株洲市建宁港水环境综合整治工程设计

罗佳文， 郭晓涛， 赖杜锋， 钟良生

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司， 广州 510230）

2015 年4 月国务院颁布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）中明确了城市黑臭水体整治的总体目标： 到2020 年， 地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10% 以内； 到2030 年城市建成区黑臭水体总体得到消除。 目前， 大部分城市建成区黑臭水体整治已完成阶段性目标， 但长效保持仍相当艰巨。 本文以株洲市建宁港水环境综合整治工程为例， 分析总结黑臭水体整治过程中的技术路线，以期为后续黑臭水体整治工作提供参考。

1 项目概况及水环境治理目标

建宁港发源于荷塘区石子岭， 流域面积为36.9 km2， 干流长12.2 km， 河道坡降为3.5‰， 多年平均流量约为4 m3／s， 流经株洲市荷塘区、 芦淞区后汇入湘江， 是湘江的一级支流。 建宁港流域建成区面积为20.9 km2， 包含建成区建宁港主渠及10 条主要支流河道。 整个建宁港渠道系统现状面临着沿线私房及工业企业较多， 污水直排渠道， 各类垃圾肆意丢弃入渠， 渠道淤积严重等问题， 是株洲市各港中整治条件最复杂、 整治难度最大的港道。

本项目属中央环保督查重点项目， 也是省、 市重点督办项目。 整治港道为建成区建宁港主渠及果园支渠。 其中建宁港主渠南至湘江， 北至金山路，总长6.4 km； 果园支渠西至建宁港， 东至东环线，总长1.8 km。 水环境治理目标为2020 年底建宁港主渠及果园支渠基本消除黑臭， 远期水质达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类水质标准。

2 项目水环境摸查与分析

2.1 沿线直排口和污染源摸查

对建宁港主渠和果园支渠沿线直排口和污染源进行现场勘测和检测判别。 污水、 合流直排口总数共118 个， 总漏排入河污水量约为5.4 万m3／d； 雨水直排口总数共86 个， 无初雨污染控制措施； 发现6 处工业企业污染源需进行整治。 沿线直排口和污染源带入的污染负荷对河道水质产生较大影响［1］，加之其余9 条支渠污染水的汇入， 建宁港主渠和果园支渠已出现不同程度的黑臭现象。

2.2 水质及底泥评价

为全面掌握建宁港主渠和果园支渠的水质及底泥情况， 设计协同检测单位于2019 年6 月丰水期、12 月枯水期对渠道水质及底泥情况进行检测。

水质指标根据《城市黑臭水体整治工作指南》进行评价， 在建宁港主渠和果园支渠上、 中、 下游取多日多点水样进行水质分析。 建宁港主渠和果园支渠黑臭水体级别判定为“轻度黑臭”， 详见表1。

表1 河道水质检测结果及评价Tab. 1 River water quality monitoring results and evaluation

底泥重金属指标根据GB 15618—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》和GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行评价。 底泥重金属污染检测结果表明底泥重金属含量不超标， 底泥重金属酸浸浓度分析结果表明该底泥不属于危废， 环保清淤后的底泥经脱水后可进行资源利用。 底泥取样点同水质取样点。

从底泥中营养物质检测结果可知， 底泥中的营养物质含量较高， 氨氮、 总磷、 总氮的最高值分别达到1 060、 2 980、 4 150 mg／kg。 根据《湖泊河流环保疏浚工程技术指南》， 按照污染程度将底泥从垂直方向划分为污染底泥层（A 层）、 污染过渡层（B 层）和正常湖泥层（C 层）。 若不采取措施清理外源污染， 底泥将持续吸附水体中的营养盐， 导致本体的营养盐含量越来越高， 黑臭现象持续加重， 并且在自然条件下无法好转。

3 工程设计

建宁港流域建成区属于株洲市的高密度老城区， 沿线直排口污水和各支渠水体直接排入建宁港主渠后汇入湘江， 渠道水体呈轻度黑臭状态， 严重影响人居生态环境。 基于“厂-网-河-城”的水环境整治思路［2-3］， 结合项目水环境摸查情况， 制定“截污纳管＋内源治理＋岸带修复＋水生态构建＋活水循环”的工程技术路线。

3.1 截污纳管工程

现状排水体制基本为合流制， 截流式与直排式并存。 现状龙泉污水厂位于建宁港主渠和果园支渠交汇处， 其处理能力为20 万t／d， 服务范围包含建宁港流域建成区20.9 km2。 根据株洲市用水水平测算， 污水厂处理能力可满足雨季截流倍数N0＝2.6，建宁港现状污水主干管过流能力经复核可满足截流要求。

设计对沿线直排口进行截流， 实现旱季污水100% 收集， 雨季以N0＝2.6 的截流倍数控制雨季合流水污染。 保留建宁港主渠现状雨、 污水主干管系统， 新建3.6 km DN 1 000 mm 的污水主干管对现状雨、 污错混接错系统进行雨污分流改造， 果园支渠新建1.8 km DN 1 000 ～DN 1 200 mm 的污水主干管， 拉通补全建成区内污水主干管管网系统。

新建污水支管根据排口性质进行分类截流处理。 ①污水直排口： 对临渠散户进行雨、 污分流改造， 将大量的散户排污口（管径＜DN 300 mm）串联归并后集中接入沿河挂管截污系统， 对渠道沿线管径≥DN 300 mm 污水直排口全截流； ②合流直排口： 对渠道沿线合流直排口（DN 300 mm ≤管径≤DN 2 200 mm）进行截流， 对管径＞DN 2 200 mm 的大型合流排口， 采用智能截流井， 利用液位自动调节阀控制下开式堰门的开启度， 保证旱、 雨季的截流目标； ③雨水直排口： 对渠道沿线雨水直排口进行拦污弃流。 最终， 建宁港主渠和果园支渠污水经管网收集进入龙泉污水厂处理达标后排放至建宁港主渠下游。

3.2 内源治理工程

建宁港主渠和果园支渠内底泥多为黑褐色有臭味稀泥， 浅水处可见底泥裸露。 根据底泥检测分析结果可知， 建宁港主渠和果园支渠污染底泥厚度为0.5 ～1.5 m。 设计结合原渠道纵坡和环保清淤的相关要求， 清除污染底泥层（A 层）和污染过渡层（B 层）。建宁港主渠和果园支渠全线明、 暗渠交错且宽度大小不一， 设计在枯水期采用围堰进行干式清淤， 清淤量共计5.65 万t。 根据现场的施工条件制定以下清淤方案： ①对具备施工道路的明渠段采用机械清淤＋密闭车载； ②对无施工道路的明渠段采用人工清淤＋密闭车载； ③对暗渠段采用持续送风（保持氧含量检测）＋人工清淤（配备防毒供氧设备）＋移动吸泥泵＋密闭车载。 清淤底泥由密闭运输车运输至底泥临时脱水厂， 经压滤脱水处理后送至制砖厂进行资源化利用。

3.3 岸带修复及水生态构建工程

建宁港主渠和果园支渠左岸现状垂直浆砌石护岸保存较好， 设计按照原防洪标准将果园支渠右岸土坡驳岸改建为垂直浆砌石护岸。

建宁港主渠上中游段和果园支渠全段， 河面宽度大小不一且雨季水流速度较快， 无法进行水生植物生态系统构建。 设计选取建宁港主渠和果园支渠交汇处进行水生植物生态系统构建， 河面平均宽度为40 m， 两岸种植黄菖蒲、 美人蕉、 再力花、 梭鱼草等挺水植物， 渠底种植刺苦草、 黑藻、 伊乐藻等沉水植物， 提高河道水体自净能力。 为保障水生植物的淹没水深， 设计在建宁港主渠下游坡度较缓处新建液压坝1 座。 在不影响渠道直排口和龙泉污水厂排污口正常运行情况下， 液压坝的正常蓄水位选定为1.0 m， 其旱季拦蓄水的壅水长度刚好覆盖建宁港主渠及果园支渠交汇处河段， 形成约1.2 万m2的生态水面； 雨季坝体放倒平河床标高， 不影响防洪。

3.4 活水循环工程

建宁港主渠和果园支渠为雨源型河流， 渠道两侧直排口截流后， 将面临旱季无水和水生态功能减退的情况， 设计利用龙泉污水厂三期出水作为常态补水水源对渠道进行水生态功能维护。 设置一体化加压泵站输送至渠道各补水点释放至河道内， 补水量按照渠道生态环境需水量的方法计算。

渠道生态环境需水量指为维持河流水生态系统平衡， 使其具有最基本的水体自净能力所需的最小径流量， 主要涵括了满足河流生态基流、 保持水体稀释自净能力的功能型需水量， 以及参与蒸发、 下渗等水文循环过程的消耗型需水量［4-6］。 结合雨源型城市内河水文、 生态环境特征， 建立了建宁港生态环境需水量计算模型， 如下：

式中： W 为渠道生态环境需水量， m3； Wzf为渠道蒸发需水量， 单位m3； Wsl为渠道下渗需水量， m3； Wjl为渠道生态基流量， m3； Wjg为景观环境需水量， m3； Wzj为渠道稀释自净需水量， m3。

根据当地气象、 水利统计数据， 建宁港主渠和果园支渠多年平均径流量分别约为7.23 万m3／d 和1.52 万m3／d， 日 均 蒸 发 量 分 别 为289 m3／d 和34 m3／d， 日下渗量分别为1 085 m3／d 和228 m3／d。 渠道生态基流量采用蒙大拿法（又称Tennant 法）计算， 按一般水量的标准取基流百分比20%。 景观环境需水量按照补水水深30 cm 控制， 补水频率2 d 一次计算。 渠道稀释自净需水量根据渠道水质检测数据进行计算。 渠道生态环境需水量计算结果如表2 所示。 综上所述， 建宁港主渠和果园支渠的河流 补 水 量 分 别 约 为1.58 万m3／d 和0.33 万m3／d，总补水量为1.91 万m3／d。

表2 渠道生态环境需水量计算结果Tab. 2 Calculation results of channel ecological environment water demand

4 工程实施效果

4.1 公众评议调查

建宁港主渠和果园支渠治理完成后， 由第三方单位对黑臭渠道周边群众开展公众评议调查。 统计结果显示： 建宁港黑臭水体整治效果的公众满意度高于90%。 经五方责任主体验收认定， 项目整治效果达标。

4.2 水质检测结果

由第三方水质检测单位对建宁港主渠和果园支渠布点检测， 按照《城市黑臭水体整治工作指南》要求， 共设置了15 处监测点进行了持续检测， 水质指标均满足消除黑臭水体的考核要求， 实现了工程目标。 整治前、 后水质监测数据详见表3。

表3 水质监测指标Tab. 3 Water quality monitoring indicators

5 结论与建议

（1） 在边界工程同步治理前提下， 采取“截污纳管＋内源治理＋岸带修复＋水生态构建＋活水循环”的工程技术措施， 可实现项目水环境整治目标。 建议水环境整治PPP 项目实施阶段宜对黑臭水体判别进行复核， 特别关注项目立项至实施期间交叉建设工程和应急抢险工程所造成的影响， 优化治理技术路线以确保投资用到实处。

（2） 截污纳管＋内源治理是确保建宁港主渠和果园支渠水环境综合整治效果的关键措施。 通过修复缺陷管道和雨污混接错接改造， 完善了工程范围内污水主干管系统。 建议后期应结合《株洲市海绵城市建设专项规划（2016—2030）》、 《株洲市初期雨水治理专项规划（2018—2035）》， 加快推进流域内海绵城市建设及雨污分流改造工作。

（3） 岸带修复＋水生态构建＋活水循环宜充分结合渠道的水利条件， 进行河道形态和水体形态塑造， 构建以城市污水再生处理和生态利用为核心的活水循环系统， 促进水体的良性生态恢复和自净能力提升。

（4） 9 条汇入支渠应同步进行水环境整治并确保治理效果， 推动流域内的管网清淤挖潜， 有效防止雨天冲刷带出的管道污染物造成渠道的返黑返臭。 建议流域内水系由运维单位统一管理， 加强对渠道和管网的后期运行维护管理， 确保水环境长治久清。