體，治理策略需與各類上位規(guī)劃相符，充分銜接現(xiàn)有治理工程，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件制定系統(tǒng)治理措施，利用水環(huán)境模型進(jìn)行流域治理目標(biāo)可達(dá)性分析，根據(jù)模擬分析結(jié)果對(duì)系統(tǒng)治理措施進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，最終達(dá)到“工程可落地、目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)”。

4.2 勘察設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

珠三角城市流域治理多以污水收集處理工作為核心，在勘察設(shè)計(jì)中應(yīng)提升管網(wǎng)摸查與成圖設(shè)計(jì)效率，借助BIM+GIS等先進(jìn)技術(shù)，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)管道關(guān)鍵接駁節(jié)點(diǎn)，確保雨污分流工程從立管、巷道支管到排水單元接駁點(diǎn)管路暢通，同時(shí)采取適宜的現(xiàn)狀管網(wǎng)管養(yǎng)與修復(fù)技術(shù)，終形成從排水戶-污水管網(wǎng)-污水處理廠的封閉回路，保證城市流域治理工作實(shí)施成效。