生命周期視角下茅洲河流域水環境綜合治理

李弘揚，薛安捷，趙 敏

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100； 2.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510641)

受全球氣候變化以及強人類活動影響，我國面臨嚴峻的流域水安全形勢，水資源短缺限制著流域內社會和經濟的發展，導致水環境和生態水系統同樣面臨嚴峻考驗[1]。同時，近年來我國洪水災害呈現多發、頻發和重發的趨勢[2]，流域水環境治理迫在眉睫。總體而言，城市水環境治理可以分為污染治理、水質改善和生態恢復三類，三者各有側重又相互關聯，代表了城市水環境管理的3個階段[3]。水環境治理的根源是流域綜合治理，存在諸多客觀困難，需要不同部門共同管理，因此是一個龐大的系統工程[4-5]。Rodriguez等[6]回顧了污水處理廠去除“新興污染物”的技術，并對現有設計給出升級建議。Tran等[7]研究了污水處理廠廢水、污泥中新污染物有關數據，并根據地理區域對數據進行系統的匯總和分類。廖雅等[8]基于水資源、水環境、水生態以及社會經濟發展水平、污染物排放量和環境治理力度等6個維度構建水生態環境保護策略分析體系，為量化水生態環境保護水平提供邏輯框架。魏源送等[9]從“源-流-匯”全過程角度出發，對“源削減”“流改善”“匯景觀”進行梳理，為流域綠色生態廊道構建提供支撐。羅小林等[10]提出要結合流域水環境的時空特征，推進中心城區海綿城市建設，強化流域水環境綜合協同管理。高娜等[11]從生態系統服務的角度出發，建立水環境治理生態效益評價指標體系，并借助InVEST模型評估項目布設治理措施后產生的生態效益。許申來等[12]強調城市水環境系統從屬于社會經濟系統，既要考慮內部系統的復雜性，也要考慮外部社會經濟的可承受性。吳兆丹等[13]提出水環境治理離不開科技支撐，需要從科技的基礎理論、關鍵技術、解決方案三方面予以支撐。包曉斌等[14]以淮河流域水環境治理為例，指出在推動流域水環境綜合治理的同時需促進流域綠色發展。綜上可知，以往針對水環境治理的研究較為完善，但缺乏從生命周期角度出發的水環境治理項目管控研究。本文運用案例分析法，基于全生命周期管理、利益相關者等理論對茅洲河流域水環境綜合治理工程進行研究，總結出一套先進的水環境治理經驗，治理后的茅洲河成功入選中國生態環境部2021年美麗河湖案例，其經驗具有較高的實踐參考價值。

1 理論基礎

1.1 生命周期理論

生命周期理論(life cycle theory)可以通俗地理解為商品或更廣義的物品從“搖籃”到“墳墓”的整個過程。1966年，哈佛大學教授Vernon提出產品生命周期理論，即某種產品從生產出來，走向市場到最終被淘汰的全過程。他指出隨著產品生命周期的演進，產品所涉及的相關因素也會隨之發生變化[15]。20世紀70年代，美國軍隊率先將生命周期理論運用到項目管理中，通過對國防、交通、能源開采等不同領域項目的全生命周期管理，提高項目質量、效率以及規劃的合理性，確保在整個生命周期中對項目的管理達到最優。

由于工程項目具有生產者(實施方)和消費者(委托方)的屬性，因而也可被視作為一種特殊的產品，從而可對其進行全生命周期管理。工程項目全生命周期管理是指在項目籌建直至最終被拆除的全過程中，對其進行計劃、組織、協調、控制等專業化活動，使項目價值達到最大。不同工程項目的唯一性決定了它們的生命周期有所不同，但根據現有的共識，不同項目均可大致劃為5個主要階段[16]：決策階段、設計階段、實施階段、竣工驗收階段和運營維護階段。

1.2 利益相關者理論

出于項目全生命周期經濟-社會-生態綜合效益的考慮，需力爭使項目中各利益群體的訴求均得以實現。Freeman[17]將利益相關者定義為“影響組織預期期望實現，或者是受到組織目標影響的至關重要的群體或個人”。Clarkson[18]對利益相關者進行類別劃分，涵蓋重要利益相關者和一般利益相關者，前者包括存在直接合同或行政關系的組織及個人；后者指影響項目整體社會利益的非合同關系人。Li等[19]運用德爾菲法量化中國可持續建設項目利益相關者影響力，建議采取相關措施平衡各利益群體訴求。

2 茅洲河流域水環境綜合治理背景

2.1 工程概況

茅洲河位于深圳市西北部，屬珠江口水系，發源于羊臺山北麓，流經深圳市光明區、寶安區和東莞市長安鎮，最終匯入我國西部海域，全河長41.61 km，其中干流長31.29 km，上游石巖河河段長10.32 km，下游與東莞市的界河段長11.68 km，感潮河段長13.02 km。茅洲河流域總面積為388.23 km2，其中深圳市境內流域面積為310.85 km2，為深圳市第一大河，東莞市境內流域面積為77.38 km2。1978年改革開放以來茅洲河流域城鎮化發展迅速，流域內人口和企業眾多，河道的防洪、排澇、排污負擔日益加重。近幾十年來，茅洲河兩岸的城中村、企業等將生產生活污水直排入河，導致干支流均重度污染為黑臭水體，加之茅洲河下游出口是典型的感潮河段，自身水動力條件較弱，水質極易惡化和交叉污染，因而茅洲河是珠三角地區污染最重、治理難度最大的城市河流。

2016年，廣東省及深圳市掛牌督辦，要求茅洲河2017年基本消除黑臭水體，2020年消除喪失使用功能的水體。茅洲河流域水環境綜合治理工程是國內最大的流域水環境治理EPC項目，受到國家水利部、環保部以及相關省市的高度重視。該工程以深圳市茅洲河流域水環境治理為主，結合進行防洪(潮)、河道整治、排澇、治污截污和底泥處理等綜合性治理工程。面對如此復雜的水環境綜合治理重大工程，對其進行全生命周期管控成為保障項目順利實施的關鍵。

2.2 存在問題

a.水環境方面。茅洲河流域降雨時空分布不均，河道源短流急不利于當地水資源開發利用，隨著用水量激增，水資源開發已超出其承載能力，只能通過大量外調水來滿足需求。用水量增加導致廢污水排量增加，水質嚴重污染，加劇水環境惡化。茅洲河支流各河段均存在生活生產污水偷排漏排現象，根據水質監測數據，茅洲河流域水質均為劣Ⅴ類，部分支流流速較小，處于半斷流狀態，露出淤泥，這些底泥成分復雜，重金屬含量高，有明顯臭味，易使水體缺氧，對流域內動植物產生危害。水環境方面存在的問題使得茅洲河河道以及河岸景觀狀況大大下降，不僅嚴重影響沿河居民正常生活，也制約了河濱帶地塊的土地功能以及流域內的城市發展。

b.防洪排澇方面。茅洲河中下游地區河岸地勢低洼，受外海潮位頂托影響，一遇到區域暴雨，流域內洪水外排易受阻，導致區域洪澇災頻發。流域內現狀干流為10～100 a一遇防洪標準，但由于普遍存在河道被侵占、防洪通道受阻、缺乏有針對性的擋潮措施等問題，60%的河道達不到防洪標準。同時，茅洲河流域內排水管網的連通情況復雜，二、三級管網建設滯后，系統配套不完善，泵站規模不夠且維護不當，部分暗渠淤積嚴重，這些問題都使流域內的防洪排澇效益發揮受阻。

c.管理方面。茅洲河流域水環境綜合治理為跨行業復雜工程，涉及管網建設、河道整治、生態修復等多項子工程，子工程間邊界難以劃分，治理效果很難簡單量化展示。由于工期緊張，項目采用“大兵團作戰”工程模式，高峰時期進場人數超過1.3萬人，500多個施工作業面同時展開，協調不同子工程的進度是管理所面臨的挑戰。同時，污染流域治理工程由于缺乏長期有效的設計以及對后期運維方面的考慮，諸多治理后河流陷入“反復治理，反復污染”困境。

2.3 利益相關方及其需求

茅洲河流域水環境綜合治理工程通過良性互動，辨識并滿足了項目全生命周期內各利益相關者的需求，進而形成多元共治的治理格局。項目在決策籌劃階段對各利益相關方的需求進行了調研，結果見圖1。

3 茅洲河流域水環境綜合治理工程全生命周期管控

3.1 決策階段

決策階段的任務一般從前期調研開始，編制項目建設可行性研究報告，擬定項目投資、進度、質量三大目標。同時，基于項目全生命周期綜合考量，這一階段要對經濟、社會、生態效益進行長遠分析。

該項目在決策階段首先對茅洲河流域的污染源進行調查，收集測量數據以及地質資料，現場踏勘進行水質監測，將收集的資料按照居住小區類、工業倉儲類和公共建筑類系統梳理，分類了解其污水排放以及管網信息，并建立基于三維GIS的決策會商平臺。本項目決策階段的利益相關者主要包括政府和參建單位，他們需從整體出發，平衡項目經濟、社會、生態效益，明晰該階段決策內容在工程后續開展中對各利益相關者的影響。同時，考慮其他利益相關者尤其是沿線社區和居民的利益，茅洲河項目在此階段針對社會各界關于流域治理的看法進行了調研，明確各利益相關方需求，根據調研結果妥善解決后續可能面臨的問題。項目還堅持在河道治理的同時兼顧流域沿岸自然及文化景觀打造，不僅很好地平衡了經濟和社會效益，而且以治水倒逼流域內空間格局和產業布局的優化提升。

3.2 設計階段

設計階段是工程項目全生命周期管控的重要環節，設計的成果直接影響項目質量和進度。在此階段，必須做好全局把控，從施工方案和材料設備選用入手，考慮工程組織設計和施工技術，預測潛在問題，制定預選方案，減少設計變更，強化對成本和質量的把控。

茅洲河項目公司作為治理工程設計階段最主要利益相關者，建立了專門的設計管理體系，重大技術方案設置了總包部評審、區域公司評審以及項目公司總部評審三級評審制度。總包部建立了技術專家庫，關鍵技術問題組織專家咨詢會。利用建成的三維GIS平臺為項目設計提供可視化的場景，對工情、水情、水質等各類監測數據進行展示，同時通過模擬在場景內實現洪水演進、模擬仿真及方案比選、調用方案庫和資料庫信息等，為茅洲河流域相關工程全生命周期建設提供設計支持。如圖2所示，項目在設計階段形成了六大技術體系，創新性地提出水環境治理四步技術路線，即織網成片(全面排查流域內雨污管理，搭建新管網提高污水處理效率)、正本清源(通過對小區和企業進行徹底雨污分流，將工業污水接入預留污水口)、理水梳岸(對暗渠岔流河段為主的河流進行梳理，強化沿河截污管理)、尋水溯源(通過生態補水重塑河道生態，恢復河道自凈能力)。此路線應用生命周期理論，從治理路徑的角度對水環境治理對象(污水)從其產生源頭確定到后期長效管控進行綜合考量。

圖1 茅洲河項目利益相關方及其需求

圖2 項目設計階段六大技術體系

3.3 實施階段

工程項目實施階段的管控，包括自設計階段結束后到項目建設完成的全部過程，重點圍繞進度、質量以及工程造價等展開。該階段的主要任務是通過管控實現決策階段和設計階段確定的項目目標，同時對建設過程中發生的問題及時解決并進行優化。

茅洲河流域水環境綜合治理項目實施階段的任務具體包括管網工程、河道治理工程、水質改善工程、景觀生態工程等46個子項目。該項目在工程體系布局方面充分利用先前已建治理工程，降低工程實施難度并避免造成浪費。在施工過程中，茅洲河項目公司作為項目的實施方以及核心利益相關方，針對茅洲河項目的建設任務，開發并運用水環境治理信息管理云平臺，采用工程建設管理子系統對在建工程進行信息管理。通過此系統可以實時監控現場情況、推演施工進度、監測施工質量、了解材料市場價格、保障人員安全、提升管控效率，實現成本與質量的精準管控；同時既重視主體工程建設，也兼顧管理機構及管理措施的配套，避免出現“重建設、輕管理”的現象，為工程全生命周期管控創造條件，確保項目長期發揮效益。

3.4 竣工驗收階段

竣工驗收階段的工作從質量驗收入手，按照質量驗收規范，選擇相對應的技術，對工程質量進行全面檢驗。與此同時還要做好工程核算工作，對項目期間的數據進行核實查驗，強化對造價的管控，從而保證項目經濟效益。

茅洲河流域水環境綜合治理項目是由諸多項目構成的項目群，每個項目又包含相互關聯的不同子項目，因此項目的竣工驗收是對各子項目分別驗收與移交。由政府生態環境局、水務局以及業主代表、茅洲河項目公司等單位組成的驗收組作為此階段主要利益相關方，聽取各子項目工程匯報，查看實地狀況和檔案，確認工程是否具備驗收條件。驗收過程還包括多項技術的試驗檢測以及單元工程施工質量評定。經過評定，各工序施工質量全部合格，且主要工序達到優良等級。同時，茅洲河項目驗收組對于在限定時間內具備移交要求的各標段、工區施工項目給予獎勵，不符移交要求的給予相應處罰。水質驗收方面，按照《深圳市小微黑臭水體驗收銷號工作方案》要求，深圳市生態環境局會同市水務局對全市范圍內的小微黑臭水體開展現場核查、水質檢測等工作，截至2019年底，全市1 467個小微黑臭水體已全部通過驗收銷號。

3.5 運營維護階段

項目竣工驗收交付后，便進入運營維護階段，也是項目全生命周期中時間跨度最長的階段，占整個生命周期的85%以上。這一階段在確保質量和安全的前提下，運用有效管理和維護手段，降低后期管理成本，實現經濟效益最大化。

茅洲河流域有關政府部門作為此階段的主要利益相關方，針對水環境治理后期維護管理的特殊性，系統規劃修建污水處理廠和補水管網，將處理后的污水作為活水補充到主要河道，實現尾水資源的充分利用。深圳市在25條支流設置了34個補水點，補水規模達96萬m3/d；東莞市鋪設補水管道12.4 km，補水規模約為13萬m3/d。深圳市統籌污水處理廠、管網、河道、泵站等關鍵環節，實行全要素管理，推出茅洲河流域智慧水務平臺并投入使用，此平臺涵蓋從采集到應用各個環節數據，能夠實現日常監督、運行管理、防洪排澇、水質監測的自動化、數字化、智能化，滿足不同級別管理機構決策調度和監管養護要求，大大提升了水務綜合管理能力。同時，政府在流域內積極推進“河長制”工作機制，實現茅洲河清水長流以及其生態功能的長效發揮。通過打造生態休閑文化帶，將茅洲河及其沿岸建設成為具有當代人文生活氣息和展示未來都市形象的風景線，沿岸的濕地和濱水公園已成為市民休閑場所，形成了良好的社會效益和運營環境。

4 茅洲河流域水環境綜合治理成功經驗

a.創新治理模式。為按期完成工程建設目標并達到水質考核要求，創新性地提出茅洲河治理項目“一個平臺、一個目標、一個系統、一個項目三個工程包”的治理模式，其中“一個平臺”指深圳市寶安區、光明區和東莞市的兩市三地聯動平臺，通過搭建該平臺協調流域內不同區市間需銜接和決策的事項；“一個目標”指需要滿足最終考核要求的水質目標；“一個系統”指將整個流域作為一個系統進行規劃；“一個項目三個工程包”指以茅洲河流域綜合治理作為一個項目，將流域內涉及的深圳市寶安區、光明區和東莞市三地各自作為一個工程包，明確其中主要利益相關方各自對應的施工責任主體和需要管控的體系。這樣的治理模式較傳統模式而言，將整個流域治理看成一個系統，對其中任務具體劃分，不同工程之間目的明確、重點突出，大大提升了項目實施的效率。茅洲河流域水環境綜合治理工程采用上述創新治理模式，順利如期完成工作，為國內相關大型治水工程提供了借鑒。

b.升級治理理念。早在2007年，茅洲河流域的治理工程就已開啟，開展了為期3年的防洪排澇治理，2010年，深圳市又啟動水環境治理工程，包括流域內污水處理廠和污水管道的建設。然而，2016年底中央環保督察組來到深圳進行實地調查后，仍然給出了流域內水質嚴重不合格的反饋。長期以來，茅洲河流域的治理收效甚微，治理過程未形成系統的治理理念，局部零敲碎打式的治理是茅洲河久治不清、清而復黑的根源。此次茅洲河流域水環境綜合治理結合項目自身的地區發展定位、流域自然地理、社會經濟環境等多方面內容，專門設計出一套兼具社會服務功能和生態服務功能的全方位多元化治理方案，提出了以水資源、水安全、水環境、水生態、水文化為指導理念的“五位一體”城市河流健康治理方法，通過對多方水源的合理引配，優化了流域內水資源的配置；通過對防洪澇工程、管網工程，以及海綿城市的建設，保障了流域水安全；通過正本清流、底泥處理、擋湖閘建設、濕地構建等手段實現了水環境優良和水生態修復的目標；通過對沿岸南粵風俗的挖掘，提升了茅洲河流域的水文化。茅洲河項目通過以上“五位一體”的建設，全方位、立體化地將環境改善、產業升級、土地增效、城市更新相結合，最大程度滿足不同利益相關者的需求，將治水與治城相結合，實現水經濟綜合效益的最大化。

c.強化科技支撐。茅洲河治理項目依托“六大技術體系”，在底泥處理處置、信息化建設、生物天然氣、水質提升、地下水處理、管道工程施工等領域取得多項具有自主知識產權的研究成果。參建單位通過完善技術研發頂層設計和組織體系，不斷推進科技創新和科研組織建設，搭建了產學研用創新機制；通過設置研究實驗中心為項目提供第一手的數據支撐，切實保障了項目的水質檢測需求。在治理過程中，茅洲河治理項目形成了淤泥漿體調理脫水、調質固結同位處置、河岸灘涂空間人工濕地構建以及河湖底泥資源化制備人工濕地填料等技術。項目按照現代花園式廠房模式設計、建造了世界最大的底泥處理廠，也是中國第一座現代化底泥處理廠——茅洲河底泥處理廠。該廠每月能處理底泥15萬m3，具備年處理100萬m3底泥的能力，在建成的4 年里，已處理超過300萬m3底泥，不僅解決了長期困擾地方政府的污染物出路問題，還可以利用這些河流治理過程中自身清淤產生的底泥，經過垃圾分揀、提砂、混凝、機械脫水等工藝技術，得到底泥渣土；并以渣土為原料，制備陶粒作為人工濕地填料，用于茅洲河沿岸景觀帶建設，同時富余部分還可供社會消納。項目通過對上述制得填料的回填、建材，實現了河湖污泥資源化利用，研發出綠色可持續的治理技術。

d.打造智慧水務。茅洲河治理項目為滿足政府為主的利益相關方后期管理方面的需求，打造的智慧水務平臺引入現代信息技術，促進各涉水學科的交叉融合，提高對流域水資源、水環境的精確把控。智慧水務在治理過程中直觀展現出供水管網的具體位置、使用型號、易出錯點等信息，使得治水思路、方略和決策更為科學，同時可為后期相關部門以及養護單位的日常監督和管理提供技術支撐，大大提升了茅洲河流域水務綜合管控和防洪防澇指揮調度與應急處置水平。與傳統水務相比，智慧水務可以全天候保障水質安全，通過監測數值判斷水質是否受到污染，若發現異常可根據具體位置與情況快速解決異常問題，從而節約人工成本并提高效率。同時，智慧水務能夠更好地整合整體水務調度，通過分析用水地區、用水高低峰期等信息，基于預測與推斷按需調度水資源。此外，深圳市水務局組織實施一系列水利信息化建設項目，建成了業務全覆蓋的水務信息自動化采集體系，基本構成上至省水利廳、市政府，下至各區防洪設施管理處、水庫管理部門、治河辦等直屬單位的互聯網絡，實現了水務信息共享。

e.加強協同治理。流域治理要打破行政邊界的束縛，一方面做到水流域整體各行政區域經濟發展的統一協調，另一方面更要考慮流域的整體自然邊界，充分保護與水流域整體相關的生態環境及其要素。茅洲河作為深圳市和東莞市的界河，其交界河段的責任歸屬問題也一度讓治理陷入困境。為達到水質考核要求，不僅需要深圳內部寶安區與光明新區采取水污染控制措施聯動，還需要深莞聯動，為此兩市建立了共治機制，對流域內水環境實施協同治理。區域環境治理除了地域上的合作，還需要不同利益相關方的協同。早期的茅洲河治理工程因為管道建設由市、區、街道、社區四級投資，分別委托的施工方之間缺乏協同，導致管網不成系統，出現大量錯接亂排、斷頭工程，污水處理廠建設不同步，沿岸工廠、居民不配合。這些利益相關方之間缺乏協同，很大程度上阻礙了項目的進程。綜上，對于跨區域、多主體的大型水環境綜合治理工程，首先需要明確政府治污的主體責任，同時流域內的其他利益相關方要共同參與、彼此協作，建立全流域聯合治污、各部門協作聯動的機制，形成環境治理新格局。

5 結 語

在當前我國洪澇災害頻發，水資源分配不均，水環境污染嚴重的背景下，針對特定流域的水環境綜合治理已刻不容緩。對茅洲河流域水環境綜合治理工程中的決策階段、設計階段、實施階段、竣工驗收階段和運營維護階段進行全生命周期管控，把握不同階段的側重點，采取不同的應對措施。該項目保證了治理工程的順利完工，提高了沿岸市民的生活水平，推動了流域內產業和城市化發展，取得了良好的經濟、社會和生態效益。基于該項目，本文總結出一套先進的水環境治理經驗，包括開創性的治理模式、立體化的治理理念、先進的治水科技和智慧水務、多方協同的治理格局等，這些都為全省乃至全國界河流域水環境綜合治理提供了借鑒經驗。