马小蕾
中国市政工程西北设计研究院有限公司 专业总工/甘肃省工程勘察设计大师
本文根据马小蕾大师在“2022城市水环境大会”上题为“深圳坪山河水环境综合整治工程”报告整理而成,未经本人审阅。
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工程介绍
1.1 项目背景
(1)项目区位
坪山区位于深圳市东北部,是深圳市实施“东进战略”的桥头堡;坪山河贯穿坪山区,是东江二级支流淡水河的上游段。
(2)河流水系
坪山河发源于梅沙尖,河道全长13.5km,流域面积129.4km2。共11条支流,发源南侧马峦山的9条,北侧水系2条,水库16个。
(3)地形地貌
坪山河流域地形为浅丘陵和盆地,地势舒缓。地势西南高,东北低。
坪山河约60%的土地属于基本生态控制线范围内。相对深圳其它河流,基流较丰富、具有较好的自然条件。
(4)工程前·污水设施建设情况
污水处理厂扩建工作已完成。目前已经完成了坪山河流域上洋污水处理厂二期扩容扩建工程,污水处理能力由4万m3/d提升至20万m3/d, 出水水质达一级A标准。
污水管网骨架系统已基本建成。坪山河流域范围沿河截污干管总长72km,截污干管已基本贯通。自新区成立后已新建设污水支管110km,有效的的提高了污水收集率。
湿地公园建设按计划全面推进。坪山河滩湿地公园,已建设完成,有效地控制河道蓝线,为河流生态治污提供了充足的用地保障。湿地公园的体现了生态治河、生态修复的理念,为水环境整治提供典范。
(5)工程前·河流水质
根据深圳市人居委《深圳市环境状况公报》,坪山河流域上游水质相对较好,可达国家地表水II类标准,但中下游水质较差,劣于V类,主要污染物为氨氮、总磷和生化需氧量。2015年4月,坪山河上洋断面为劣V类,其中氨氮为2.33mg/L(标准为2.0mg/L),总P为0.428mg/L(标准为0.30 mg/L)。
随着治水项目的推进,坪山河水质部分水质指标有所改善。
(6)工程前·流域文化景观
坪山河干流两岸有着浓厚的地域及历史人文资源,干流周边仍保留有三十多家大大小小的客家古建筑群,有传统围屋、自然村落、祭祀的宗祠、庙宇等不同的形式,如大万世居、李氏宗祠和村落、陈氏宗祠、何氏宗祠等。
(7)工程前·问题诊断
防洪存在瓶颈:坪山河干流防洪标准为100年一遇,但部分河段仅达20年一遇标准。瓶颈区段遭房屋侵占,严重影响行洪泄洪。
污水收集系统不完善:干流和部分支流建了截污工程,但是仍有部分支流污水直接入河道。
流域面源污染严重:坪山河干流中下游面源存在污染的排放口68个。
生态景观功能缺失:坪山河干流中游约5km的河道两岸被过度开发,建筑物挤占河道,挤压必要的滨水生态绿化空间;其余河段则多以杂草荒地为主,未能与沿河两岸城市规划、生态景观及人文景观的有机融合,未形成可供观景游憩的生态空间与景观。
管理模式粗放:现有河道管理侧重于河道保洁、河道安全、堤防修复等方面,已难以适应信息化、动态化的管理要求。污水厂、河道、管网系统管理各自为政,不能信息共享、联合调度、统一管理。河道管养型式粗放,信息化智慧化不足
1.2 总体思路
(1)践行流域治理新模式
价值取向的转变:由传统水利功能实用价值观,向水生态文明价值观的转变;由立竿见影的愿景式思维方式向底线型全过程控制思维方式转变
流域治理的创新:以坪山河交接断面为目标要求,流域统筹治理,引领深圳标准、深圳质量 。
倒逼的目标导向:从流域水环境质量要求的目标出发,倒逼陆域污染源更为严格的排放标准;
海绵城市的实践:绿色、蓝色、灰色基础设施,构建了坪山河这一最大的海绵体,是此次治水提质最有力的保障。
科学技术的支撑:从源头到末端的统筹治理,数学模型的应用,十八个研究课题的支撑,建立坪山智慧水务管理平台。
建设模式的创新:咨询、设计、施工组成联合体,各负其责,工程责任主体明确,减少环节之间的矛盾,提高投资效益。
(2)“五位一体”及“3+1”
以 “五位一体”的治水理念和“治污、防洪、景观生态+城市建设”的“3+1”治水思路统领全局。总体的治水理念是“五位一体”,大家都比较熟悉了,是从水质提升、水量优化、风险防范、文化融合以及智慧管理,这五个方面都有一些创新。比如说水质提升是在源头通过四个强化,在过程是用四道防线,末端治理是有一些特色的设施,有四大亮点。水量是把水库水和再生水多水连用,把干流、支流的防洪以及路域的内涝点做结合。在治水思路上,也就是用于治水的工程设施,包括水质提升工程、防洪整治工程及景观生态工程,跟城市建设、城市设计很好融合起来。
(3)目标体系
总体目标:统筹推进干流及流域防洪排涝、治水提质、生态修复优化及景观提升,并以此为契机,拓展两岸城市空间,完善城市功能,提升城市形象,提高土地价值,践行绿色发展,促进产业转型,打造既具有生态人文特质,符合高标准特区一体化品质,又具有示范引领、辐射价值的深圳东部标杆。
分项标准:
水质提升:水体水质满足省环保厅交接断面达标要求,2020年全面实现水清、岸绿、健康的河流。
防洪整治:防洪标准达到100年一遇;
生态景观:打造干流及主要支流绿色生态走廊,构筑健康、活泼、宜人的滨水空间格局。
这个项目在2019年竣工实施以后,这些标准都达到了,而且土地价值提升的效果还是非常明显的。
防洪达到百年一遇,水质目标是有一个阶段性,在2018年除了氨氮达到五类,其余的指标是四类。2020年是重金属达三类,其余指标是优于四类,但最终我们期望的目标是三类水。
其他的是做一些生态修复,以及公共服务体系的建设和文化特色的建设,最终实现土地价值的提升。
1.3 总体设计方案
(1)项目构成
主要包括坪山河干流综合整治工程,整治全长约13.5公里,防洪标准100年一遇;坪山河干流水质提升工程,包括调蓄池、裁弯段及干流沿线景观工程;三洲田水综合整治工程,整治全长3.8km,防洪标准为50年一遇。
(2)防洪整治
设计防洪标准:100年一遇;
设计原则:防洪整治以流域治理为基础,遵循“上蓄、中疏、下排,两岸分滞”的思路及海绵城市建设的理念,实现城市雨水系统的源头减量,减少洪峰流量。
根据流域的特点,以及两岸的特色,在上中下游分别采取了不同的侧重点:
上游 结合城市建设优化河道断面,强化河流与城市的有机联系
中游 拆除临河建筑、拓宽河道,消除瓶颈段
下游 保留和优化生态断面
中上游典型断面
中下游典型断面
(3)水质提升
设计原则:坚持雨污分流,提高污水收集率;全面雨洪分流、清浊分流,削减截污系统的雨水量;减少雨季时进厂污水量,提高污水浓度,提高污水处理效率,深度处理后排放。
工程总体布局:按照强化截污、分散调蓄、分散处理、就地回用的原则,新增7座调蓄池、2座水质净化站,污水厂尾水经9块人工湿地深度处理达地表IV类水后,就近回补河道,构建截流-调蓄-处理-回用的水质达标体系。
单元工程:沿河截污系统
精准截污、双重截污
对坪山河干流292个入河排放口实现全面截污
赤坳河口上游新增截污管,协同原系统强化截污,分段接入调蓄池;
单元工程:分布式调蓄池及净化站
干流新增7座分散式调蓄池,总调蓄规模22万m3。
沿干流蓝线范围内布置2座分散式水质净化站,总规模4万m3/d,完全地下式布置。
建设中的地下调蓄池
单元工程:沿河人工湿地系统
结合河道蓝线范围内绿地,新增9块垂直流人工湿地深度处理系统;
人工湿地总面积49.62万m2,总处理能力13.5万m3/d,深度处理上洋污水处理厂尾水。
单元工程:水质净化厂尾水深度处理管道系统
在沿河道蓝线范围内建设上洋污水厂尾水回用管(DN800-DN1200)
沿途输送污水尾水至人工湿地处理达IV类地表水后,就近回补河道。
单元工程:海绵塘床系统
在12个河流中下游入河排口处建设海绵塘床系统,削减径流污染;
采用废砖、蚝壳等城市固体废弃物作为填料。
(4)生态景观
坪山河上、中、下游周边环境分段特征明显,因此河道景观功能分区为三大功能分区。上游作为净水文化展示区,包括净水公园,中段是城市滨水门户区,下游是自然生态科普区。沿线分布了六处点源的生态公园。
(5)智慧水务
设计原则:
突破以往设计功能单一且量少的传统监控为主的数字化设计理念,上升至不仅仅包含智能监控的智慧管理与服务平台,着重突出主动服务的理念,以实现精准截污为主要目标。
智慧管理与服务平台将包括优化后的智能监控、智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度等关键技术,并运用高端运维技术保障信息通信网络和信息系统的安全高效地运行。
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设计创新点
2.1 设计理念创新
“五位一体”治水理念、“3+1模式”治水思路贯彻始终;切实执行流域统筹、系统治理,干、支流统筹,上、中、下游统筹,水量、水质、水生态统筹,系统治理;提出并实现雨洪分流、精准截污、末端海绵生态控污治污,营造生物多样性环境、鸟类生境,使水质全天候达标,鸟类回归、鱼翔浅底。
2.2 工程设计创新
(1)采用新型河道护坡材料
坪山河驳岸既要防洪防冲,又要景观生态,满足动植物生长。河道堤脚设置石笼护脚,缓坡上铺设石笼,坡脚处采用了钢筋石笼和大块石护脚,六棱体中空生态砌块,其上为渗滤砌块。
设计河道驳岸断面
坪山河施工完
驳岸断面
河道生态砌块
断面
河道驳岸
已完成绿化
(2)水工结构
锦龙调蓄池设于河底
(3)去工业化的“坪山阳台”
南布水质净化厂管理房与公共空间融合
(4)智慧水务
智慧水务为精准截污、流域污染有序管控、上下游水质达标、防洪体系达标提供了保障和主动服务。
利用机器自主学习能力,将历史及实时数据作为校正参数,对模型调度提供优化方案,既保障流域水体质量的安全与达标,又实现节能的需求。
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实施效果
3.1 运行情况
坪山河干流综合整治工程于2019年11月竣工,并交管养单位管养;工程正常运行一年以上,运行效果达到设计预期;自2020年1月至2021年4月,坪山河上洋交接断面水质稳定优于地表水V类(数据来源:市水务局数据平台一周一测);其中COD指标优于地表水IV类的次数占比为98.2%;氨氮指标优于地表水IV类的次数占比为94.7%;总磷指标优于地表水IV类的次数占比为94.7%。
3.2 实景照片
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市政给排水
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