劉 穎,徐 暢,劉元元,楊宜文

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650051)

前 言

珠三角地區(qū)作為中國最具代表性的城市群之一，城鎮(zhèn)化率達到85%以上，珠三角城市群人口占廣東省70%以上，2019年生產(chǎn)總值達到8.68萬億，占全省經(jīng)濟總量的80.7%。但是，在經(jīng)濟發(fā)展取得豐碩成果的同時，珠三角水污染問題日益凸顯，主要呈現(xiàn)為中心城市污染向區(qū)域性污染蔓延的特點[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)略的深入實施，珠三角區(qū)域的開發(fā)將縱深拓展，一體化程度不斷加深，水環(huán)境保護壓力與日俱增。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例，對珠三角地區(qū)城市流域治理思路和勘察設計環(huán)節(jié)中的部分關鍵技術進行分析探討。

1 研究實例

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，其中珠海市境內約114.35km2。流域內水系發(fā)達，河網(wǎng)縱橫交錯、相互連通，河流水系主要為天然河涌和人工開挖的排洪渠，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，全長約25km，在珠海境內長約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國道排洪渠，細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)，水質目標為Ⅳ類。根據(jù)2018年1月至2019年10月前山河水質監(jiān)測月報數(shù)據(jù)，前山河石角咀水閘國控斷面超標月份總數(shù)為7個月，超標污染物為氨氮和總磷，其中氨氮最大超標倍數(shù)為0.94倍。

1.2.1 水環(huán)境質量狀況整體較差，部分河涌水質惡劣

前山河國控斷面(石角咀斷面)仍有達標不穩(wěn)定的情況；流域內列入國家黑臭水體名錄的有2條，列入市級主要問題河涌有12條，另有34條河涌水質為劣V類。

1.2.2 排水系統(tǒng)不完善，雨污混排，點源收集處理不徹底

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

1.2.3 水體流動及交換緩慢，河涌情勢復雜多變

流域內“斷頭涌”較多，部分工程無序施工致使河涌被截斷或阻滯，嚴重影響河涌水體的交換，流動性較差；工業(yè)和生活污水在河涌內回蕩滯留，河涌處于厭氧或缺氧狀態(tài)，導致黑臭水體。

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)《南粵水更清行動計劃》《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年前山河石角咀國考斷面水質需達到地表Ⅳ類水標準，流域內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、建設工期緊、水質要求高，針對項目特性，結合珠海市城市發(fā)展定位，以前山河流域地質、氣候、水文等條件為基礎，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)境問題表現(xiàn)在河涌水質，根源在管網(wǎng)系統(tǒng)。結合水質水量監(jiān)測，梳理流域內河涌水系，分析水質、污染負荷現(xiàn)狀；采用先進的勘察、摸排技術，迅速高效全面摸查流域管網(wǎng)，獲取全面可靠的基礎數(shù)據(jù)，摸清流域污染底數(shù)和污水收集處理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，使設計工作具有較高的針對性，避免重復設計、重復建設。

1.3.2 分區(qū)實施，重點先行

由于治理工期短，為快速改善流域水環(huán)境，根據(jù)負荷分析和管網(wǎng)摸查成果，以不同河涌、排水片區(qū)(單元)對前山河國控斷面污染負荷貢獻程度及河涌現(xiàn)狀污染情況為依據(jù)，對貢獻率較高、現(xiàn)狀水質較差的重點河涌和周邊重點片區(qū)，分區(qū)分片先期治理，確?？焖僖娦?。

1.3.3 綜合治理，標本兼顧

在重點河涌、重點片區(qū)先期治理的基礎上，堅持系統(tǒng)治理、綜合治理，堅持標本兼治、突出治本的原則，以流域水質考核目標和施工期限為約束，以水污染治理為核心，實施老舊小區(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，開展河渠清淤和水生植被恢復等生態(tài)修復工程，以及河渠連通和部分河渠生態(tài)補水工程等，實現(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，流域地勢平坦、水網(wǎng)交錯，地區(qū)城鎮(zhèn)化率和人口密度高，先進制造業(yè)發(fā)達，是珠三角地區(qū)典型性的城市流域。在總結前山河流域和借鑒周邊廣州、深圳等城市及國外城市流域治理經(jīng)驗的基礎上[3～7]，提出珠三角城市流域水環(huán)境綜合治理思路詳見圖2。

圖2 城市流域水環(huán)境綜合治理技術路線圖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展現(xiàn)場調研工作，以掌握流域氣象水文、地質地形、河流水系、河湖水質、底泥污染物等本底信息。針對珠三角城市流域，由于地區(qū)臨水建筑密集、排水系統(tǒng)復雜，還應針對原有排水系統(tǒng)進行管網(wǎng)摸查，分析現(xiàn)有系統(tǒng)的主要問題。流域治理策略應與各類上位規(guī)劃相符，銜接現(xiàn)有治理工程，在此基礎上，依據(jù)治理目標，結合現(xiàn)場實施條件制定系統(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)污染相對占比較低，因此綜合治理措施一般以“控源、截污、清淤、補水、修復”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、水系連通與補水、生態(tài)修復等。確定工程規(guī)模后，核算系統(tǒng)治理措施內各項子工程的污染負荷削減效益，利用水環(huán)境模型模擬措施實施后水質改善情況，進行流域治理目標可達性分析，并根據(jù)模擬分析結果對系統(tǒng)治理措施進行優(yōu)化，提升其合理性與經(jīng)濟性。

3 水環(huán)境治理勘察設計關鍵技術

珠三角地區(qū)河網(wǎng)發(fā)達，城市流域通常涉及多個區(qū)(縣、市)，流域面積較大，能否高效、準確的完成污染源復核、管道物探、水下地形測量和底泥勘探等勘察設計工作，關乎流域水環(huán)境綜合治理成效。另一方面，市政、環(huán)保工程因其設計周期短、實施區(qū)域廣、工作內容零散的特點，對勘察設計方案的科學性、可落地性、系統(tǒng)性、水環(huán)境目標可達性極為關注。城市流域治理是一項系統(tǒng)、復雜的綜合性工程，在勘察設計過程中，宜重點深入研究各類型子項工程的投入/產(chǎn)出比，在定性分析基礎上，重點開展資源投入代價與治污成果效益的定量計算，通過分項、分類工程效益的有機疊加和耦合，用水質改善程度、污染物削減量等指標評估其建設的合理性與經(jīng)濟性，指導優(yōu)化實施[8]。

為此，通過珠海市前山河流域水環(huán)境綜合治理的研究實例，本文總結了珠三角城市流域水環(huán)境綜合治理勘察設計的若干關鍵技術如下，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)狀調查工作中，在確保準確性前提下，加快管網(wǎng)排查進度是保障后續(xù)工程設計快速推進的基礎。傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)調查主要通過技術人員現(xiàn)場調查、管道內窺等手段完成，存在人力物力需求大、進度和準確性難以保證的缺點；另一方面，傳統(tǒng)的管網(wǎng)排查與成圖技術人員專業(yè)背景多為大地測量、基礎測繪等，制圖成果與排水設計人員的關注點難以完全一致，設計成果上下游交互不暢。當傳統(tǒng)的污染源與管網(wǎng)排查效率無法滿足現(xiàn)階段城市流域治理勘察設計進度要求時，快速準確復核現(xiàn)有排查成果，據(jù)摸查復核成果迅速響應、快速成圖，及時反饋設計成果指導施工，成為城市流域水環(huán)境治理的關鍵技術之一[9-10]。

首先，組建經(jīng)驗豐富的高效摸排隊伍，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計工具，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)復測工作，形成有保障的“軟、硬件”條件；在設計工作中采用模塊化設計，在保證準確性的前提下，通過排水管網(wǎng)內部通用圖集的修正與直接使用，可達到快速成圖，指導施工的目的。其次，充分利用新技術，如BIM+GIS信息化手段，推行“全過程信息化動態(tài)設計”、智能化管理和施工仿真技術，可加快成圖速度。最后，結合現(xiàn)場實際，實現(xiàn)設計與施工的深度融合，充分發(fā)揮設計施工一體化的優(yōu)勢，可提升工程整體技術水平。

3.2 雨污錯混接改造與關鍵點接駁

近年來，珠三角城市群多已開展了一次排水設施建設，尚未開展截污治污的城市建成區(qū)較少，部分城市甚至開展了兩次以上的排水管網(wǎng)建設及截污工作，但仍存在部分流域的水質改善效果不佳。究其原因，一方面是排水體制未實現(xiàn)雨污分流，在降雨時產(chǎn)生雨污合流水溢流入河影響河道水質，另一方面是由于關鍵管線接駁點存在錯接、混接，系統(tǒng)排水不暢，導致已建管網(wǎng)無法發(fā)揮預期作用。在此背景下，珠三角城市流域治理工作要務之一是在管網(wǎng)排查的基礎上，實施現(xiàn)狀雨污水系統(tǒng)錯接、混接節(jié)點改造。此類關鍵管網(wǎng)接駁節(jié)點，往往能影響整個改造工程實施效果。因此，準確高效地找出上述節(jié)點，進行精細化設計，并通過極小的工程措施，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)境治理的關鍵[11-12]。

在精細化摸排成果基礎上，應重視節(jié)點工程、接駁工程改造，準確銜接管道前后節(jié)點流量和高程等關系，開展定位定點修正，同時進行排水系統(tǒng)核查與試錯，采用先進軟件計算接駁后的排水系統(tǒng)通暢程度，修正節(jié)點設計，確保設計完成的每一個節(jié)點均滿足從污染源至污水處理廠的閉環(huán)，無存疑點。另需指出的是，此類工作在施工過程中的重視程度更甚于勘察設計，只有摸排單位負責、設計單位精準、施工單位精細，方能確保管線關鍵節(jié)點實現(xiàn)設計效果。

3.3 管網(wǎng)管養(yǎng)與修復技術適應性選擇

隨著城市化進程加速，城市道路負荷愈發(fā)加重，錯綜復雜的城市地下管線由于路面負荷、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)、淤堵等問題?，F(xiàn)有管線的管養(yǎng)與修復對污水系統(tǒng)運行和流域治理效果極為重要。傳統(tǒng)的管道開挖修復方式嚴重影響交通，同時排水管線上方存在其他壓力或電力管線給開挖帶來極大的隱患，尤其是珠三角城市建筑密度較大，開挖修復在很多人口聚集區(qū)域已無法實施。非開挖管道管養(yǎng)與修復技術可在小開挖或不開挖的情況下對管道進行管養(yǎng)與修復，施工操作簡單方便、工期短、造價經(jīng)濟、效果更為顯著。但目前非開挖管網(wǎng)管養(yǎng)與修復技術眾多，如排水管道CCTV檢測、非開挖管道修復、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)和修復成效。因此，選擇合適的管網(wǎng)修復技術是城市流域水環(huán)境治理關鍵技術之一。

在選擇相應的修復技術前，應充分根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)排查成果，優(yōu)先采取CCTV檢測、QV內窺、管道聲吶等影響較小的先進技術手段，同時派出具有豐富同類項目經(jīng)驗的設計人員和施工人員，通過集中討論的方式，充分發(fā)揮各參建單位的優(yōu)勢，在設計中應切實考慮實施難度和可行性，堅決避免“設計一套、施工一套”，形成“設計可實施，實施可見效，問題可反饋，反饋有響應”的良性工作機制。

4 結 語

最后筆者將本文觀點總結如下，供行業(yè)內讀者進一步分析探討。

4.1 流域治理思路

珠三角城市流域治理應以流域現(xiàn)狀為出發(fā)點，以水質改善目標為目的，結合現(xiàn)場調研與詳細的管網(wǎng)摸排工作，建議水環(huán)境綜合治理措施以“控源、截污、清淤、補水、修復”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)場實施條件制定系統(tǒng)治理措施，利用水環(huán)境模型進行流域治理目標可達性分析，根據(jù)模擬分析結果對系統(tǒng)治理措施進行動態(tài)優(yōu)化，最終達到“工程可落地、目標可實現(xiàn)”。

4.2 勘察設計關鍵技術

珠三角城市流域治理多以污水收集處理工作為核心，在勘察設計中應提升管網(wǎng)摸查與成圖設計效率，借助BIM+GIS等先進技術，精準設計管道關鍵接駁節(jié)點，確保雨污分流工程從立管、巷道支管到排水單元接駁點管路暢通，同時采取適宜的現(xiàn)狀管網(wǎng)管養(yǎng)與修復技術，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施成效。