陳麗貴，何造勝，劉懷湘

（1.深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司，廣東深圳518000；2.水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院，水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210029）

沙灣河屬深圳河流域，為深圳河上游一級支流，位于龍崗區(qū)境內(nèi)，深圳水庫上游，屬水庫二級水源保護(hù)區(qū)范圍，流域面積26.10km2，占比深圳水庫集雨面積的43.14%，占比深圳河集雨面積的8.35%[1]。

深圳水庫地處龍崗河羅湖兩區(qū)交界處，是深港兩地重要的飲用水源地[2]，每年向香港和深圳供水約7.0億m3、9.6億m3，分別占香港和深圳年總供水量的70%、58%。此外，深圳水庫的水源通過東江水源工程沙灣泵站進(jìn)一步向西輸送，為福田、南山、寶安、光明等片區(qū)水廠提供原水，其水質(zhì)安全直接關(guān)系到全市的飲用水水源的安全[3]。

圖1 沙灣河流域水系圖

沙灣河原屬東深供水渠，后隨東深供水四期工程完成后，沙灣河轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑓^(qū)行洪納污的通道。深圳市于2006年啟動了沙灣河污水截排工程，在沙灣河河口設(shè)置泄洪閘和污水隧洞，實(shí)現(xiàn)了旱季污水及部分初雨可轉(zhuǎn)輸至羅芳污水處理廠，其設(shè)計(jì)規(guī)模為25.0m3/s。2012年底，開展沙灣河流域水環(huán)境綜合整治，目前已基本完成。現(xiàn)沙灣河道內(nèi)的旱季污水全部截流，通過補(bǔ)水，旱季河道水質(zhì)已基本達(dá)Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，但雨季仍有部分污染負(fù)荷溢流入河。因此當(dāng)沙灣河流域出現(xiàn)暴雨時，為緩解上游內(nèi)澇常需開啟泄洪閘，將洪水排入深圳水庫，從而威脅深圳水庫的水質(zhì)安全。根據(jù)近年來的資料，2015-2018年沙灣河泄洪閘共開閘23次，入庫水質(zhì)較差，總氮和總磷等主要指標(biāo)均超過III類水限值，達(dá)不到供水水源的入庫要求[4]。因此考慮進(jìn)一步開展沙灣河截排工作，有利于保障深圳水庫水質(zhì)安全。

1 已建工程評估分析

沙灣河流域內(nèi)，通過2016-2019年期間建設(shè)的正本清源及市政雨污分流管網(wǎng)工程，在一定程度上解決了污水直排入河的問題。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部分小區(qū)及城中村建設(shè)年代較久，排水體制規(guī)劃相對落后，小區(qū)內(nèi)排水基本為合流式溝渠形式，且基本就近排放至河道，造成河道嚴(yán)重污染，正本清源工程的實(shí)施在一定程度上可以解決小區(qū)污水直排問題。同時，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)市政排水管道建成于2008年之前，管道老化且系統(tǒng)性差，存在較多污水通過雨水排放口直排入河現(xiàn)象，市政道路雨污管網(wǎng)分流工程在一定程度能夠減輕污水通過雨水排放口直排入河現(xiàn)象。但是，由于部分城中村及老舊小區(qū)改造難度較大，原有的市政管網(wǎng)體系也相對復(fù)雜，歷史遺留問題較多，正本清源工程覆蓋面有限，同時正本清源的返潮現(xiàn)象相對普遍，所以通過已建的管網(wǎng)工程，只是在一定程度上減輕了污水直排入河的現(xiàn)象，但流域內(nèi)仍然存在局部雨污合流問題及市政管網(wǎng)切實(shí)問題尚未解決。

2016年開工的沙灣河流域水環(huán)境綜合整治工程，其工程內(nèi)容包括沿河截污管道建設(shè)、河道清淤工程、河岸修復(fù)及生態(tài)景觀修復(fù)工程、補(bǔ)水工程等。河道沿河截污工程主要針對沿河難以實(shí)施雨污分流的排放口，直接將合流管污水截流至河道兩側(cè)的截污管中，能夠保證旱季污水不入河；河道清淤工程有效減輕了內(nèi)源污染的影響；河岸修復(fù)及景觀打造能夠在保證水安全條件下，增加沿河景觀感受，提升居住環(huán)境；而補(bǔ)水工程則從一定程度上增加了河道生態(tài)補(bǔ)水，保證河道的基本工程性。但是，基于原來的設(shè)計(jì)目標(biāo)，河道兩岸進(jìn)行了無差別的全線截流，截流管僅采用2倍截流倍數(shù)，旱季污水可實(shí)現(xiàn)全部截流，但過流能力在雨季顯得十分不足。一旦有初小雨進(jìn)入沿河截流系統(tǒng)，會導(dǎo)致部分截流管段污水直接溢流至河道，同時雨季大量混合污水加大污水處理廠壓力，造成污水廠超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)偏低等現(xiàn)象。

根據(jù)污水處理廠運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前埔地嚇污水處理廠日均污水量11萬t/d，最高水量達(dá)14萬t/d，而該污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10t/d。說明在旱季時，埔地嚇污水處理廠已基本超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。而到了雨季，隨著截流系統(tǒng)內(nèi)的雨污混合水的接入，污水處理廠完全無法滿足處理需求，溢流風(fēng)險很大，對河道的水質(zhì)影響依然嚴(yán)峻。

根據(jù)以上分析，相關(guān)水環(huán)境治理和水污染治理工程實(shí)施后，無法達(dá)到可入深圳水庫地表Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。因此，上述相關(guān)工程實(shí)施后需要進(jìn)一步削減進(jìn)入深圳水庫的本地污染負(fù)荷，確保溢流入深圳水庫的水質(zhì)達(dá)到地表Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的要求，使深圳水庫水質(zhì)保障目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

2 沙灣河水質(zhì)污染分析-無降雨時

現(xiàn)狀條件下，無雨期時入河點(diǎn)源主要有埔地嚇污水處理廠、丹竹頭排水口站、沙灣泵站排水口站、閘前排水口站(自上游至下游)等污水處理設(shè)施的出水，各污水處理設(shè)施的出水入河水量分別為0.6～5萬m3/d，合計(jì)8.6萬m3/d。

埔地嚇污水處理廠出水水質(zhì)取2017年均值（下圖），丹竹頭排水口站、沙灣泵站排水口站、閘前排水口站等出水水質(zhì)取2018年4月9日檢測值。

圖2 埔地嚇污水處理廠2017年月均出水氨氮濃度

圖3 埔地嚇污水處理廠2017年月均出水COD濃度

圖4 埔地嚇污水處理廠2017年月均出水TN濃度

根據(jù)以上點(diǎn)源水量、水質(zhì)數(shù)據(jù)，直接按照污染物守恒（水量按恒定流取平均流量），計(jì)算摻混值得到無雨期沙灣河沿程的水質(zhì)分布如下表所示。

表1 沙灣河沿河無雨期水質(zhì)計(jì)算結(jié)果(mg/L)

3 沙灣河水質(zhì)污染分析-降雨時

一般而言，降雨期河道水質(zhì)與流域范圍內(nèi)的降雨量有較大關(guān)系[5]。為此，研究收集了沙灣河流域內(nèi)上李朗村、白泥坑、六約、南灣四個雨量站在水質(zhì)分析時段內(nèi)的降雨資料。此外，深圳水庫下游另有深圳水庫雨量站（站址：羅湖區(qū)黃貝街道愛國路深圳水庫管理站展覽樓樓頂），由于基本不直接反映沙灣河流域降雨情況，故此次未采用。

現(xiàn)狀條件下沙灣河河口截流隧洞流量僅為25m3/s，河口截排閘在一定降雨條件下需開閘泄洪。相關(guān)研究收集了河口開閘泄洪期間監(jiān)測水質(zhì)，與上李朗村、白泥坑、六約、南灣四個雨量站平均降雨量建立關(guān)系，保守起見，根據(jù)實(shí)測濃度最大值（即所有點(diǎn)距的上包絡(luò)線）得到的雨水徑流濃度-降雨量關(guān)系曲線如圖6所示，并與2019年夏季長期現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比（以總磷為例）?？梢姡?019年現(xiàn)場監(jiān)測所得的雨水徑流污染物濃度基本上都低于水質(zhì)分析中的最大濃度曲線，后者可用于沙灣河截排水質(zhì)的影響分析與工程參考。

圖5 2019年沙灣河現(xiàn)場監(jiān)測圖

圖6 雨水徑流濃度分析曲線與2019年監(jiān)測點(diǎn)距對比

總體而言，在降雨量較大的條件下，污染物濃度上包線隨著降雨量的增大而逐步下降，符合雨水徑流濃度過程的典型特征。從初小雨至暴雨洪水，雨水徑流濃度從《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）劣Ⅴ類水質(zhì)逐漸向Ⅲ類水質(zhì)過渡。

4 結(jié)論

本文對沙灣河已建工程及無雨期與降雨期雨水徑流污染進(jìn)行了研究分析。結(jié)論認(rèn)為，沙灣河截排工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮不同降雨條件下河流水質(zhì)的差異，結(jié)合采用已有設(shè)施與新建設(shè)施進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，在不影響防洪排澇的前提下進(jìn)行分質(zhì)處理。

初小雨工況下河流水質(zhì)為劣Ⅴ類，應(yīng)充分利用沙灣河流域水環(huán)境綜合整治等工程所建設(shè)的沿河截流管與調(diào)蓄池系統(tǒng)，調(diào)蓄后輸送至污水處理廠處理后排放；

中雨工況下，相比于初小雨濃度較低，但仍不滿足Ⅴ類水限值的雨水，可通過調(diào)蓄工程調(diào)蓄后輸送至污水處理廠處理；

大雨工況下，對于滿足Ⅴ類水限值要求的雨水，因?yàn)闈M足深圳市多數(shù)河流水體水質(zhì)要求，可考慮通過新建截排工程下泄至水庫下游的深圳河等水體；

洪水工況下，可滿足Ⅲ類水限值時，對于超出截排能力的洪水，泄洪閘應(yīng)開閘使其進(jìn)入深圳水庫。

考慮到目前最新情況下入河雨水水質(zhì)即使超標(biāo)，超標(biāo)指標(biāo)的數(shù)量與超標(biāo)幅度均較小，且未來流域內(nèi)還將長期開展海綿城市建設(shè)等水質(zhì)改善措施，故未來工程運(yùn)行期間可以根據(jù)實(shí)時水質(zhì)情況來優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn)水質(zhì)保障的基礎(chǔ)上高效利用水資源。