基于水陆统筹的水环境综合治理系统方案编制思考——以珠海横琴一体化区为例
1 水环境综合治理系统方案编制的重要性
水环境综合治理是一项系统工程,涉及与城市水系统相关连的多个方面,为防止工程建设零散化、碎片化,导致实施效果产生偏差,因此,从全流域角度系统性统筹各项目标,编制系统方案显得尤为重要。在水环境方面,统筹水污染的源头收集、过程控制和末端处理。在水安全方面,统筹源头减排、排水管渠、竖向控制、排涝除险。在水生态方面,统筹水空间、生境空间和生态系统。在水资源方面,统筹水体生态基流、活水循环、综合利用。只有在多方面、多环节统筹的系统方案指引下,疏导各类项目相互交织、相互制约的关系,协调各类设施的内在联系,指导各项工程建设落地,才能确保实施效果,达到治理目标。
2 系统方案编制的技术路线
根据国家政策要求以及省市总体治理目标要求,通过对自然环境特征、水文特征、区域用地、人口规模、现有污水收集处理及排水防涝设施的详细调研,查找分析水环境、水安全、水生态、水资源现状特征及存在的问题,以问题与效果为导向,按照“源头减排、过程控制、系统治理”原则
3 系统方案编制要点
3.1 区域概况
横琴一体化区位于珠海南湾城区,与横琴新区隔马骝洲水道相望,总面积25.97km2,三面环水,北部为将军山,地形为缓坡丘陵及珠江口冲击平原,内部水系丰富,现状有1条内河,4条排洪渠,见图1。一体化区主要包括洪湾、保税及十字门3个片区,其中洪湾为待开发片区,保税及十字门片区为已建城区。
3.2 现状特征及问题分析
水环境综合治理系统方案的编制,首先从全面、详细的现状本底调查出发,摸清现状自然条件和既有设施的底数和特征,查找存在的各类问题,深入分析水环境、水安全等问题的成因,以寻求解决方案,明确重点任务。
3.2.1 水环境质量特征与分析
调查河道水系生态空间、两岸保护、水系断面、排口分布、水体透明度、垃圾漂浮物以及河道养护管理状况,初步查找分析点源、面源污染问题所在。
以河道排口为切入点,进行溯源调查,将排口分为工业排口、分流制排口、合流制排口三大类
调查区域排水分区对应的污水处理厂实际旱季和雨季进出水水量、水质,按照污水厂服务范围、人口、产业分布核算产污量及污染物浓度,分析污水处理厂的水量、水质负荷。
调查流域排水体制,区分分流制区域、合流制区域以及截流式合流制区域,调查排水管网覆盖率,核算污水处理等设施规模,分析现有污水管网系统及厂站设施能力。
调查管网运行水位,结合区域地形、水系及环境特征,判别各种外来水(如山水、河水、海水、地下水)入侵污水管网的可能性,初步分析污水处理厂负荷、进水浓度以及污水处理系统能效。
开展管网普查和CCTV检测,同步调查错接混接。通过管网普查和CCTV检测,明确管道缺陷、暗管接入、雨污水管道错接、混接、漏接等情况。
3.2.2 水安全特征与分析
调查分析区域水文特征,主要包括降雨特征、潮洪特征、防洪潮标准、洪涝组合、潮洪组合遭遇情况,分析区域水安全的状况。
调查区域排水模式,防洪潮体系建设,如山体截洪沟、排洪渠、堤围、水闸、排涝泵站建设标准及规模,理清区域大排水体系与排水管渠系统的关系,明确现状排水分区。
针对现有排水体系,建立区域排水防涝模型,通过排水管渠、河道与地表耦合数值模拟,进行管渠的排水能力分析及区域地块的内涝风险评估,通过历史数据调查和数学模型计算,明确城市内涝防治标准对应的设计暴雨和雨型下,城市内涝积水点的位置、积水时间、积水深度、积水面积等,分析地势低洼地、管道坡降、排水能力。
3.2.3 水生态特征与分析
调查生态本底,调查自然地形地貌、区域竖向、河湖水系分布、小塘小湖、湿地及低洼区分布,识别天然海绵体系,划定排水分区确定蓄排关系。
调查分析河道水系的洪枯水位以及岸线形式,复核规划蓝绿线保护利用及控制状况,分析河岸生态现状及生态化的可能性。
调查河道岸线形态、河道淤积以及生态基流和水动力条件,从维持生态环境以及水质改善的角度,分析河道对生态水量及水动力改善的需求。
3.2.4 水资源特征与分析
分析区域水资源供给以及非常规水资源利用的情况,重点关注河道水系补水调水的条件以及雨水、再生水利用的可行性。
3.3 系统方案
水环境综合治理系统方案以区域各河道水系水质改善为根本,统筹提升区域水环境质量、构筑水安全屏障、修复生态系统、营造滨水空间,实现水环境综合治理目标。
3.3.1 水环境治理方案
根据水环境特征及分析,提出水环境改善思路:对于城区污水系统,正本清源,清污分流,完善污水管网系统,填补城中村及已建区域管网空白,消除污水直排,通过堵倒灌、分山水、补破损等措施降低管道运行水位,提高污水处理厂进水浓度。对于城市面源污染,从源头地块的低影响开发入手,结合一体化区海绵城市专项规划,通过下凹绿地、植草沟、雨水花园等海绵设施减少暴雨径流量,控制雨水径流污染。对于城中村污染,根据城中村搬迁及保留时序,近远期结合,选择经济合理的措施及工艺,有序控制生活污水和农村面源污染。
(1)控源截污。以排口为核心,开展控源截污,排口治理与有效解决雨污混接、排水管道及检查井各类缺陷的修复以及设施维护管理统筹进行。根据排口溯源调查,一体化区5条主要河道(含排洪渠)共有排口55个,其中分流制排水35个,合流制排口12个,工业排口8个。首先对工业直排口进行执法封堵,对合流制直排口增设截流设施,对合流制截流溢流口,有效提高截流倍数,保证晴天不外溢。分流制污水直排口封堵后污水接入污水处理系统,分流制雨污混接雨水直排口,重点实施雨污混接改造,分流制雨污混接截流溢流排水口,在重点实施雨污混接改造的同时,按照有效截流的原则,对已有混接污水截流设施进行改造,并采取防水体倒灌措施。在排口治理的同时,向上游溯源,对雨污水错接、混接、漏接的管道逐一进行切改、补接。
(2)优化排水分区,完善污水处理设施。一体化区现状污水处理厂规模9万m3/d,同时服务于南湾城区(一体化区所在区域)和横琴新区,其中5万m3/d处理设施服务于南湾城区,另外4万m3/d服务于横琴新区,因长距离穿马骝洲水道输送,加之管网渗漏、破损等问题严重,造成大量地下水、河水倒灌,严重影响污水系统正常运行,因此,结合区域产污量分析测算,提出优化排水分区,增设横琴新区污水处理厂,现有9万m3/d全部服务于南湾城区,满足一体化区污水处理需求。
一体化区内已建市政道路均已建成雨污分流排水管网,管网覆盖率80%以上,重点将中邦浪琴湾等新近建成的住宅区周边的市政污水管网与主干系统联通,其余正在开发区如洪湾片区随道路同步建设。
(3)降低管道运行水位,提高污水处理厂进水浓度。实际检测数据显示,区域内的南区污水处理厂进水BOD浓度为60~70mg/L,低于国家要求的标准,根据管道普查和CCTV检测以及调查分析,外来水入侵使管道高水位运行是关键因素。针对区域排洪渠受潮水顶托,渠道水位高于排水口,造成部分合流制截污口出现潮水倒灌进入污水系统,在排洪渠下游出口处,结合排水防涝,设置挡潮闸及排涝泵站,降低渠道水位,并对截污口优化改造,设置电动液位控制阀,防止倒灌。针对管道破损、脱节、错口、腐蚀等结构性缺陷,造成的外水入侵,因地制宜采取开挖或非开挖修复,针对管道沉积、障碍物等功能性缺陷造成管道涌水,采取清淤、疏通措施。
(4)面源污染治理。通过源头海绵控制雨水径流,减少面源污染。一体化区地势由北部将军山山体坡向南部马骝洲水道。根据一体化区海绵专项规划,上游结合水体特征构建湿地公园,结合城中村(如银坑村)改造同步开展海绵型住宅小区、公共建筑等建设,中游主要针对物流仓储等工业用地进行海绵化改造,下游结合新区建设,开展海绵型公共建筑、道路、绿地广场公园等建设。
(5)农村污染治理。农村污染治理需从污水治理出发,结合垃圾清理、村居环境提升综合施策。区域内有石湾、红东、连屏、碑口、银坑等5个主要村落,其中银坑村近期整体搬迁,其排水设施与城中村同步改造建设并与市政主干系统衔接。其余近期无拆迁计划的村居,依据地形、房屋、村道、巷道的分布特点,采取分散与集中并举,管道与沟渠并存的方式改造排水设施。红东和碑口村远离市政干管系统,考虑截污纳管,采用一体化设施就地处理,连屏和石湾截污纳管后接入市政干管系统。
3.3.2 水安全保障方案
一体化区域主要依托中珠联围和横琴海堤抵挡海潮。中珠联围珠海段堤顶高程为4m,横琴海堤堤顶高程≥3.74m,目前均已达到100年一遇防潮标准。区域内有洪湾和保税区中部2座外江水闸,均为100年一遇建设标准。区域北侧均近靠山体,山洪威胁较大,排洪渠是区内的主要排洪设施,现状已修建4条排洪渠均为50年一遇设防标准。现状排水管渠建设标准为1~3年。
根据地势特点,针对现状主要问题,内涝防治应遵循“高水高排、低水低排、自排为主、泵排为辅、蓄排平衡”的方针。完善山洪截流系统,避免山洪直冲入城或进入城市雨水管网系统。完善河道、排洪渠及城市雨水管网等排涝系统,使其达到设计排涝标准。完善海绵蓄排体系,有序组织城市雨水径流,降低超标降雨影响。
高水高排,加大防洪设施建设。沿一体化区北侧山边修建截洪沟,将高地雨水排入截洪沟引入外江,避免地势高的雨水排入附近小区和市政管网,尽可能减少低洼区的汇水面积,降低积水量。
完善防洪排涝系统,提高河道防洪(潮)、排涝标准。在受潮水顶托的排洪渠(湾仔南、十字门、保税区西)的外江出口处设置挡潮闸,同时依据蓝绿线规划,充分利用河道两岸空间,改造行洪断面,清除渠底淤积、改善生态岸线、恢复水生境,提升排洪渠的防洪排涝能力。
低水低排,重点解决低洼区(碑口村、连屏村,见图1中标注)内涝问题。充分利用区域内池塘、小湖泊,将碑口村南侧池塘和连屏村东北侧的低洼空地改造为离线式调蓄湖,并在调蓄湖下游附近设置雨水泵站,采用自排和泵闸联排相结合的方式,雨天根据外江水水位与管渠、调蓄湖水位关系运行调度,确保区域水安全。
对于已建成区局部(中邦浪琴湾)积水问题,提升雨水管渠系统排水能力,改造局部断面偏小、逆坡的雨水管渠,清通并修复破损管渠,加大雨水收水设施建设,重视雨水设施的管理养护,改善道路行洪积水的局面。
推进源头LID设施建设,通过下凹式绿地、下沉式广场、雨水花园等综合措施消减径流,实现削峰错峰,减少暴雨干扰。
3.3.3 水生态修复及水资源利用方案
水生态修复应当遵循“循水成形,与水共生”的设计原则,从确定河道蓝绿空间、恢复河道多重生态功能、经济合理调配水资源的思路出发,构建水生态体系。在建立完善的安全、生态框架格局的基础上,对区域内水系景观进行提升改造,满足市民及游客对于滨水开放空间的需求。
确定河道蓝绿空间,恢复河道生态功能。依据区域控制性详细规划,在划定的各条河道、排洪渠蓝绿空间内,通过河道水力模型数值模拟,确定河道及排洪渠洪、枯水位线,逐一分段找出有条件进行生态化的具体部位,灵活采用不同形式加以改造。对于河面宽阔、大多为自然土质堤岸河道,如洪湾涌,保留上游自然断面,中游硬质驳岸局部恢复为自然生态型驳岸、改直为曲,下游向西拓宽河面、营造浅滩,塘、岛、汊的生境空间。通过潮汐形成河汊湿地,为湿生植物和小动物提供生存环境。对于已建成硬质堤岸的排洪渠,如保税西排洪渠,避免大规模土石方工程,以恢复河道岸线的自然生态功能为主,打造二级亲水断面,同时对上游现状小水塘进行海绵化改造,形成小型坑塘湿地。对于部分渠段紧靠公园绿地的排洪渠,则考虑与公园融合,如十字门排洪渠,在其下游结合绿地公园局部拓宽,使河道形态弯曲变化,并营造小湿塘。
依据河道水体生态需水量,利用区域水资源,进行生态补水。补水以浅水面为主要形式,在增强水体流动性的同时加强阳光的穿透,利于水体富氧,改善水生动植物的生长条件,提高水体自净能力。排洪渠内旱季水面宽度按渠宽的20%~40%设计,根据排洪渠底坡,综合考虑水环境、生态以及经济可行性,保证排洪渠水深0.1~0.2m,流速0.2m/s,经测算,补水量为4万m3/d。补水水源为南区污水处理厂再生水,见图2,雨季尽可能通过运行调度,利用排洪渠上游的山体截洪沟和坑塘、小湖体的蓄水,满足生态需水,以降低补水水量,补水只用于旱季和雨季枯水期补水,将补水时间缩短至100天以内。
提升水景观,重点构建洪湾涌滨水慢性系统,打造十字门排洪渠下游马骝洲公园特色景观节点,形成开放可达的公共滨水空间,使市民参与滨水游憩,在亲水、乐水的同时增强爱水、保护水体的意识。
4 结语
作为一项系统工程,城市水环境治理在水陆统筹系统性思维引领下,以解决问题和确保实施效果为导向,制定标本兼治、近远期结合、分步实施的系统方案,协调规划、建设、环保、水利、园林、城管等多个部门,通过对水系岸上、岸下全方位采取控源截污、管渠系统完善、清污分流与管网修复、面源污染径流控制、内涝积水点治理、水岸景观环境融合的一系列综合措施,解决城市水环境问题,从而达到水环境明显改善、水安全充分保障、水资源适度利用、水生态全面恢复的综合治理目标。
作者图片

参考文献
[1]章林伟,牛璋彬,张全等.浅析海绵城市建设的顶层设计[J].给水排水,2017,43(9):1-5.
[2]唐建国.《城市黑臭水体整治——排水口、管道及检查井治理技术指南》解读[J].给水排水,2016,42(12):1-3.