余 義 瑞，史 貴 君，武 星，張 博 昱，陳 垚，張 永 宜，羅 鶯 芳

(1.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710000； 2.西安中交環(huán)境工程有限公司，陜西 西安 710000； 3.重慶交通大學 環(huán)境水利工程重慶市工程實驗室，重慶 400074； 4.深圳市寶安區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518000)

隨著工業(yè)經(jīng)濟及城市化進程的快速發(fā)展，我國城市河流約有90%受到了污染[1]，造成水體滯流、復氧能力差、透明度低，底泥淤積嚴重，甚至產(chǎn)生了黑臭現(xiàn)象，導致城市水環(huán)境嚴重惡化，且已嚴重影響到了生產(chǎn)、生活和生態(tài)。大量研究[2-4]表明：當城市水體污染負荷遠遠超過城市有限受納水體的環(huán)境容量和自凈能力時，將造成河水中NH3-N、COD等污染物嚴重超標，微生物的呼吸作用會大量消耗溶解氧，使水體處于嚴重缺氧狀態(tài)，微生物厭氧分解旺盛，產(chǎn)生難溶于水的惡臭氣體(如CH4、NH3-N、H2S)，致使水體發(fā)臭；同時，在缺氧條件下，黑臭水體中會產(chǎn)生大量還原性離子，比如Fe2+、Mn2+與水中S2-形成深色物質(zhì)(如FeS、MnS等)，致使水體發(fā)黑，水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到破壞，城市河流水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)處于失衡狀態(tài)。

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部“全國城市黑臭水體整治信息發(fā)布”監(jiān)管平臺[5]提供的信息，截至2017年10月，全國295個地級及以上城市中，共有224座城市經(jīng)排查確認建成區(qū)有黑臭水體2 100個。其中，直轄市、省會城市、計劃單列市共計36個高密度城市(建成區(qū)面積和人口都占全國1/3強[6])的黑臭水體有897個，占全國黑臭水體總數(shù)的37.8%[7]。由于污染成因復雜、河道周邊建成度高、改造難度大、生態(tài)品質(zhì)需求高，造成高密度城區(qū)的黑臭水體治理難度最大。深圳市作為 “雙區(qū)”建設(shè)城市，在短時間、重任務(wù)、大難度下，高效完成了相關(guān)治理工作，并取得了顯著成效，成為高密度城區(qū)黑臭水體治理的典范，其治理模式具有推廣價值。為此，筆者以深圳市寶安區(qū)為考察對象，從頂層設(shè)計、治理模式、治理措施等方面分析總結(jié)了其治理經(jīng)驗，以期為國內(nèi)其他城市建成區(qū)黑臭水體治理提供參考。

1 治理前寶安區(qū)水環(huán)境概況

1.1 河流概況

深圳市寶安區(qū)共有66條河流(直接入海的河流有26條，一、二級支流有40條)，河流總長為271.23 km(防洪達標155.00 km)，流域面積約為397 km2，河道水污染嚴重(64條河流的水質(zhì)為劣Ⅴ類)，感潮河流多(50條)，防洪達標率低(44%)，內(nèi)澇問題突出(占全市1/4)。圖1為深圳市及寶安區(qū)水系分布情況。

圖1 深圳市及寶安區(qū)水系分布情況Fig.1 The water system distribution in Baoan District，Shenzhen

1.1.1河流水文特點

(1) 河流屬雨源型河流。地表徑流小，約80%的徑流量集中在汛期(4～9月份)，枯水期徑流基本由生產(chǎn)和生活污水組成，缺乏生態(tài)基流，水生態(tài)環(huán)境差。

(2) 河流槽蓄條件差。主要表現(xiàn)為短、窄、淺的特點，雨洪利用率極低。

(3) 水系較為發(fā)達。河流密度較大，洪水影響敏感性較強，防洪壓力大。

(4) 感潮河流數(shù)量多。66條河流中，有50條為感潮型河流，感潮河段占總河長的50%左右，沿海片區(qū)的河涌和排水管渠易受潮水頂托而造成內(nèi)澇。

1.1.2水質(zhì)及內(nèi)源污染情況

改革開放以來，寶安區(qū)的工業(yè)經(jīng)濟得到了快速發(fā)展，全區(qū)共有工業(yè)企業(yè)4.6萬余家，涉水重點污染源企業(yè)有637家，小廢水企業(yè)高達2 500多家；河流污染嚴重，水中的氨氮、總磷等指標嚴重超標，河水發(fā)黑發(fā)臭，底泥淤積深厚，而且富含重金屬、有機質(zhì)等污染物。以寶安區(qū)第一大河流茅洲河為例，根據(jù)《深圳市環(huán)境質(zhì)量報告書》，2007～2012年茅洲河干流的主要水質(zhì)指標均值如表1所列。

表1 2007～2012年茅洲河干流主要水質(zhì)指標Tab.1 The water quality of Maozhou River in 2007～2012 mg/L

1.2 雨污管網(wǎng)覆蓋情況

按照“十三五”規(guī)劃，深圳市市政雨污分流管網(wǎng)缺口達4 260 km，其中，寶安區(qū)為2 345 km，占比為55%。“十二五”期間，全區(qū)僅建設(shè)市政雨污分流管網(wǎng)399 km。此外，寶安區(qū)存在較多的城中村、工業(yè)小區(qū)，錯接亂接、雨污混流、直排河道現(xiàn)象嚴重。2017年以前，全區(qū)4 681個排水小區(qū)，僅有88個小區(qū)具備完善的雨污分流系統(tǒng)。

1.3 面源污染情況

寶安區(qū)屬于城市高密度建成區(qū)，降雨沖刷、汽修、餐飲、農(nóng)貿(mào)市場、垃圾轉(zhuǎn)運站等場所形成的面源污染嚴重。

1.4 污水處理廠建設(shè)情況

寶安區(qū)的污水處理站建設(shè)起步較晚，直至2008年才建造完成第一座污水處理廠。截至2017年，寶安區(qū)的污水處理能力僅為66.5萬t/d，而供水則超過了120萬t/d。

2 寶安區(qū)水環(huán)境治理頂層設(shè)計

2.1 全流域治理、系統(tǒng)治理、源頭治理

2016年始，寶安區(qū)大膽決策，將全區(qū)64條河流劃分為茅洲河、大空港、前海鐵石三大片區(qū)，如圖2所示。按照從末端截污向正本清源延伸、從骨干河道向支流系統(tǒng)輻射的思路，在全流域治理的大幕下，精準治理每一條黑臭水體。

圖2 寶安區(qū)水環(huán)境流域治理劃分情況Fig.2 The division of water-environment harnessment in Bao′an District，Shenzhen

2.2 “地方政府+大型央企”大兵團作戰(zhàn)

考慮到治理范圍廣闊、污染嚴重、工期緊迫，而且考核壓力巨大，寶安區(qū)決定將相關(guān)聯(lián)的工程打包，以公開招標的方式確定一家綜合實力強的總承包單位，借助于大型央企的人才、技術(shù)、經(jīng)驗和設(shè)備優(yōu)勢，采取設(shè)計采購施工一體化建設(shè)模式，進行全流域統(tǒng)籌，對項目進度、施工質(zhì)量、水質(zhì)目標進行整體把控。

3 寶安區(qū)水環(huán)境治理模式

3.1 創(chuàng)新整治模式

緊扣“水十條”考核目標，采取EPC建設(shè)模式，將河流治理、污水管網(wǎng)建設(shè)等各類型項目作為一個工程包。

3.2 創(chuàng)新項目管理模式

采取“1+1+4”管理模式(建設(shè)單位，EPC總承包單位，管家單位+監(jiān)理單位+造價咨詢單位+檢測監(jiān)測單位)，實行全程跟蹤管理。同時，為保障項目順利推進，寶安區(qū)建立了“區(qū)-街道-社區(qū)”3級協(xié)調(diào)保障機制，并成立了指揮部。表2列出了項目主要參建方的工作職責。

表2 項目主要參建方的工作職責Tab.2 The main responsibilities of relevant participating units

3.3 創(chuàng)新投資控制模式

實行“五控一把關(guān)”、全過程控制，控制投資規(guī)模、建設(shè)規(guī)模、支付額度、最終規(guī)模，并由深圳市水務(wù)主管部門進行技術(shù)把關(guān)，加強投資控制。

4 寶安區(qū)水環(huán)境治理路線

圖3 深圳市寶安區(qū)水環(huán)境綜合治理措施Fig.3 The measures of water-environment comprehensive treatment in Bao′an District，Shenzhen

4.1 工程技術(shù)措施

4.1.1建管納污

袁紹春等[8]對重慶市盤溪河流域內(nèi)各污染源貢獻率進行了研究分析，結(jié)果顯示各污染源按污染嚴重等級排序為：生活污水>不完全分流制溢流污染>面源污染>湖庫內(nèi)源污染。對于城市建成區(qū)水環(huán)境綜合治理而言，外源減排和內(nèi)源清淤是基礎(chǔ)，水質(zhì)凈化是階段性手段，水動力改善和生態(tài)恢復是長效保障措施[9]。寶安區(qū)在水環(huán)境治理中，重點建設(shè)完善的市政雨污水收集管道，實現(xiàn)雨水和污水全分流。生活污水經(jīng)污水管道收集后輸往污水處理站進行集中處理，中小雨或大暴雨污染嚴重的初期雨水，經(jīng)截留系統(tǒng)截留后輸往污水處理站、雨水調(diào)蓄池、人工濕地處理，最大限度地減少外源污染物輸入河道。截至2019年底，寶安區(qū)新建納入市場化運營管理的排水管網(wǎng)已累計達12 248.785 km。

4.1.2正本清源

從末端截污向正本清源延伸，對小區(qū)、工廠、企業(yè)、寫字樓、公共建筑等實施正本清源，建設(shè)完善的雨污分流系統(tǒng)，構(gòu)建化糞池、隔油池、沉砂池等預處理設(shè)施，從源頭剝離雨污水，進而消除河道截污總口，釋放上游清潔的基流，還原河道屬性。截至2019年底，寶安區(qū)累計完成正本清源改造排水小區(qū)2 937個，消除河道截污總口89個。

4.1.3初雨棄流

雨水徑流通常會攜帶大量的污染物，這些污染物主要包括懸浮物、營養(yǎng)物、重金屬和有機物等[10]。根據(jù)美國環(huán)保署(U.S.Environmental Protection Agency，USEPA)的大量調(diào)查結(jié)果，城市雨水是美國沿海水域最重要的污染源[11]。類似地，在澳大利亞，雨水徑流也被認為是城市河流和沿海水域的主要污染源[12]。雨水徑流污染主要集中在降雨初期，截留處理初期雨水對于水環(huán)境的改善具有重要影響。截至2018年底，寶安區(qū)增設(shè)了排水小區(qū)環(huán)保雨水口23 041個，新建初雨棄流井1 437座、調(diào)蓄池66座，強化初雨徑流的收集處理，有效地削減了面源污染。

基于周期性和匹配條件，利用初始擾動ΔXi和沖擊瞬間的轉(zhuǎn)移條件，將任意兩個相鄰碰撞之間n-1運動的擾動解寫為：

4.1.4清淤疏浚

河道底泥是入河污染物、特別是營養(yǎng)物質(zhì)的主要蓄積場所，各種來源的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)一系列物理、化學及生化作用，沉積于河底，形成了疏松狀、富含有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽的灰黑色底泥。一方面，水中顆粒物作為污染物的載體，對污染物在水環(huán)境中的遷移產(chǎn)生了貢獻；另一方面，顆粒物作為一種媒體，影響污染物在水環(huán)境中的各種化學和生物轉(zhuǎn)化行為，從而增加了污染物在水環(huán)境中動態(tài)循環(huán)過程的復雜性。受污染底泥中耗氧性有機物、氮磷物質(zhì)、重金屬、難降解性有機物等污染物的濃度往往要比上覆水中高出幾個數(shù)量級。河流底泥與上覆水之間不停地進行著物質(zhì)交換和能量交換，底泥中的各種污染物質(zhì)也與上覆水保持著一種吸收與釋放的動態(tài)平衡，一旦環(huán)境條件發(fā)生改變，污染物質(zhì)就會通過解吸、擴散、擾動等方式重新釋放出來污染上覆水水質(zhì)，從污染物的“匯”變成污染物的“源”[13]。雖然截流、加強污水深度處理等措施的實施減少了污染物進入水體的外源輸入，但是河流受污染底泥的內(nèi)源釋放卻在很大程度上延緩和限制了污染水體的修復速度和修復效果，對城市水環(huán)境的有效治理產(chǎn)生了重大影響。同時底泥淤積嚴重削弱了河道的行洪能力，降低了防洪標準，影響到了水安全。在水環(huán)境治理中，對污染嚴重的黑臭水體開展生態(tài)清淤，降低內(nèi)源污染負荷尤為關(guān)鍵[8]。

大量研究[14-17]表明：底泥細菌群落在河流生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，包括有機質(zhì)降解、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等。盲目清淤過深，不僅浪費工程投資，而且會破壞底泥中微生物群落構(gòu)造，影響水體自凈；如果疏挖過淺，則達不到修復效果。為此，寶安區(qū)在河道治理中通過底泥柱狀樣的理化分析，結(jié)合底泥吸附解吸試驗，根據(jù)河道不同深度沉積物中的總氮、總磷、重金屬等污染物質(zhì)含量的變化，以及不同沉積物柱狀樣氮、磷吸附解吸實驗結(jié)果，最終確定了風險清淤深度和達標清淤深度，如圖4所示。達標清淤深度是以吸附解吸實驗結(jié)果得到上覆水為地表水質(zhì)Ⅴ類水標準時的平衡濃度為對應(yīng)的疏挖深度，而風險清淤深度是指結(jié)合不同深度沉積物中的重金屬風險值、總氮、總磷含量特征，并參考吸附解吸實驗結(jié)果所確定的疏挖深度。

圖4 茅洲河不同河段清淤深度Fig.4 The dredging depth of different reaches of the Maozhou River

4.1.5多源補水

河道為雨源型河流，枯水期缺乏維持自凈所需的生態(tài)基流。為此，寶安區(qū)利用城市再生水(污水處理站尾水)、清潔地表水、海綿系統(tǒng)凈化的雨水，對河道進行生態(tài)補水，以增加水體的流量，促進河水的流動和污染物的稀釋、擴散與分解，實現(xiàn)活水保質(zhì)。

4.1.6生態(tài)修復

污染環(huán)境中的有機物除小部分是通過物理、化學作用而被稀釋、擴散、揮發(fā)及氧化、還原、中和而遷移轉(zhuǎn)化外，大部分是通過微生物的代謝活動得到降解轉(zhuǎn)化[18]；而傳統(tǒng)的河道硬化方式卻割裂了土壤微生物與水體間物質(zhì)交換滲透關(guān)系，破壞了生物多樣性，嚴重影響到了河流的自凈能力。研究顯示，生物治理法(微生物及水生植物)與傳統(tǒng)的治理黑臭水的物理化學方法相比，具有生態(tài)安全、效果顯著等特點[19-20]。微生物菌株能夠通過快速消耗黑臭水中的有機物，從而提高溶解氧濃度，進而大幅度改善水體黑臭狀態(tài)[21]。程慶霖等[22]研究表明，人工濕地、生態(tài)堤岸是提高水體自凈能力的重要途徑之一。郝貴玉等[18]研究指出，將生物修復技術(shù)應(yīng)用于黑臭水體治理時，必須與截污、清淤等主流治理技術(shù)同步結(jié)合，否則會由于外源污染物不斷注入，底泥污染物不斷釋放影響生物修復的效果，甚至會導致功虧一簣。寶安區(qū)水環(huán)境治理過程中，大量構(gòu)建了人工濕地、水下森林、雨水生物滯留系統(tǒng)、雨水過濾系統(tǒng)等生態(tài)處理設(shè)施，利用植物根系吸收、微生物氧化分解、介質(zhì)過濾吸附等作用來大幅削減污染物，一方面可以凈化河流水質(zhì)，另一方面也可以滯留調(diào)蓄雨洪，降低城市內(nèi)澇風險。

4.2 非工程技術(shù)措施

4.2.1排水管理

全面開展小區(qū)排水納管審核并核發(fā)排水許可證，建立長效管理臺賬機制以及定期復查的機制，以證促治，確保生活污水預處理達標。

4.2.2宣傳引導

開展多層次、全方位宣傳，充分發(fā)揮街道、社區(qū)基層組織作用，營造全社會關(guān)心治水、參與治水、監(jiān)督治水的良好氛圍，形成社會共治、全民參與的治水新格局。

4.2.3監(jiān)管執(zhí)法

高效運作河長、湖長制，堅持區(qū)、街道、社區(qū)3級河長全覆蓋，編制河長、湖長工作手冊，開展街道河長制工作督導檢查，對各街道河長制工作開展情況進行全覆蓋檢查。規(guī)范強化固定污染源監(jiān)管，堅持實施“全面監(jiān)管、巡辦分離、智慧管控”，實行“四個一”制度。

5 寶安區(qū)水環(huán)境治理成效

圍繞水質(zhì)考核目標，寶安區(qū)不斷創(chuàng)新建設(shè)模式和治理措施，取得了水環(huán)境綜合整治顯著成效。截至2019年底，全區(qū)河流實現(xiàn)“零干河、零黑臭”，共有42條河流達到地表水Ⅴ類以上。以寶安區(qū)第一大河茅洲河的治理為例，茅洲河國考斷面、省考斷面A(燕川斷面)、B(羊涌河大橋斷面)、C(共和村斷面)的空間位置如圖5所示，圖6和圖7則分別顯示了2014～2018年A、B、C斷面水體中NH3-N和TP平均濃度的變化情況。

圖5 茅洲河國考斷面、省考斷面空間位置分布情況Fig.5 The distribution of national and provincial test sections of the Maozhou River

圖6 2014～2018年茅洲河國考斷面、省考斷面水體中氨氮平均濃度變化情況Fig.6 The changes of ammonia nitrogen in 2014～2018 at the national and provincial test sections of the Maozhou River

圖7 茅洲河國、省考斷面2014～2018年總磷平均濃度變化情況Fig.7 The changes of total phosphorus in 2014～2018 at the national and provincial test sections of the Maozhou River

現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明：茅洲河的國考斷面、省考斷面水體中的COD、SS水質(zhì)評價指標不存在過度超標風險，而氨氮和總磷濃度嚴重超標。因此，茅洲河國考斷面、省考斷面水質(zhì)評價指標主要以氨氮和總磷為主。分析圖6可得：水體中NH3-N含量削減效果明顯，整體呈現(xiàn)為大幅下降的趨勢，2018年，A、B、C斷面水體中的NH3-N平均濃度分別為4.04，3.72 mg/L和7.34 mg/L，對比2014年，分別下降了79%，77%和69%。水體中TP含量的削減成效也較為顯著，2018年，A、B、C斷面水體中的TP平均濃度分別為0.79，0.62 mg/L和0.97 mg/L，對比2014年，分別減少了79%、80%和69%(見圖7)。截至2019年底，茅洲河11條一級支流中，除衙邊涌不穩(wěn)定達到Ⅴ類水標準以外，其余均已達標，2019年，C斷面(國考斷面)水體中的NH3-N及TP平均濃度分別為4.49 mg/L和0.58 mg/L，對比2018年，分別下降了40.9%和42.7%；A斷面(省考斷面)水體中的NH3-N及TP均值已達地表Ⅴ類水的標準。

6 結(jié)論與建議

深圳市作為“兩區(qū)”建設(shè)城市，它在城市水環(huán)境綜合整治方面起到了先行示范的作用；寶安區(qū)作為深圳市治水任務(wù)最繁重、難度最大、成效最顯著的轄區(qū)，其成功實踐也給其他城市治理水環(huán)境提供了重要的借鑒經(jīng)驗。本文從頂層設(shè)計、治理模式、治理措施等不同維度，對深圳市寶安區(qū)治水實踐進行了剖析，從中得出以下主要結(jié)論：

(1) 城市水環(huán)境綜合整治必須實行全流域治理、系統(tǒng)治理和源頭治理。如果僅單獨治理某一條黑臭河流，容易陷入“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的散片化治理泥潭，應(yīng)按照“從末端截污向正本清源延伸、從骨干河道向支流系統(tǒng)輻射”的思路，在全流域治理的大幕下，精準治理每一條黑臭水體。

(2) “地方政府+大型央企”的EPC治水模式及“1+1+4”的管理模式簡約高效，能全方位、高效地提速水環(huán)境治理工作。

(3) 城區(qū)黑臭水體治理必須堅持“建管并重”的原則，嚴格排水管理和執(zhí)法監(jiān)管。

(4) 城市水環(huán)境綜合治理作為一個大型的技術(shù)課題，涉及到水利學、污水處理等多個學科，因此需以地方政府統(tǒng)籌為主，明確技術(shù)路線、時間節(jié)點等。

反觀國內(nèi)其他一些城市建成區(qū)的黑臭水體治理，基本上僅實施了截污納管和河道底泥清淤，這些舉措確實能在晴天改善河水水質(zhì)，但河道水質(zhì)往往在雨天會出現(xiàn)黑臭“反彈”現(xiàn)象。一方面，這是由于大氣降雨及地面沖刷形成的徑流攜帶有大量污染物進入雨水管道，同時流量激增將使平時堆積其中的大量污染物流入河道，特別是降雨初期；另一方面，如雨污分流不完備，雖然在晴天時可以全部收集錯接、偷排、漏排污水輸往處理設(shè)施，但是當雨天水量超出初雨棄流的能力時，則將溢流進入河道。

綜上所述，筆者建議：在截污、清淤的基礎(chǔ)上，仍須重點強化初雨棄流處理，落實城市面源污染控制及雨水口溯源整治措施。此外，宜將治水與治城、治產(chǎn)相融合，并協(xié)調(diào)生態(tài)、生產(chǎn)與生活，推動工程治水向產(chǎn)業(yè)興水、居民樂水轉(zhuǎn)型升級。