暗涵式河道黑臭水体的环境综合修复技术实践研究

何 宁

(深圳市罗湖区水务局，广东 深圳 518000)

深圳市经过30年的建设，城市市政排水基础设施建设得到长足的发展，但在其城市发展进程中排水系统依然面临一些困境，系统布局不够完善、污水未处理直接排放、排水支管系统建设依然滞后，在一定程度上也制约了城市经济的发展。

暗涵是城市排水管网体系中广泛分布的一类构筑物[1]，在城市黑臭水治理排查的过程中，暗涵式黑臭水问题不断涌现。本文以笔架山河黑臭水整治工程为背景，通过识别黑臭水体及其形成机理与变化特征，分析城市黑臭成因，应用 “控源截污、内源消解、水质净化” 的综合治理思路[2-3]，通过河道清淤、截污，以及明渠段错接整改工程等针对性的整治措施，全面实现消除黑臭，清污剥离，改善人居环境质量。

1 暗涵式黑臭水体成因分析

暗涵式黑臭水体形成于城市原有的历史水系，经过人类活动改造干预后变为密闭式水体，在长期光照不足、封闭厌氧的环境中逐渐演化为黑臭水体，其具体形成原因可以归类为[4]：

(1)城市综合规划不深入。在城市快速扩张的今天，部分城市给排水治理的顶层设计过于浅显，不能因地制宜、因时制宜的考虑经济、社会、人文以及自然环境等客观因素，缺乏城市各个区域水环境现状的检查反馈。

(2)暗涵等排水基础设施建设管理不完善。城市现有排水基础设施多面临运营管理混乱的问题，对既有排水管网的摸排不够清晰，新建的管网运维不够健全。

(3)暗涵式空间封闭缺乏光照。暗涵式的排水管道多处于狭小封闭的空间中，在这个微环境中的水体多缺乏足够的自然光照，难以供给足够的溶解氧，水体自净能力较低，加之日常使用过程中污水的排入，导致大量的厌氧微生物繁殖，分解代谢产生黑色污染分泌物和有害气体，逐渐演化成黑臭水体。

2 工程概况

2.1 区域概况

笔架山河发源于笔架山，流经福田与罗湖两区，末端汇入布吉河，是布吉河的一级支流，深圳河的二级支流。笔架山河总长9.06 km，金湖下库以下河道总长约5.82 km，其中，明渠长0.53 km，暗涵长5.29 km。流域面积11.71 km2。

2.2 工程区域箱涵现状

笔架山河起点至金碧路，此段暗涵位于银湖汽车站广场下，暗涵也由起点的单孔增加到两孔，暗涵埋深约3.5～6.8 m不等，暗涵内淤积深度约0.5 m。

金碧路以下存在约500 m的明渠，渠道两岸护坡及渠底均为混凝土或浆砌石硬质化结构，渠道内水深约30 cm，流速较快。

明渠结束后至泥岗西路段暗涵位于泥岗西村下，整个暗涵大部分位于建筑物底下，结构为单孔浆砌石盖板涵，涵内淤积深度约0.5 m。

从泥岗西路至笋岗东路段暗涵主要沿着八卦路、八卦三路、展艺路和宝安北路铺设，主要位于道路下方，结构为双孔箱涵，箱涵内淤积深度0.5 m。

从笋岗东路煤场路段暗涵主要沿着宝安南路、桂园北街、松园路铺设，主要位于道路下方，结构为浆砌石盖板涵，暗涵内淤积深度约0.5 m。其中，笋岗东路至桂圆中学、红桂小学至宝丽大厦以及龙园创展大厦下游这三段箱涵为淤泥层较厚的软基段， 淤积厚度均超过50 cm，龙园创展大厦下游60 m软基段平均淤积厚度约3.50 m。从煤场路至终点位置段暗涵主要位于道路下方，或紧邻建筑物，暗涵内淤积深度约0.5 m。

通过对笔架山和全段底泥检测，经分析，总砷、总汞、总铬、总锌、总铅、总镍、总铜指标均低于城镇污水处理厂污泥泥质标准值，检测结果见表1。

表1 笔架山河段底泥检测成果 mg·kg-1

2.3 工程排水系统现状

笔架山河沿线共461个排放口混流污水流入笔架山河，后于嘉宾桥北侧汇入蔡屋围泵站提升至宝安南路1.3 m×1.9 m的箱涵中，最终流入滨河污水厂。雨季溢流污水通过笔架山河截污闸汇入布吉河，最终进入深圳河。河流主要功能为排泄上游水库下泄流量，排除区间城市降雨汇水。

2.4 工程水环境现状

根据深圳市地表水环境功能区划，深圳河、布吉河的水质目标为Ⅴ类，为中度污染河流，平均综合污染指数 0.167。监测结果中，超标水质因子主要为氨氮和总磷，最大超标倍数分别为2.01倍 和0.18倍。从监测数据看，笔架山河的水质情况不容乐观。

3 暗涵黑臭水体综合治理

3.1 工程方案比选

暗涵清淤应依据因地制宜、合理选择高效、高质、环保、节能的原则进行合理的选择，常用的清淤方案有：机器人清淤、装载机清淤、移动式吸泥泵、人工清淤、水力冲洗。各种底泥疏浚优缺点对比见表2。

表2 底泥疏浚优缺点对比情况

本次清淤工程区域交通网络错综复杂，且暗涵紧邻主干道铺设，涉及渠道均为封闭式暗涵，综合考虑以上情况，本次清淤采用水力冲洗、人工清淤、小型机械清淤三种清淤方案，针对暗涵不同位置， 具体作业过程中根据现场情况择优选择。

笔架山河、及水排口为461个。利用现有物探资料，结合溯源情况，对每个排口实施截污。首先，尽可能在渠道外部剥离入渠污水，本工程采用“密闭式截流管+提升泵站”的截流方式。

3.2 工程综合治理措施

3.2.1 管线探测

通过综合探测技术摸清暗涵式黑臭水体所在区域排水管网现状，测明排水管线网属性信息。

3.2.2 溯源调查

溯源调查是依据管线探测的数据，进一步查明小区内部的污染源。管线探测是手段，溯源是目的。调查采用开井调查污染源头，利用QV潜望镜查清排水管道内暗接的支管并投影到地面，进行污染源头追溯，此类污染源是指错接、乱接等情况下接入至排水管网的污染点。

3.2.3 截污工程

到目前为止，笔架山河雨污分流改造仍然不完善，混流区域部分区域直接进入污水管网，大部分区域混流入河。因此，预计本工程旱季直接入渠污水量为14 992 m3/d。本工程在渠道内实施截污，达到兜底作用，防止旱季时污水直接入渠，采用密闭式截流管收集笔架山河污水，笔架山河共分A、B、C、D四段。工程截污管设计具体如图1。

图1 笔架山河河截污管做法(单位：mm)

3.2.4 清淤工程

本工程河道清淤主要利用枯水时段进行施工，采用分段围堰导流方式，保证清淤作业处于干地条件，为后续截污工程创造作业环境，施工区段按照200 m划分，作为一个施工单元。施工时，在每个施工单元上、下游设置两道围堰拦断箱涵，上游来水利用水泵抽水至河道下游。围堰采用袋装土进行填筑，围堰超高0.5 m，围堰堰顶宽度为0.5 m，迎水面边坡设为1∶1，背水面边坡设为1∶1。施工导流根据河段不同主要采用以下三种模式，见图2。

(1)水泵导流模式。对于宽度小于4 m的单孔箱涵，采用此模式进行施工导排。

(2)多孔箱涵导流模式。多孔箱涵导流采用“逐孔施工，逐孔导流”的单孔全封堵导流方式。

(3)单孔大跨度箱涵导流模式。对于宽度大于4 m的单孔箱涵，采用“半围半导”的导流方式进行施工作业。

图2 三类施工导流图示

施工段内降水主要采用水泵(WL210-7-7.5)进行抽排，采用连续24 h工作制进行施工。

根据箱涵勘查资料，笔架山河内部上半段与明渠段淤积程度较低，后半段淤积较多，底泥淤积程度因段而异，淤积厚度在0.2～1.3 m不等。本工程采用分段清淤、机械清淤与人工清淤相结合，暗涵清淤方案如下：

(1)人工清淤。暗涵排水干挖前，先确定人员和设备的工作井位置。暗涵排水选用流量为210 m3/h 的水泵。暗涵排干后向涵内送风、抽风，保证涵内没有浊气。清淤时，淤泥由人工装小型运输斗车转运至工作井，再通过吸污车转运至路面，装20 t密闭式淤泥运输车后，按选择的运输方案进行后续的处理。

(2)机械清淤。暗涵排水干挖前，先确定小型装载机下河口或便道。河水排干后，将小型装载机吊装放入暗涵口，采用小型装载机进入箱涵内部对淤泥进行疏挖，疏挖后的淤泥经装载机转运到明渠口预留的8～10 m淤泥转运区内，转运区的淤泥经过晾晒后再利用吊车吊装至20 t封闭式的淤泥运输车，再按选择的运输方案进行后续的处理。河道排水选用流量为 210 m3/h的水泵(WL 210-7-7.5)，根据流量情况选取合适水泵数量。

3.2.5 错接整改工程

根据溯源报告，对笔架山河上游明渠段正本清源不彻底的金景花园、金湖大酒店、引航宾馆及银湖中小巴站共4个小区进行错接整改，设计管道总长175 m(DN200～DN400)。

3.2.6 清疏底泥处置

本工程依托茅洲河1#底泥处理厂对清疏出的底泥进行处理，实现了底泥的“减量化、无害化、稳定化”处理。

3.2.7 暗涵软底段河床地基处理

暗涵部分区段为天然河床，管道底部仍存在淤泥或淤泥质土软底，软底地基承载力较低，如不妥善处理，无法满足截污管道安装要求，且将影响暗涵水质。经调查发现，笔架山河部分天然河床存在较厚软底，根据地勘报告，大部分区域淤泥厚度0.5～0.8 m，局部区域淤积土厚度3.25～3.70 m。本工程按照厚度不同分别采用素混凝土抛填碾压、松木桩进行处理。具体方案如下：

方案一：清淤前软底厚度h≥1.0 m时，暗涵底部全断面采用“松木桩+褥垫层+钢筋混凝土底板”处理；

方案二：清淤前软底厚度 0.5 m≤h<1.0 m时，管道下方局部采用素混凝土抛填碾压，抛填碾压最小厚度按0.3 m控制。

4 工程效益

4.1 工程实施后旱季污水收集的效果分析

随着本工程的实施，工程范围内的区域基本实现分流制排水，通过以上设计方案，预计工程实施完成后，能实现片区旱季污水收集率达到 90% 以上，如图3。

图3 各渠道正本清源污水削减量效果

4.2 社会效益和环境效益

本工程实施后，可有效地减轻受纳水体的水污染问题，改善城市市容，提高卫生水平，保护饮用水水源，保护人民身体健康。

4.3 经济效益

本工程并无显著的直接投资效益，其投资的间接经济效益较为重要，主要是通过减少污水污染对社会造成的经济损失而表现出来。

5 结 论

本文以笔架山河暗涵黑臭整治工程为背景，分析城市黑臭水体的成因主要为：城市综合规划不深入，暗涵等排水基础设施建设管理不完善，暗涵式空间封闭缺乏光照。笔架山河暗涵段的治理难题在未开挖段的黑臭水体的探测和治理上。通过合理探明污染分布和总量后，采用分段导流清淤、密闭式截污、错接整改、清疏底泥和河床地基处理的综合治理方法，实现了有效治理。通过对该工程渠道治理，发现当前的城市暗涵在设计上仍普遍存在源头雨污混流、错接乱排、干管部分缺失、沿河排口众多、河道淤积等诸多问题，这些都是导致黑臭水体复发难治的根本问题，本文在研究防止黑臭水体复发问题上仍有一定的空间。