深圳市宝安区水环境综合治理模式及其成效

余 义 瑞，史 贵 君，武 星，张 博 昱，陈 垚，张 永 宜，罗 莺 芳

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710000； 2.西安中交环境工程有限公司，陕西 西安 710000； 3.重庆交通大学 环境水利工程重庆市工程实验室，重庆 400074； 4.深圳市宝安区水务局，广东 深圳 518000)

随着工业经济及城市化进程的快速发展，我国城市河流约有90%受到了污染[1]，造成水体滞流、复氧能力差、透明度低，底泥淤积严重，甚至产生了黑臭现象，导致城市水环境严重恶化，且已严重影响到了生产、生活和生态。大量研究[2-4]表明：当城市水体污染负荷远远超过城市有限受纳水体的环境容量和自净能力时，将造成河水中NH3-N、COD等污染物严重超标，微生物的呼吸作用会大量消耗溶解氧，使水体处于严重缺氧状态，微生物厌氧分解旺盛，产生难溶于水的恶臭气体(如CH4、NH3-N、H2S)，致使水体发臭；同时，在缺氧条件下，黑臭水体中会产生大量还原性离子，比如Fe2+、Mn2+与水中S2-形成深色物质(如FeS、MnS等)，致使水体发黑，水生生态系统结构受到破坏，城市河流水环境生态系统处于失衡状态。

根据住房和城乡建设部、生态环境部“全国城市黑臭水体整治信息发布”监管平台[5]提供的信息，截至2017年10月，全国295个地级及以上城市中，共有224座城市经排查确认建成区有黑臭水体2 100个。其中，直辖市、省会城市、计划单列市共计36个高密度城市(建成区面积和人口都占全国1/3强[6])的黑臭水体有897个，占全国黑臭水体总数的37.8%[7]。由于污染成因复杂、河道周边建成度高、改造难度大、生态品质需求高，造成高密度城区的黑臭水体治理难度最大。深圳市作为 “双区”建设城市，在短时间、重任务、大难度下，高效完成了相关治理工作，并取得了显著成效，成为高密度城区黑臭水体治理的典范，其治理模式具有推广价值。为此，笔者以深圳市宝安区为考察对象，从顶层设计、治理模式、治理措施等方面分析总结了其治理经验，以期为国内其他城市建成区黑臭水体治理提供参考。

1 治理前宝安区水环境概况

1.1 河流概况

深圳市宝安区共有66条河流(直接入海的河流有26条，一、二级支流有40条)，河流总长为271.23 km(防洪达标155.00 km)，流域面积约为397 km2，河道水污染严重(64条河流的水质为劣Ⅴ类)，感潮河流多(50条)，防洪达标率低(44%)，内涝问题突出(占全市1/4)。图1为深圳市及宝安区水系分布情况。

图1 深圳市及宝安区水系分布情况Fig.1 The water system distribution in Baoan District，Shenzhen

1.1.1河流水文特点

(1) 河流属雨源型河流。地表径流小，约80%的径流量集中在汛期(4～9月份)，枯水期径流基本由生产和生活污水组成，缺乏生态基流，水生态环境差。

(2) 河流槽蓄条件差。主要表现为短、窄、浅的特点，雨洪利用率极低。

(3) 水系较为发达。河流密度较大，洪水影响敏感性较强，防洪压力大。

(4) 感潮河流数量多。66条河流中，有50条为感潮型河流，感潮河段占总河长的50%左右，沿海片区的河涌和排水管渠易受潮水顶托而造成内涝。

1.1.2水质及内源污染情况

改革开放以来，宝安区的工业经济得到了快速发展，全区共有工业企业4.6万余家，涉水重点污染源企业有637家，小废水企业高达2 500多家；河流污染严重，水中的氨氮、总磷等指标严重超标，河水发黑发臭，底泥淤积深厚，而且富含重金属、有机质等污染物。以宝安区第一大河流茅洲河为例，根据《深圳市环境质量报告书》，2007～2012年茅洲河干流的主要水质指标均值如表1所列。

表1 2007～2012年茅洲河干流主要水质指标Tab.1 The water quality of Maozhou River in 2007～2012 mg/L

1.2 雨污管网覆盖情况

按照“十三五”规划，深圳市市政雨污分流管网缺口达4 260 km，其中，宝安区为2 345 km，占比为55%。“十二五”期间，全区仅建设市政雨污分流管网399 km。此外，宝安区存在较多的城中村、工业小区，错接乱接、雨污混流、直排河道现象严重。2017年以前，全区4 681个排水小区，仅有88个小区具备完善的雨污分流系统。

1.3 面源污染情况

宝安区属于城市高密度建成区，降雨冲刷、汽修、餐饮、农贸市场、垃圾转运站等场所形成的面源污染严重。

1.4 污水处理厂建设情况

宝安区的污水处理站建设起步较晚，直至2008年才建造完成第一座污水处理厂。截至2017年，宝安区的污水处理能力仅为66.5万t/d，而供水则超过了120万t/d。

2 宝安区水环境治理顶层设计

2.1 全流域治理、系统治理、源头治理

2016年始，宝安区大胆决策，将全区64条河流划分为茅洲河、大空港、前海铁石三大片区，如图2所示。按照从末端截污向正本清源延伸、从骨干河道向支流系统辐射的思路，在全流域治理的大幕下，精准治理每一条黑臭水体。

图2 宝安区水环境流域治理划分情况Fig.2 The division of water-environment harnessment in Bao′an District，Shenzhen

2.2 “地方政府+大型央企”大兵团作战

考虑到治理范围广阔、污染严重、工期紧迫，而且考核压力巨大，宝安区决定将相关联的工程打包，以公开招标的方式确定一家综合实力强的总承包单位，借助于大型央企的人才、技术、经验和设备优势，采取设计采购施工一体化建设模式，进行全流域统筹，对项目进度、施工质量、水质目标进行整体把控。

3 宝安区水环境治理模式

3.1 创新整治模式

紧扣“水十条”考核目标，采取EPC建设模式，将河流治理、污水管网建设等各类型项目作为一个工程包。

3.2 创新项目管理模式

采取“1+1+4”管理模式(建设单位，EPC总承包单位，管家单位+监理单位+造价咨询单位+检测监测单位)，实行全程跟踪管理。同时，为保障项目顺利推进，宝安区建立了“区-街道-社区”3级协调保障机制，并成立了指挥部。表2列出了项目主要参建方的工作职责。

表2 项目主要参建方的工作职责Tab.2 The main responsibilities of relevant participating units

3.3 创新投资控制模式

实行“五控一把关”、全过程控制，控制投资规模、建设规模、支付额度、最终规模，并由深圳市水务主管部门进行技术把关，加强投资控制。

4 宝安区水环境治理路线

图3 深圳市宝安区水环境综合治理措施Fig.3 The measures of water-environment comprehensive treatment in Bao′an District，Shenzhen

4.1 工程技术措施

4.1.1建管纳污

袁绍春等[8]对重庆市盘溪河流域内各污染源贡献率进行了研究分析，结果显示各污染源按污染严重等级排序为：生活污水>不完全分流制溢流污染>面源污染>湖库内源污染。对于城市建成区水环境综合治理而言，外源减排和内源清淤是基础，水质净化是阶段性手段，水动力改善和生态恢复是长效保障措施[9]。宝安区在水环境治理中，重点建设完善的市政雨污水收集管道，实现雨水和污水全分流。生活污水经污水管道收集后输往污水处理站进行集中处理，中小雨或大暴雨污染严重的初期雨水，经截留系统截留后输往污水处理站、雨水调蓄池、人工湿地处理，最大限度地减少外源污染物输入河道。截至2019年底，宝安区新建纳入市场化运营管理的排水管网已累计达12 248.785 km。

4.1.2正本清源

从末端截污向正本清源延伸，对小区、工厂、企业、写字楼、公共建筑等实施正本清源，建设完善的雨污分流系统，构建化粪池、隔油池、沉砂池等预处理设施，从源头剥离雨污水，进而消除河道截污总口，释放上游清洁的基流，还原河道属性。截至2019年底，宝安区累计完成正本清源改造排水小区2 937个，消除河道截污总口89个。

4.1.3初雨弃流

雨水径流通常会携带大量的污染物，这些污染物主要包括悬浮物、营养物、重金属和有机物等[10]。根据美国环保署(U.S.Environmental Protection Agency，USEPA)的大量调查结果，城市雨水是美国沿海水域最重要的污染源[11]。类似地，在澳大利亚，雨水径流也被认为是城市河流和沿海水域的主要污染源[12]。雨水径流污染主要集中在降雨初期，截留处理初期雨水对于水环境的改善具有重要影响。截至2018年底，宝安区增设了排水小区环保雨水口23 041个，新建初雨弃流井1 437座、调蓄池66座，强化初雨径流的收集处理，有效地削减了面源污染。

基于周期性和匹配条件，利用初始扰动ΔXi和冲击瞬间的转移条件，将任意两个相邻碰撞之间n-1运动的扰动解写为：

4.1.4清淤疏浚

河道底泥是入河污染物、特别是营养物质的主要蓄积场所，各种来源的营养物质经一系列物理、化学及生化作用，沉积于河底，形成了疏松状、富含有机质和营养盐的灰黑色底泥。一方面，水中颗粒物作为污染物的载体，对污染物在水环境中的迁移产生了贡献；另一方面，颗粒物作为一种媒体，影响污染物在水环境中的各种化学和生物转化行为，从而增加了污染物在水环境中动态循环过程的复杂性。受污染底泥中耗氧性有机物、氮磷物质、重金属、难降解性有机物等污染物的浓度往往要比上覆水中高出几个数量级。河流底泥与上覆水之间不停地进行着物质交换和能量交换，底泥中的各种污染物质也与上覆水保持着一种吸收与释放的动态平衡，一旦环境条件发生改变，污染物质就会通过解吸、扩散、扰动等方式重新释放出来污染上覆水水质，从污染物的“汇”变成污染物的“源”[13]。虽然截流、加强污水深度处理等措施的实施减少了污染物进入水体的外源输入，但是河流受污染底泥的内源释放却在很大程度上延缓和限制了污染水体的修复速度和修复效果，对城市水环境的有效治理产生了重大影响。同时底泥淤积严重削弱了河道的行洪能力，降低了防洪标准，影响到了水安全。在水环境治理中，对污染严重的黑臭水体开展生态清淤，降低内源污染负荷尤为关键[8]。

大量研究[14-17]表明：底泥细菌群落在河流生态系统中发挥着重要作用，包括有机质降解、营养物质循环等。盲目清淤过深，不仅浪费工程投资，而且会破坏底泥中微生物群落构造，影响水体自净；如果疏挖过浅，则达不到修复效果。为此，宝安区在河道治理中通过底泥柱状样的理化分析，结合底泥吸附解吸试验，根据河道不同深度沉积物中的总氮、总磷、重金属等污染物质含量的变化，以及不同沉积物柱状样氮、磷吸附解吸实验结果，最终确定了风险清淤深度和达标清淤深度，如图4所示。达标清淤深度是以吸附解吸实验结果得到上覆水为地表水质Ⅴ类水标准时的平衡浓度为对应的疏挖深度，而风险清淤深度是指结合不同深度沉积物中的重金属风险值、总氮、总磷含量特征，并参考吸附解吸实验结果所确定的疏挖深度。

图4 茅洲河不同河段清淤深度Fig.4 The dredging depth of different reaches of the Maozhou River

4.1.5多源补水

河道为雨源型河流，枯水期缺乏维持自净所需的生态基流。为此，宝安区利用城市再生水(污水处理站尾水)、清洁地表水、海绵系统净化的雨水，对河道进行生态补水，以增加水体的流量，促进河水的流动和污染物的稀释、扩散与分解，实现活水保质。

4.1.6生态修复

污染环境中的有机物除小部分是通过物理、化学作用而被稀释、扩散、挥发及氧化、还原、中和而迁移转化外，大部分是通过微生物的代谢活动得到降解转化[18]；而传统的河道硬化方式却割裂了土壤微生物与水体间物质交换渗透关系，破坏了生物多样性，严重影响到了河流的自净能力。研究显示，生物治理法(微生物及水生植物)与传统的治理黑臭水的物理化学方法相比，具有生态安全、效果显著等特点[19-20]。微生物菌株能够通过快速消耗黑臭水中的有机物，从而提高溶解氧浓度，进而大幅度改善水体黑臭状态[21]。程庆霖等[22]研究表明，人工湿地、生态堤岸是提高水体自净能力的重要途径之一。郝贵玉等[18]研究指出，将生物修复技术应用于黑臭水体治理时，必须与截污、清淤等主流治理技术同步结合，否则会由于外源污染物不断注入，底泥污染物不断释放影响生物修复的效果，甚至会导致功亏一篑。宝安区水环境治理过程中，大量构建了人工湿地、水下森林、雨水生物滞留系统、雨水过滤系统等生态处理设施，利用植物根系吸收、微生物氧化分解、介质过滤吸附等作用来大幅削减污染物，一方面可以净化河流水质，另一方面也可以滞留调蓄雨洪，降低城市内涝风险。

4.2 非工程技术措施

4.2.1排水管理

全面开展小区排水纳管审核并核发排水许可证，建立长效管理台账机制以及定期复查的机制，以证促治，确保生活污水预处理达标。

4.2.2宣传引导

开展多层次、全方位宣传，充分发挥街道、社区基层组织作用，营造全社会关心治水、参与治水、监督治水的良好氛围，形成社会共治、全民参与的治水新格局。

4.2.3监管执法

高效运作河长、湖长制，坚持区、街道、社区3级河长全覆盖，编制河长、湖长工作手册，开展街道河长制工作督导检查，对各街道河长制工作开展情况进行全覆盖检查。规范强化固定污染源监管，坚持实施“全面监管、巡办分离、智慧管控”，实行“四个一”制度。

5 宝安区水环境治理成效

围绕水质考核目标，宝安区不断创新建设模式和治理措施，取得了水环境综合整治显著成效。截至2019年底，全区河流实现“零干河、零黑臭”，共有42条河流达到地表水Ⅴ类以上。以宝安区第一大河茅洲河的治理为例，茅洲河国考断面、省考断面A(燕川断面)、B(羊涌河大桥断面)、C(共和村断面)的空间位置如图5所示，图6和图7则分别显示了2014～2018年A、B、C断面水体中NH3-N和TP平均浓度的变化情况。

图5 茅洲河国考断面、省考断面空间位置分布情况Fig.5 The distribution of national and provincial test sections of the Maozhou River

图6 2014～2018年茅洲河国考断面、省考断面水体中氨氮平均浓度变化情况Fig.6 The changes of ammonia nitrogen in 2014～2018 at the national and provincial test sections of the Maozhou River

图7 茅洲河国、省考断面2014～2018年总磷平均浓度变化情况Fig.7 The changes of total phosphorus in 2014～2018 at the national and provincial test sections of the Maozhou River

现场监测结果表明：茅洲河的国考断面、省考断面水体中的COD、SS水质评价指标不存在过度超标风险，而氨氮和总磷浓度严重超标。因此，茅洲河国考断面、省考断面水质评价指标主要以氨氮和总磷为主。分析图6可得：水体中NH3-N含量削减效果明显，整体呈现为大幅下降的趋势，2018年，A、B、C断面水体中的NH3-N平均浓度分别为4.04，3.72 mg/L和7.34 mg/L，对比2014年，分别下降了79%，77%和69%。水体中TP含量的削减成效也较为显著，2018年，A、B、C断面水体中的TP平均浓度分别为0.79，0.62 mg/L和0.97 mg/L，对比2014年，分别减少了79%、80%和69%(见图7)。截至2019年底，茅洲河11条一级支流中，除衙边涌不稳定达到Ⅴ类水标准以外，其余均已达标，2019年，C断面(国考断面)水体中的NH3-N及TP平均浓度分别为4.49 mg/L和0.58 mg/L，对比2018年，分别下降了40.9%和42.7%；A断面(省考断面)水体中的NH3-N及TP均值已达地表Ⅴ类水的标准。

6 结论与建议

深圳市作为“两区”建设城市，它在城市水环境综合整治方面起到了先行示范的作用；宝安区作为深圳市治水任务最繁重、难度最大、成效最显著的辖区，其成功实践也给其他城市治理水环境提供了重要的借鉴经验。本文从顶层设计、治理模式、治理措施等不同维度，对深圳市宝安区治水实践进行了剖析，从中得出以下主要结论：

(1) 城市水环境综合整治必须实行全流域治理、系统治理和源头治理。如果仅单独治理某一条黑臭河流，容易陷入“头痛医头，脚痛医脚”的散片化治理泥潭，应按照“从末端截污向正本清源延伸、从骨干河道向支流系统辐射”的思路，在全流域治理的大幕下，精准治理每一条黑臭水体。

(2) “地方政府+大型央企”的EPC治水模式及“1+1+4”的管理模式简约高效，能全方位、高效地提速水环境治理工作。

(3) 城区黑臭水体治理必须坚持“建管并重”的原则，严格排水管理和执法监管。

(4) 城市水环境综合治理作为一个大型的技术课题，涉及到水利学、污水处理等多个学科，因此需以地方政府统筹为主，明确技术路线、时间节点等。

反观国内其他一些城市建成区的黑臭水体治理，基本上仅实施了截污纳管和河道底泥清淤，这些举措确实能在晴天改善河水水质，但河道水质往往在雨天会出现黑臭“反弹”现象。一方面，这是由于大气降雨及地面冲刷形成的径流携带有大量污染物进入雨水管道，同时流量激增将使平时堆积其中的大量污染物流入河道，特别是降雨初期；另一方面，如雨污分流不完备，虽然在晴天时可以全部收集错接、偷排、漏排污水输往处理设施，但是当雨天水量超出初雨弃流的能力时，则将溢流进入河道。

综上所述，笔者建议：在截污、清淤的基础上，仍须重点强化初雨弃流处理，落实城市面源污染控制及雨水口溯源整治措施。此外，宜将治水与治城、治产相融合，并协调生态、生产与生活，推动工程治水向产业兴水、居民乐水转型升级。