基于污染分析的沙灣河截排水質(zhì)保障策略研究

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.水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院，水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，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，通過補水，旱季河道水質(zhì)已基本達Ⅴ類水標準，但雨季仍有部分污染負荷溢流入河。因此當沙灣河流域出現(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均超過III類水限值，達不到供水水源的入庫要求[4]。因此考慮進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，造成河道嚴重污染，正本清源工程的實施在一定程度上可以解決小區(qū)污水直排問題。同時，項目區(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、河岸修復及生態(tài)景觀修復工程、補水工程等。河道沿河截污工程主要針對沿河難以實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；而補水工程則從一定程度上增加了河道生態(tài)補水，保證河道的基本工程性。但是，基于原來的設(shè)計目標，河道兩岸進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。一旦有初小雨進入沿河截流系統(tǒng)，會導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，造成污水廠超負荷運轉(zhuǎn)、污水處理廠進水水質(zhì)偏低等現(xiàn)象。

根據(jù)污水處理廠運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前埔地嚇污水處理廠日均污水量11萬t/d，最高水量達14萬t/d，而該污水處理廠設(shè)計規(guī)模為10t/d。說明在旱季時，埔地嚇污水處理廠已基本超負荷運轉(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，溢流風險很大，對河道的水質(zhì)影響依然嚴峻。

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施后，無法達到可入深圳水庫地表Ⅲ類水標準。因此，上述相關(guān)工程實施后需要進一步削減進入深圳水庫的本地污染負荷，確保溢流入深圳水庫的水質(zhì)達到地表Ⅲ類水標準的要求，使深圳水庫水質(zhì)保障目標可以實現(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)實測濃度最大值（即所有點距的上包絡(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)場實測結(jié)果進行了對比（以總磷為例）。可見，2019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)量標準》（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行了研究分析。結(jié)論認為，沙灣河截排工程設(shè)計中應(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)施進行聯(lián)合調(diào)度，在不影響防洪排澇的前提下進行分質(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，因為滿足深圳市多數(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，超標指標的數(shù)量與超標幅度均較小，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，故未來工程運行期間可以根據(jù)實時水質(zhì)情況來優(yōu)化調(diào)度運行，在實現(xiàn)水質(zhì)保障的基礎(chǔ)上高效利用水資源。