珠三角城市流域水环境治理思路与勘察设计关键技术探讨

刘 颖,徐 畅,刘元元,杨宜文

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650051)

前 言

珠三角地区作为中国最具代表性的城市群之一，城镇化率达到85%以上，珠三角城市群人口占广东省70%以上，2019年生产总值达到8.68万亿，占全省经济总量的80.7%。但是，在经济发展取得丰硕成果的同时，珠三角水污染问题日益凸显，主要呈现为中心城市污染向区域性污染蔓延的特点[1]，广州、深圳、珠海等主要城市出现黑臭水体[2]、部分跨界河道水质为劣V类。随着珠三角优化发展战略以及粤港澳大湾区战略的深入实施，珠三角区域的开发将纵深拓展，一体化程度不断加深，水环境保护压力与日俱增。为此，本文以珠海市前山河流域水环境综合治理为研究实例，对珠三角地区城市流域治理思路和勘察设计环节中的部分关键技术进行分析探讨。

1 研究实例

1.1 流域概况

前山河流域位于珠江三角洲河网水系下游，N 21°48′～22°27′、E 113°20′～114°18′之间。流域总集水面积328.18km2，其中珠海市境内约114.35km2。流域内水系发达，河网纵横交错、相互连通，河流水系主要为天然河涌和人工开挖的排洪渠，共有73条河涌(排洪渠)，其中珠海市香洲区境内44条。

前山河干流西起中山市的联石湾，东至珠海市的石角咀，全长约25km，在珠海境内长约8km、宽200～800m。流域主干河渠为前山河、洪湾涌、广昌涌、沙心涌等“一河三涌”，较大支流包括翠屏路排洪渠、G105国道排洪渠，细小支流多为人工渠道，汇入“一河三涌”主干河渠。珠海市前山河流域主要水系详见图1。

图1 珠海市前山河流域水系图Fig.1 The water system of Qianshan River Basin, Zhuhai City

1.2 水环境现状及问题

《广东省地表水环境功能区划》中前山河功能现状为农业功能区，水质目标为Ⅳ类。根据2018年1月至2019年10月前山河水质监测月报数据，前山河石角咀水闸国控断面超标月份总数为7个月，超标污染物为氨氮和总磷，其中氨氮最大超标倍数为0.94倍。

1.2.1 水环境质量状况整体较差，部分河涌水质恶劣

前山河国控断面(石角咀断面)仍有达标不稳定的情况；流域内列入国家黑臭水体名录的有2条，列入市级主要问题河涌有12条，另有34条河涌水质为劣V类。

1.2.2 排水系统不完善，雨污混排，点源收集处理不彻底

流域河渠内排污口数量较多，城中村和老旧小区等排水单元多未实施雨污分流改造，导致雨季合流污水溢流进入河渠；部分偏远郊区未实现市政截污，旱季污水仍有直接入河现象，影响水质。

1.2.3 水体流动及交换缓慢，河涌情势复杂多变

流域内“断头涌”较多，部分工程无序施工致使河涌被截断或阻滞，严重影响河涌水体的交换，流动性较差；工业和生活污水在河涌内回荡滞留，河涌处于厌氧或缺氧状态，导致黑臭水体。

1.2.4 旱季河渠难以维持生态流量，水生态现状较差

部分人工河渠的主要功能为雨季排洪泄洪，旱季缺乏稳定的自然水源补给，难以保证河渠生态基流。

1.3 治理策略

根据《南粤水更清行动计划》《广东省第四批第一环保督察组向珠海市反馈督察情况》文件要求，2020年前山河石角咀国考断面水质需达到地表Ⅳ类水标准，流域内44条河渠需全面消除黑臭。珠海市前山河流域水环境综合治理工作涉及范围广、建设工期紧、水质要求高，针对项目特性，结合珠海市城市发展定位，以前山河流域地质、气候、水文等条件为基础，提出珠海市前山河流域治理策略。

1.3.1 全面排查，系统梳理

前山河流域的水环境问题表现在河涌水质，根源在管网系统。结合水质水量监测，梳理流域内河涌水系，分析水质、污染负荷现状；采用先进的勘察、摸排技术，迅速高效全面摸查流域管网，获取全面可靠的基础数据，摸清流域污染底数和污水收集处理系统运行现状，使设计工作具有较高的针对性，避免重复设计、重复建设。

1.3.2 分区实施，重点先行

由于治理工期短，为快速改善流域水环境，根据负荷分析和管网摸查成果，以不同河涌、排水片区(单元)对前山河国控断面污染负荷贡献程度及河涌现状污染情况为依据，对贡献率较高、现状水质较差的重点河涌和周边重点片区，分区分片先期治理，确保快速见效。

1.3.3 综合治理，标本兼顾

在重点河涌、重点片区先期治理的基础上，坚持系统治理、综合治理，坚持标本兼治、突出治本的原则，以流域水质考核目标和施工期限为约束，以水污染治理为核心，实施老旧小区和城中村管网系统的雨污分流改造与错接、混接改造，完善城郊区域市政污水收集系统，新建智能截流井防控城市径流面源污染，开展河渠清淤和水生植被恢复等生态修复工程，以及河渠连通和部分河渠生态补水工程等，实现前山河流域水环境系统治理。

2 珠三角城市流域治理思路

前山河作为珠海市和中山市的主要城市水道，流域地势平坦、水网交错，地区城镇化率和人口密度高，先进制造业发达，是珠三角地区典型性的城市流域。在总结前山河流域和借鉴周边广州、深圳等城市及国外城市流域治理经验的基础上[3～7]，提出珠三角城市流域水环境综合治理思路详见图2。

图2 城市流域水环境综合治理技术路线图Fig.2 The technical roadmap of comprehensive treatment of water environment in urban watershed

流域水环境综合治理以流域本底情况为根本依据，在制定治理策略前宜充分开展现场调研工作，以掌握流域气象水文、地质地形、河流水系、河湖水质、底泥污染物等本底信息。针对珠三角城市流域，由于地区临水建筑密集、排水系统复杂，还应针对原有排水系统进行管网摸查，分析现有系统的主要问题。流域治理策略应与各类上位规划相符，衔接现有治理工程，在此基础上，依据治理目标，结合现场实施条件制定系统治理措施。珠三角城市流域的主要污染源通常为城镇生活和工业污染、城市面源污染，农业污染相对占比较低，因此综合治理措施一般以“控源、截污、清淤、补水、修复”为主体，主要措施包括：正本清源(源头雨污分流改造)、市政排水系统完善、城市面源污染防治、底泥清淤、水系连通与补水、生态修复等。确定工程规模后，核算系统治理措施内各项子工程的污染负荷削减效益，利用水环境模型模拟措施实施后水质改善情况，进行流域治理目标可达性分析，并根据模拟分析结果对系统治理措施进行优化，提升其合理性与经济性。

3 水环境治理勘察设计关键技术

珠三角地区河网发达，城市流域通常涉及多个区(县、市)，流域面积较大，能否高效、准确的完成污染源复核、管道物探、水下地形测量和底泥勘探等勘察设计工作，关乎流域水环境综合治理成效。另一方面，市政、环保工程因其设计周期短、实施区域广、工作内容零散的特点，对勘察设计方案的科学性、可落地性、系统性、水环境目标可达性极为关注。城市流域治理是一项系统、复杂的综合性工程，在勘察设计过程中，宜重点深入研究各类型子项工程的投入/产出比，在定性分析基础上，重点开展资源投入代价与治污成果效益的定量计算，通过分项、分类工程效益的有机叠加和耦合，用水质改善程度、污染物削减量等指标评估其建设的合理性与经济性，指导优化实施[8]。

为此，通过珠海市前山河流域水环境综合治理的研究实例，本文总结了珠三角城市流域水环境综合治理勘察设计的若干关键技术如下，供同行业人员探讨。

3.1 管网排查与快速成图

地下排水管网作为城市的“良心”工程，主要特性是系统复杂与管线隐蔽。全流域排水系统梳理和排水管网现状调查工作中，在确保准确性前提下，加快管网排查进度是保障后续工程设计快速推进的基础。传统的排水系统调查主要通过技术人员现场调查、管道内窥等手段完成，存在人力物力需求大、进度和准确性难以保证的缺点；另一方面，传统的管网排查与成图技术人员专业背景多为大地测量、基础测绘等，制图成果与排水设计人员的关注点难以完全一致，设计成果上下游交互不畅。当传统的污染源与管网排查效率无法满足现阶段城市流域治理勘察设计进度要求时，快速准确复核现有排查成果，据摸查复核成果迅速响应、快速成图，及时反馈设计成果指导施工，成为城市流域水环境治理的关键技术之一[9-10]。

首先，组建经验丰富的高效摸排队伍，采用最新履带式爬行器和城市地下管线二维制图软件等新型勘察设计工具，利用三维倾斜摄影代替或部分代替传统的人员外业复测工作，形成有保障的“软、硬件”条件；在设计工作中采用模块化设计，在保证准确性的前提下，通过排水管网内部通用图集的修正与直接使用，可达到快速成图，指导施工的目的。其次，充分利用新技术，如BIM+GIS信息化手段，推行“全过程信息化动态设计”、智能化管理和施工仿真技术，可加快成图速度。最后，结合现场实际，实现设计与施工的深度融合，充分发挥设计施工一体化的优势，可提升工程整体技术水平。

3.2 雨污错混接改造与关键点接驳

近年来，珠三角城市群多已开展了一次排水设施建设，尚未开展截污治污的城市建成区较少，部分城市甚至开展了两次以上的排水管网建设及截污工作，但仍存在部分流域的水质改善效果不佳。究其原因，一方面是排水体制未实现雨污分流，在降雨时产生雨污合流水溢流入河影响河道水质，另一方面是由于关键管线接驳点存在错接、混接，系统排水不畅，导致已建管网无法发挥预期作用。在此背景下，珠三角城市流域治理工作要务之一是在管网排查的基础上，实施现状雨污水系统错接、混接节点改造。此类关键管网接驳节点，往往能影响整个改造工程实施效果。因此，准确高效地找出上述节点，进行精细化设计，并通过极小的工程措施，使排水系统畅通，避免雨水管线和污水管线的混接，提高新建管网与现状管网的接驳准确率，最终形成从排水户-污水管网-污水处理厂的封闭回路，是城市流域水环境治理的关键[11-12]。

在精细化摸排成果基础上，应重视节点工程、接驳工程改造，准确衔接管道前后节点流量和高程等关系，开展定位定点修正，同时进行排水系统核查与试错，采用先进软件计算接驳后的排水系统通畅程度，修正节点设计，确保设计完成的每一个节点均满足从污染源至污水处理厂的闭环，无存疑点。另需指出的是，此类工作在施工过程中的重视程度更甚于勘察设计，只有摸排单位负责、设计单位精准、施工单位精细，方能确保管线关键节点实现设计效果。

3.3 管网管养与修复技术适应性选择

随着城市化进程加速，城市道路负荷愈发加重，错综复杂的城市地下管线由于路面负荷、路基沉降、使用年限和其他工程施工影响，存在破损、断裂、脱节、淤堵等问题。现有管线的管养与修复对污水系统运行和流域治理效果极为重要。传统的管道开挖修复方式严重影响交通，同时排水管线上方存在其他压力或电力管线给开挖带来极大的隐患，尤其是珠三角城市建筑密度较大，开挖修复在很多人口聚集区域已无法实施。非开挖管道管养与修复技术可在小开挖或不开挖的情况下对管道进行管养与修复，施工操作简单方便、工期短、造价经济、效果更为显著。但目前非开挖管网管养与修复技术众多，如排水管道CCTV检测、非开挖管道修复、城市排水管网普查、管渠清淤、箱涵清淤、地下排水管道疏浚等[13-14]。在流域治理工程中，宜根据不同的方式组织不同的施工方案和保障措施，以确保管道管养和修复成效。因此，选择合适的管网修复技术是城市流域水环境治理关键技术之一。

在选择相应的修复技术前，应充分根据现状管网排查成果，优先采取CCTV检测、QV内窥、管道声呐等影响较小的先进技术手段，同时派出具有丰富同类项目经验的设计人员和施工人员，通过集中讨论的方式，充分发挥各参建单位的优势，在设计中应切实考虑实施难度和可行性，坚决避免“设计一套、施工一套”，形成“设计可实施，实施可见效，问题可反馈，反馈有响应”的良性工作机制。

4 结 语

最后笔者将本文观点总结如下，供行业内读者进一步分析探讨。

4.1 流域治理思路

珠三角城市流域治理应以流域现状为出发点，以水质改善目标为目的，结合现场调研与详细的管网摸排工作，建议水环境综合治理措施以“控源、截污、清淤、补水、修复”为主体，治理策略需与各类上位规划相符，充分衔接现有治理工程，根据现场实施条件制定系统治理措施，利用水环境模型进行流域治理目标可达性分析，根据模拟分析结果对系统治理措施进行动态优化，最终达到“工程可落地、目标可实现”。

4.2 勘察设计关键技术

珠三角城市流域治理多以污水收集处理工作为核心，在勘察设计中应提升管网摸查与成图设计效率，借助BIM+GIS等先进技术，精准设计管道关键接驳节点，确保雨污分流工程从立管、巷道支管到排水单元接驳点管路畅通，同时采取适宜的现状管网管养与修复技术，终形成从排水户-污水管网-污水处理厂的封闭回路，保证城市流域治理工作实施成效。