河网型城镇潮汐补水综合技术研究

白东东，贾烘懿，杨弘铿，许海佳，韦建军

(中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙 410000)

0 引 言

为全面贯彻落实《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》(国发〔2015〕17号)、《广东省人民政府关于印发广东省水污染防治行动计划实施方案的通知》(粤府〔2015〕131号)和《中山市人民政府关于印发中山市水污染防治行动计划实施方案的通知》(中府〔2016〕34号)，切实改善水环境质量，促进中山市生态文明建设和绿色低碳发展，针对中山市近年来因人口和企业规模数量的增长、生活污水和工业废水排放总量急剧增加、城市水环境污染日益严重、水体发黑发臭严重影响到周边居民的生活环境的现状，基于资源高效利用的治理理念，提出借助当地得天独厚的潮汐资源、充分利用潮水涨落规律进行河涌补水活水的方案，是一种有效、低耗、智慧、绿色的水质提升措施。本文以智慧水务系统联控闸门、智慧水务系统联控钢坝等技术为依托，形成潮汐河网型城镇补水活水体系，为相似地区水质提升提供思路参考。

1 依托项目概况

中山市某组团黑臭(未达标)水体整治提升工程位于广东省中山市港口镇，地处珠江三角洲河网区，境内河道纵横交错，港口沥、浅水湖、含珠滘3条主要河涌横贯其中。工程区域属于典型的河网型城镇，河涌分布密集，各河涌水系相互连通，河涌内水流速度缓慢，受到涨落潮的影响多数河涌往复流动，不利于水体的循环交替作用。

工程治理范围为港口镇小榄水道以南的40条(段)河涌，河涌总长合计74.01 km。各河涌出口均有水闸控制，内涌水位受水闸调控；同时到潮汐影响，河涌多为双向流或断头涌，容易造成回流和淤积，河涌污染严重，水质恶化。河涌治理施工前对河道水质进行了采样和检测分析，参照《城市黑臭水体整治工作指南》进行水质评价，40条河涌现状水质均为劣Ⅴ类。

2 传统调水补水方案

2.1 补水方案措施一

2.1.1 补水措施

中山市位于珠江三角洲中部偏南的西、北江下游出海处，属于二线沿海城市，根据《广东省第七次全国人口普查公报》，中山市2020年常住人口为441.8万人，庞大的常住人口会进行大量的居民生活及工业生产活动，居民生活与工业生产活动产生大量的生活、工业污水，这些污水经过污水处理厂处理达到一定的水质标准后即为城市再生水。在美国、日本、以色列等国，城市再生水一般用作厕所冲洗、园林和农田灌溉、道路保洁、洗车、城市喷泉、冷却设备补充用水等，具有成本较低、生态环保的优点。

国内目前对城市再生水的应用较少，针对中山市每天产生大量的城市再生水且适用方向较少的现状，提出使用城市再生水作为河道补充水源，增加水体流动性和环境容量。根据对港口镇水网分布状况研判，调用珍家山水厂产生的城市再生水进行河道补水是一个调水距离相对较短、调水量满足要求的方案。计划从珍家山水厂调用10万m3/d再生水(一级B，提标为一级A)，如图1所示，通过提升泵泵送至相应河道进行河道补水。

2.1.2 存在的不足

(1) 水厂补水水质低。珍家山水厂输出的再生水现状水质等级为一级B，如确定用于调水补水可提标为污水一级A，总氮排放标准15 mg/L。根据《地面水环境质量标准》要求Ⅴ类水总氮是2 mg/L，Ⅳ类水总氮是1.5 mg/L，即补水水质不达标，无法满足使治理河涌水质达到Ⅳ～Ⅴ类水的治理目标。

图1 珍家山水厂调水补水方案示意图

(2) 补水运维成本高。补水过程需要提升泵常年运行，年运行维护费用高。

2.2 补水方案措施二

2.2.1 补水措施

利用清洁地表水作为水体的补充水源，增加水体流动性和环境容量，是一种传统的补水活水方案。经查本项目范围周边有岐江河、小榄水道、鸡鸦水道等水流量较大的河道，综合调水量、调水距离、调水对原河道环境影响等因素考虑，选定小榄水道作为调水来源，计划从小榄水道调水30万m3/d，如图2所示，通过提升泵泵送至相应河道进行河道补水。

图2 小榄水道调水补水方案示意图

2.2.2 存在的不足

(1) 调水可实施性低。小榄水道是潭江“三纵三横”中的一横，上接西江下连横门，经横门出海，是西江出海的主要河道之一。由容桂水道分出的主要支流，为三角洲西部通香港捷径，水深4～6 m，现行500吨级船舶，可开拓为1 000吨级航路，对沿江区域特别是中山市外贸运输及临港经济的发展有着重要作用。如果要从小榄水道调水超过30万m3/d，需要由珠江水利委员会通过调水审批，审批过程时间长、难度大。

(2) 补水运维成本高。补水过程需要提升泵常年运行，年运行维护费用高。

(3) 活水效果差。无法彻底改变河涌水往复流动现状，治理河涌仍旧存在富氧低、水体自净能力弱等历史痼疾。

3 潮汐补水活水方案

3.1 港口镇河网潮汐现状

(1) 作为感潮地区，港口镇河网在一日里出现两次涨潮和两次落潮。

(2) 项目施工区域内，与小榄水道相连的河涌潮汐明显，小榄水道涨潮是施工区域内河网的主要水流补充源。

(3) 受到潮位影响，河涌水流呈现出往复性流动，河道上下游水位基本同涨同落，造成河涌水流动能不足，溶解氧含量低、污染物积聚涌底，水体质量因此持续恶化。

3.2 智慧水务系统联控闸门

经调查，本工程治理范围内的40条河涌的河涌出口均有水闸控制，但现有水闸多数存在闸门老旧、维护状态差、无法彻底闭合的问题。本方案计划将河道口的老旧闸门改造为智慧水务系统联控闸门，设置液位计实时监测潮汐状况，利用智慧水务系统合理调度闸门开合，利用自然潮汐“以动治静，以净释污”。

活水：科学调度闸门，涨潮引入外江清水入河涌，落潮排水。改变河网型城镇河涌水体流态，变往复流为整体单向流，充氧、形成活水，提高水体自净。

排污：逐步将河涌的水体污染物排出，消除黑臭现象，改善水环境。

智慧水务系统联控闸门整体运行方式：当涨潮时，将待治理水网与待治理水网上游交界的大型河道间的控制闸门打开，将待治理水网与待治理水网下游交界的大型河道间的控制闸门关闭，使水网内水流由上游向下游流动；当落潮时，将待治理水网与待治理水网上游交界的大型河道间的控制闸门关闭，将待治理水网与待治理水网下游交界的大型河道间的控制闸门打开，使水网内水流仍旧由上游向下游流动。这样使水网整体流向无论涨潮落潮均保持一致。

以浅水湖为例，对安装了智慧水务系统联控闸门的河网在涨潮时和落潮时闸门开关状态进行示意。当涨潮时，待治理水网与上游小榄水道间的滨涌水闸、白花涌水闸、铺锦水闸打开，待治理水网与下游横门水道间的东河水闸关闭，如图3所示；当落潮时，待治理水网与上游小榄水道间的滨涌水闸、白花涌水闸、铺锦水闸关闭，待治理水网与下游横门水道间的东河水闸打开，如图4所示。

图3 涨潮时河网闸门状态示意图

图4 落潮时河网闸门状态示意图

3.3 智慧水务系统联控钢坝

本工程治理范围内存在少数河涌为断头涌，智慧水务系统联控闸门无法实现该类型河涌改往复流为单向流。本方案计划在断头涌河道口安装智慧水务系统联控钢坝，利用液压钢坝“提水质、除底泥”。

智慧水务系统联控钢坝运行方式：当涨潮时，钢坝倾斜一定角度，河网型河涌向断头河涌补水，同时防止底泥回流，如图5所示；当落潮时，钢坝平卧，断头涌内底泥污染物随潮水的退落排至下游河道，直至排入外水道，如图6所示。

图5 涨潮时

图6 落潮时

以沙墩涌为例，对安装了智慧水务系统联控钢坝的河涌在涨潮时和落潮时钢坝起伏状态进行示意。当涨潮时，沙墩涌河道口钢坝斜开，如图7所示；当落潮时，沙墩涌河道口钢坝平卧，如图8所示。

图7 涨潮时河涌钢坝状态示意图

图8 落潮时河涌钢坝状态示意图

4 潮汐补水活水优势

根据河涌情况合理安装智慧水务系统联控闸门或智慧水务系统联控钢坝，形成潮汐河网地区补水活水体系，实现了低能耗、高效率的补水活水，达到了河网型城镇水质提升的最终目的。

以本项目为例，智慧水务系统联控闸门与智慧水务系统联控钢坝相结合，改往复流为单向流，充氧、形成活水，提高了水体自净能力，减少了断头涌回淤现象，逐步将河涌的水体污染物排出，如图9、图10所示。

图9 涨潮时河网水流流向示意图

图10 落潮时河网水流流向示意图

通过智慧水务系统联控，达成了以下四个目标：

(1) 降低投资。避免大型泵站及调水管网建设，节省初期投资预计1.4亿元。

(2) 减少运维。大型提升泵站运行费用高，潮汐补水节能，每年运行维护费用节省约1 200万元。

(3) 减小施工影响。由调水管网建设的长线条施工改为对河涌闸口智能化改造的点状施工，避免了调水管网施工可能导致的用地征拆问题及对施工作业面周边居民出行影响，减小了调水补水施工对当前城镇的影响。

(4) 加快施工进度。避免大管网、大提升泵站施工，加快施工进度。

5 结束语

维持河流水体流速在一定的范围内，可以有效地提高水中溶解氧含量，就能达到改善城市水体亏氧状态、有效控制水体底质污染的目的。对于河网型城镇，活水循环就是维持河流水体流速、提高水体质量的关键。潮汐河网型城镇应当因势利导地将本地区的潮汐资源化利用，借助智慧联控系统进行引潮补水、群闸联控，有效地实现补水活水、加快河道流速，达到改善河道水质的目的。

通过智慧水务系统联控闸门或智慧水务系统联控钢坝等设施，实现科学的闸泵调度、纳潮引水，达成资源高效利用、节能环保、减少经济投入的三赢局面。