治理黑臭河道暗渠工程的技术措施

张旭滨，任学焘

（1.天津市政工程设计研究总院有限公司，天津300392；2.广东省中山市工程建设技术事务中心，广东 中山528400）

1 黑臭水体环境问题现状

1.1 黑臭河道污染现状

随着全球工业化和城市化的迅速发展，城市水体污染日益严重，污染事件频频发生，城市河道水体污染成为全世界的普遍问题。近年来，在我国城镇化进程加快的背景下，城市排污量的不断增加，再加上城市水体自身环境容量小等原因，许多城市水体已受到严重污染。

然而，当前我国城市污水管网及污水处理厂等基础配套设施的建设未能及时跟上，这使一些城市水体，尤其是中小城镇水体直接成为工业废水、生活污水及农业排水的主要排放通道和场所。大量污染物入河，水体中化学需氧量（COD）、氮（N）、磷（P）等污染物超标严重，导致城市水体大面积污染，引起水体富营养化，更严重的情况是水体出现季节性或中年黑臭，严重影响城市生活环境和形象。

1.2 黑臭水体的危害

黑臭水体不仅影响城市水环境景观生态建设，还对人体的呼吸系统、循环系统和消化系统产生不良影响：

1）破坏河道生态系统。黑臭河流中水体溶解氧含量较少，影响水体中鱼类及其他生物正常发育，造成其大量死亡，导致河流生物多样性降低，引起河流自净能力下降。

2）危害市民身体健康。沿流域的地区和城市由于河流水质被污染，居民的饮用水安全受到重大危险，而且容易滋生致病微生物导致大规模的疾病暴发，严重危害流域周边居民的身体健康。

2 黑臭河道成因分析

黑臭河道中的污染物来源分为3部分：（1）水体中的污染；（2）外源污染；（3）内源污染。

2.1 外源性污染造成的缺氧环境

城市水体超量收纳外源性污染物时，外源性污染物会快速消耗水体中的溶解氧。当溶解氧降低至2.0 mg/L，水体将处于缺氧状态。在厌氧环境下，厌氧微生物生物代谢活动旺盛。大量有机物在厌氧菌作用下进一步分解成甲烷、氮气、硫化氢等带异味且易挥发的难溶气体。厌氧条件下由厌氧放线菌分泌的土臭素和异茨醇也会导致水体发臭。

同时，气体在上升过程中会携带部分污泥进入水相，导致水体发黑。在厌氧微生物作用下，溶于水体的带色有机化合物会发生反应生成硫化铁等黑色沉积物，有色沉积物也会在气体托浮作用下进入水体。

2.2 内源性污染释放污染物

内源性污染释放的氮、磷污染物是导致河道黑臭的主要原因：

1）由于底泥与间隙水间的浓度差，底泥污染物向上覆水体释放。此外，底泥微生物在降解污染物的过程中大量消耗水体溶解氧，再加上外源性污染物的影响，导致厌氧发酵产生甲烷、氮气等致使水体黑臭的气体。在一些污染水体中，底泥中污染物的释放量与外源性污染物总量相当。

2）藻类过度繁殖导致水体黑臭。藻类疯狂生长会消耗水体大量溶解氧，同时死亡后的藻类会被分解形成有机物和氨氮，导致河流出现季节性黑臭。

2.3 河道流速及自然气候影响

河道水体中溶解氧主要来源于大气复氧。当水体流动速度过慢甚至停止流动时，河流大气复氧能力衰退造成局部水域亏氧现象，增加水华爆发风险，引起水质恶化。

3 暗渠对环境的影响

随着城市化进程加剧，城中村改造，许多城市河道空间不断被侵占、挤压，原有的河道被改造成为暗渠，大量污水直排到暗渠内，同时在出口末端设置“总口”，变成“死水”。在黑暗、密闭的空间产生厌氧发臭、淤泥沉积河道变成“死河”。这些暗渠成为城市排污的通道，如果不加以整治就仍是积累大量污染的“黑臭”通道，成为藏污纳垢的隐蔽区。下雨时，大量污染被冲进河道，河流长制久清无法得到保障，且一旦地下暗涵发生渗漏破裂或垮塌易导致上部建筑发生沉降倾斜，甚至坍塌引发严重的安全事故。

4 暗渠工程治理的技术措施

针对暗渠最有效的整治方式就是将其“打开”，让河流重现生机。但是，多种因素叠加后，城市暗渠治理难度极大，是水污染治理最难啃的“硬骨头”。暗渠整治需要对暗渠内混流排口、污水排口进行溯源，整改暗渠内排口多，内部结构错综复杂，排查溯源耗时长、难度大。下面结合具体项目介绍排口溯源、污染源分析、截污、清淤等技术措施。

4.1 项目概况

华南地区某城市市内的排洪渠全长约1 800 m，其中，明渠段约1 000 m，暗渠段约800 m，河涌宽度大约9 m。治理之前水质为中度黑臭，项目建设目标为全面消除黑臭，按照《城市黑臭水体整治工作指南》（国发〔2015〕17号）中4项水质指标要求（氨氮＜8.0 mg/L，溶解氧≥2.0 mg/L，透明度≥0.25 m，氧化还原电位≥50 mV）。

4.2 排口溯源

排洪渠最前端为300 m暗渠，中间1 000 m为明渠段，在两个城中村之间穿过，末端500 m暗渠斜穿过两条城市主干道及城市快速环线。通过采用三维激光扫描、蛙人入涵排查等技术，探查出排洪渠沿河共存在排口69个，旱季排水排口37个。其中，包括暗渠中的排口9个。

4.3 污染源结构计算及分析

4.3.1 点源负荷计算

污染物从产生源头至河道的输移过程由于蒸发、渗漏、沉降、降解等因素衰减，最终进入河流的污染物总量可通过一定的入河系数确定。点源符合的计算公式见式（1）、式（2）：

式中，Wdi，j为排口i水体中污染物j一年的污染排放量，t/a；Wdi，j为排口i水体中污染物j排污浓度，mg/L；Qdi为排口i水体中污染物j排污水量，m3/d；Wd，j为污染物j一年的污染排放量，t/a。

4.3.2 入河面源污染物负荷计算

入河面源污染物负荷的计算，是基于本工程建立的片区地表径流污染模型（SWMM），通过模型模拟计算，得出排洪渠河道面源污染物年入河量COD为108.53 t/a，氨氮为7.11 t/a，总磷（Total Phosphorus，TP）为0.84 t/a。

4.3.3 结构分析

排洪渠流域内的污染物主要分布，有点源污染及面源污染，各类型污染源污染负荷数据见表1。

表1 各类型污染源污染负荷数据

由表1可知：

1）COD指标：点源污染（64%）＞面源污染（36%）。

2）氨氮指标：点源污染（78%）＞面源污染（22%）。

3）TP指标：点源污染（83%）＞面源污染（17%）。

综合分析可知：点源污染对于COD指标、氨氮指标及TP指标贡献均大于面源污染。

根据对排洪渠不同污染源进行现场调查及分析，得出以下结论：流域内污染源分为点源、面源及内源，其中点源污染为主要污染源，面源及内源其次。所以，采取截污措施消除点源污染是消除本项目黑臭水体最有效的措施[1]。

4.4 截污

黑臭河道整治应该遵循“截污—治水—生态恢复”的总体思路。其中，控源截污是黑臭水体整治最有效的工程措施，也是其他技术措施的前提。本项目截污工程结合当地的实际情况，考虑分期实施的需要，截污管过流断面既要满足污水过流量，又要考虑片区大部分地区雨污合流的现状。经过分析，本项目采用3倍截流倍数，在排洪渠起点增设截流坝，将上游旱季污水截入新建DN400 mm污水管网。

1）明渠段。沿河涌两侧新建DN400 mm截污管沿途收集周边区域污水和初期雨水，阻止污染物入河。针对混流直排口，保留排口，采用上游新建圆形槽式截流井截流。

2）暗渠段。沿暗渠壁两侧铺设新建DN500 mm截污管1 140 m，沿途针对排口新建截流井收集排入暗渠的污水和初期雨水，阻止污染物入河。在新建管网末端采取暗渠侧壁开孔接入DN800 mm污水主管。暗渠内现状排水口型式多样，支管接入暗渠检查井剖面见图1，支管接入暗渠截流井剖面见图2，可以根据这2个剖面图所显示的方式来实施接入主干截流管。

图1 支管接入暗渠检查井剖面

图2 支管接入暗渠截流井剖面

4.5 清淤

暗渠盖板开孔既要满足施工进料、通风换气、紧急撤离等施工安全要求，又要兼顾暗渠段截污工程、清淤工程的施工时序。针对此，采取的施工措施有2项：

1）在暗渠清淤工程中采用的是高压水射流的清淤方式，启动高压射水车高压泵，将水加压后送入射水喷嘴，其向后的喷射产生的反作用力使射水喷头和胶管一起向反方向前进，同时清洗管壁；当喷头到达下游检查井时，机动绞车将软管收回，射水喷头继续喷射水流将残余的沉淀物冲到下游的检查井，由吸泥车将其吸走。

2）暗涵清淤需要在密闭空间作业，空间狭窄且大量有毒有害气体聚积，施工前对暗涵内的氧浓度、有毒有害气体（如一氧化碳、硫化氢等）浓度等进行检测，检测结果达标后，方可进行施工施工时必须采取通风措施，保持空气流通，并做好监测监控工作。

5 结语

对于治理黑臭河道水体来说，要遵循客观规律，按水体黑臭程度分类整治，坚持“清淤、截污、排口溯源、正本清源”的治理思路，综合采取“水体内外齐治”等措施，整治前调查，整治后保持，对水体周边情况精准施策，开展对黑臭河道及暗涵综合整治，让暗涵“重见天日”，达到国家提出的全面提升河道水体水环境的要求。