梁彬銳引調(diào)海水對寶安中心城區(qū)河道影響研究

1、引調(diào)海水對寶安中心城區(qū)河道影響研究梁彬銳（深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院，廣東 深圳 518001）摘要：寶安中心城區(qū)位于深圳市西部，瀕臨珠江口，區(qū)域內(nèi)河道污染嚴重，且直排珠江口海域。由于該區(qū)域內(nèi)河道基本為感潮河段，同時基流量遠小于沿河污水排放量，造成河道內(nèi)污水受潮水頂托，形成污染物隨潮水漲落難以排放，并且咸水容易使污水在下游段蓄積沉淀。通過引調(diào)海水對河道進行補水研究，我們可以初步判斷該區(qū)域河道治理的一個方向。關(guān)鍵詞：水環(huán)境、感潮河段、水質(zhì)、引調(diào)海水、水質(zhì)監(jiān)測、模型計算、模型驗證、參數(shù)率定、合理性分析、消除黑臭1 引言寶安中心區(qū)是繼深圳福田中心之后，深圳投入最大城市建設(shè)項目，是惟一的濱海次中心，同時也是

2、深圳航空海港對外的門戶所在，其城市形象和地位不斷提升的同時，改善與之不協(xié)調(diào)的水環(huán)境現(xiàn)狀已到了刻不容緩的地步。目前規(guī)劃和正在部分實施的污水收集處理、再生水回用等工程措施，在時效性上來說，遠期其作用將逐步顯現(xiàn)出來，但在短期內(nèi)還不能完全滿足改善水環(huán)境的需要，尤其是感潮河段，就更難在短期見效。針對改善寶安中心區(qū)水環(huán)境這一難題，市、區(qū)各級政府已經(jīng)做了不少工作。目前已完成的固戍污水處理廠日處理能力近期24萬m3/d，規(guī)劃遠期處理能力為55萬m3/d，服務(wù)范圍涵括整個寶安中心區(qū)；同時規(guī)劃建設(shè)的固戍再生水廠，近、遠期規(guī)模分別達到10萬m3/d、20萬m3/d，并且鋪設(shè)管道將9.3萬m3/d再生水回用到河道上游

3、的非感潮河段。所有這些工程在將來實施之后，可以在一定程度上改善水質(zhì)，但特區(qū)內(nèi)的截污經(jīng)驗告訴我們，感潮河段的問題及其復雜，單純靠截污工程，還是難以完全達到“水清”的目標。寶安中心區(qū)水環(huán)境的惡化，已成為建設(shè)“和諧深圳、效益深圳”的突出矛盾，降低周邊居民的生活質(zhì)量和嚴重影響寶安中心區(qū)形象，寶安中心區(qū)水環(huán)境的改善受到了深圳市政府的高度重視和社會各界的強烈關(guān)注。因此，為更有針對性地對該片區(qū)的水環(huán)境治理提出解決思路，展開寶安中心城區(qū)的河道水環(huán)境研究作為以后的工作提供一個重要參考。2 區(qū)域現(xiàn)狀水環(huán)境分析此次研究范圍為寶安中心城區(qū)，研究對象包括流經(jīng)寶安中心城區(qū)，水環(huán)境改善最迫切的河道。根據(jù)城市規(guī)劃、區(qū)域內(nèi)地勢

4、走向及補水需求的迫切程度不同，初擬鐵崗排洪河、西鄉(xiāng)河、西鄉(xiāng)大道分流渠、咸水涌、新圳河及雙界河等作為本次研究的對象。圖1 寶安中心區(qū)水系圖表1 河道特征參數(shù)表河名流域面積(km2)感潮河長(km)平均河寬(m)河口高程(m)感潮水量(萬m3)雙界河3.61 4.588-1.67.3新圳河19.32 3.2635022.8西鄉(xiāng)河74.19 5.3435-1.537.4咸水涌8.77 2.817-2.33.9鐵崗排洪河6.90 4.65200.218.62.1 現(xiàn)狀入河水體入河水體包括基流、漏排污水、污水處理廠尾水、再生水補水。旱季進入河道的污水主要是直接排放入河道的漏排污水和污水處理廠尾水。研究范

5、圍內(nèi)有固戍污水處理廠，但固戍污水處理廠建在固戍村西海岸，尾水未進入河道。2.2 現(xiàn)狀入河水質(zhì)對研究區(qū)域的5條河流及大鏟灣港池的水質(zhì)現(xiàn)狀進行了監(jiān)測。于每條河流的河口和上游河段(感潮位置附近)以及港池的灣口與灣中分別進行水質(zhì)采樣分析，采樣按漲潮與退潮分別進行，代表一個潮周期的平均水質(zhì)狀況。監(jiān)測水質(zhì)指標共14項，分別為pH、SS、DO、BOD5、CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP、活性磷酸鹽、無機氮、含鹽度和水溫。本文僅列舉最大的西鄉(xiāng)河及其支流咸水涌的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為例子，另外其他河流水體基本呈黑褐色，有刺鼻惡臭味道，劣于地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）中的類。表2 現(xiàn)狀西鄉(xiāng)河及

6、咸水涌水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)檢測項目結(jié) 果西鄉(xiāng)河環(huán)境水3#咸水涌環(huán)境水4#西鄉(xiāng)河及咸水涌入海口環(huán)境水5#漲潮退潮漲潮退潮漲潮退潮pH6.756.816.986.986.987.10SS（mg/L）691625252551糞大腸菌群（個/L）6.30×1082.90×1085.40×1055.40×1055.40×1052.40×105DO（mg/L）<0.2<0.22.372.372.370.43CODmn（mg/L）48.246.69.829.829.8212.5CODcr（mg/L）707787376376376362BOD5（

7、mg/L）380480145145145130氨氮（mg/L）24.98823.0093.2773.2773.2779.694總氮（mg/L）26.4224.096.356.356.3510.23總磷（mg/L）1.971.770.470.470.471.47活性磷酸鹽（mg/L）1.130.710.270.270.270.69無機氮（mg/L）25.623.04.554.554.559.76水溫（）25.929.926.429.827.330.5鹽度（）004284注：1.西鄉(xiāng)河環(huán)境水3#取樣點為廣深公路跨西鄉(xiāng)河橋上游側(cè)，漲潮取樣時間22：35，退潮取樣時間18：00。2. 咸水涌環(huán)境水4#

8、取樣點為寶安大道跨咸水涌橋下游側(cè)，漲潮取樣時間21：20，退潮取樣時間16：00。3.環(huán)境水5#取樣點為西鄉(xiāng)河及咸水涌入?？?，漲潮取樣時間23：10，退潮取樣時間15：25。4.取樣日期2009年6月5日，采樣方式為瞬時隨機采樣。2.3 現(xiàn)狀大鏟灣水質(zhì)港池的現(xiàn)狀水質(zhì)監(jiān)測資料按河流入海水域與灣中和灣口水域分別進行統(tǒng)計，河流入海水域按地表水類標準評價，灣中與灣口按海水四類標準評價。大鏟灣港池水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)見表3。檢測數(shù)據(jù)說明，現(xiàn)狀港池水污染嚴重。各河流入海水域的水質(zhì)均劣于地表水類，屬重度污染，其中CODCr平均為類標準值的5.38倍。BOD5達7.48倍，NH3-N為5.20倍，TP為3.35倍。灣

9、中和灣口的水質(zhì)大部分指標同樣劣于海水四類，其中BOD5平均為四類標準值的2.20倍，活性磷酸鹽為3.18倍，無機氮達5.08倍，只有DO和CODMn在四類標準值以內(nèi)。表3 大鏟灣港池現(xiàn)狀水質(zhì)檢測資料統(tǒng)計分析水質(zhì)監(jiān)測點位置DOCODBOD5NH3-NTP活性磷酸鹽TN無機氮含鹽度(mg/L)西鄉(xiāng)河入口1.403691386.700.970.488.297.166.0新圳河入口0.2156.556.512.601.551.0213.5612.650.5雙界河入口0.32120.53011.941.501.2412.9511.982.0灣中6.352.66141.640.240.213.952.45

10、9.0灣口5.581.9581.670.230.083.862.639.0地表水類標準值240102.00.4/2.0/海水四類標準值355/0.05/0.5/河口海岸平均值0.64215.374.8310.411.340.9111.6010.602.8平均值/類標準值3.135.387.485.203.35/5.80/港池海域平均值5.962.30111.660.240.143.902.549.0平均值/四類標準值0.500.462.20/3.18/5.08/注：1.DO指標與標準值比為，標準值/監(jiān)測值。 2.含鹽度單位為。 3.河流入?？谒|(zhì)采用CODcr評價，灣中與灣口水質(zhì)采用CODmn

11、評價。3 水質(zhì)改善目標本次研究根據(jù)工程的影響因素的復雜性分層次擬定水質(zhì)目標。考慮到海水和淡水水質(zhì)差別與指標不一致、近期水質(zhì)指標全部達標的難度、達到水質(zhì)各項指標的方法不同、河道景觀用水的迫切需求，本次研究是在上述功能規(guī)劃的基礎(chǔ)上，控制部分水質(zhì)指標，滿足老百姓親水需求。寶安中心區(qū)河涌上游功能區(qū)為一般景觀區(qū)，水質(zhì)目標為地表水環(huán)境質(zhì)量標準V類；大鏟灣為海洋港口水域，海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)，水質(zhì)目標為海洋水IV類。表4 水質(zhì)目標 單位：mg/L序號BOD5CODMn/CrDONH4-NTPTN感觀大鏟灣55350.42無異色、異臭、異味河道5105101.5350.40.824不黑不臭4 引調(diào)海水需水量分析目前

12、深圳70以上的城市用水需要通過境外的東江引水，所以利用城市供水水源作為河道補水不現(xiàn)實。雨洪利用作為一種本片區(qū)的來說同樣不現(xiàn)實，因為寶安中心區(qū)作為重度開發(fā)的經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域，幾乎到了無地可用的程度。根據(jù)規(guī)劃，片區(qū)內(nèi)規(guī)劃有固戍再生水廠，然而其規(guī)劃水量絕大部分用于市政，只有極少量補充到河道，可謂杯水車薪。寶安中心區(qū)瀕臨南海珠江口水域，海水資源相當豐富，采用海水直接利用技術(shù)可節(jié)約沿海地區(qū)大量的淡水資源。這將有望改變沿海城市和地區(qū)的水資源結(jié)構(gòu)，充分利用海水于非飲用水源，可有效緩解淡水資源緊缺問題，對經(jīng)濟和社會發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。一方面起到示范作用并節(jié)約了大量的淡水資源，另一方面取得了可觀的經(jīng)濟效益以及社會等綜

13、合效益。所以本研究以該區(qū)域近海海水作為引調(diào)水對象。4.1 引水水源水質(zhì)監(jiān)測深圳市寶安濱岸區(qū)距離伶仃洋東槽較近，伶仃洋東槽下游與香港吸水門、銅鼓水道漲潮溝相連，是伶仃洋的主要漲潮通道，其水質(zhì)條件相對較好。西部海域固戍近海2008年水質(zhì)檢測資料統(tǒng)計分析見表5。表5中數(shù)據(jù)說明，近海水質(zhì)基本接近海水四類標準，其中DO、BOD5、CODMn、活性磷酸鹽都優(yōu)于四類，僅非離子氮和無機氮劣于四類，非離子氮為四類標準值的1.77倍 ，無機氮達四類標準值的4.87倍。含鹽度的年平均值為11.1，枯季時最大達18.1，汛期時最小僅1.2。表5 寶安中心區(qū)近海水質(zhì)檢測資料統(tǒng)計分析監(jiān)測日期DOCODMnBOD5活性磷酸

14、鹽NH3-N非離子氮無機氮亞硝酸鹽硝酸鹽鹽度4.226.800.641.200.0520.390.0152.470.411.6714.07.165.021.481.660.0210.400.0563.550.402.761.210.144.691.810.630.0110.010.00031.300.360.9318.1年平均值5.501.311.160.0280.270.0352.440.391.7811.1年平均值/海水四類值0.600.260.230.6221.774.87海水四類標準值3550.0450.0200.504.2 引調(diào)海水水量模型計算近遠期截污率是影響引調(diào)水規(guī)模的最重要因素

15、，根據(jù)深圳市相關(guān)規(guī)劃，寶安中心區(qū)20102020年截污率可以達到8590%。故本研究以截污率8590%作為基礎(chǔ)展開模型分析計算。數(shù)學模型的建立與驗證（1）基本資料。大鏟灣及河道地形資料采用08年測量1：1000地形圖，伶仃洋海區(qū)采用2008年的海圖；潮位資料采用珠江口赤灣、大虎、南沙、馮馬廟、橫門等潮位站，并通過分析選用各站其中半個月潮位過程作為典型過程線。圖2 赤灣站2005年1月18日9：002月4日23：00潮位過程（2）模型選用。為了較好預測工程后污染物濃度，選用包括河涌、大鏟灣和伶仃洋一部分水域作為計算范圍，本次研究選用delft3D模型中的二維模型。Delft3D是荷蘭（代爾夫特水

16、力研究所）開發(fā)的一套功能強大的軟件包，主要應(yīng)用于自由地表水環(huán)境模擬。（3）模型驗證。伶仃洋整體模型的驗證潮位驗證見圖37。由圖表可見，潮位計算值與實測值吻合較好，潮位站的潮位特征值驗證誤差小于0.10m，符合水利工程計算規(guī)范的要求。圖3 赤灣站潮位驗證圖圖4 大虎潮位驗證圖 圖5 南沙潮位驗證圖 圖6 馮馬廟潮位驗證圖 圖7 橫門潮位驗證圖局部模型的驗證局部模型的驗證采用整體模型計算結(jié)果和局部模型計算結(jié)果相比較的方法，局部模型驗證圖圖見圖89。圖8 局部模型水位驗證圖圖9 局部模型流速驗證圖（3）參數(shù)率定。采用BOD-DO模型富營養(yǎng)化模型進行驗算，不考慮底泥和浮游植物的影響。水質(zhì)參數(shù)取值為：綜

17、合糙率系數(shù)n為0.03，BOD5的一級降解衰減系數(shù)取0.15d-1，TP的一級衰減系數(shù)為0.08d-1。模型率定實測值為2009年2月份五條河涌及大鏟灣水域的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在所選參數(shù)條件下，模型模擬的結(jié)果與監(jiān)測值十分接近。因此，該模型可以進行各工況水質(zhì)計算。4.2.2數(shù)學模型計算結(jié)果分析規(guī)劃固戍再生水廠能夠補給咸水涌、鐵崗排洪河、西鄉(xiāng)河、新圳河的水量分別為1.28萬m3/d、2.29萬m3/d、4.98萬m3/d、4.75萬m3/d，共13.3m3/d。根據(jù)本次設(shè)計引調(diào)水方案，將咸水涌的可補再生水量補充到西鄉(xiāng)河補水點，將新圳河的可補再生水量分別補充到新圳河和雙界河，則可補再生水方案調(diào)整為：鐵崗河2

18、.29萬m3/d，西鄉(xiāng)河6.26萬m3/d，新圳河2.38萬m3/d，雙界河2.37萬m3/d。經(jīng)計算，由于上述補水量遠遠不足河道需要的補水量，再生水需水量見表6，海水需水量見表7，補再生水后的海水需水量見表8。補海水效果見表9。由此可知，如果河涌完全補充再生水，則需水量為94.92萬m3/d；如果完全補充海水，則需水量為79.1萬m3/d；補充可利用的13.3萬m3/d的再生水后，尚需補充海水68.02萬m3/d。表6 河涌補再生水需水量 單位：萬m3/d補水條件補中水補中水補中水補中水鐵崗排洪河10.3712.1924.0036.00西鄉(xiāng)河25.9236.0049.2058.82新圳河10

19、.3713.5436.0042.00雙界河5.187.5010.3718.00表7 河涌補海水需水量（完全補海水） 單位：萬m3/d補水條件補海水補海水補海水補海水鐵崗排洪河8.6410.1620.0030.00西鄉(xiāng)河21.6030.0041.0049.02新圳河8.6411.2830.0035.00雙界河4.326.258.6415.00表8 河涌補海水需水量（減去可利用再生水量） 單位：萬m3/d補水條件補海水補海水補海水補海水鐵崗排洪河6.738.2518.0928.09西鄉(xiāng)河16.3824.7835.7843.80新圳河6.669.3028.0233.02雙界河2.354.286.67

20、13.03表9 不同截污率與補水量條件下河涌及大鏟灣水質(zhì)BOD5表截污率80%截污率85%截污率90%截污率工況條件補水補水補水補水補水補水補水補水補水補水補水補水鐵崗河中游1010101010101010101010鐵崗河河口101010101010101010101010西鄉(xiāng)河中游101010101010西鄉(xiāng)河河口1010101010咸水河中游10咸水河河口10新圳河中游1010101010101010101010新圳河河口101010101010101010101010雙界河中游1010101010101010雙界河河口10101010101010大鏟灣灣頭5555大鏟灣灣中555555

21、555555大鏟灣出?？?55555555555從表9數(shù)據(jù)中可以看出，90%截污率+補水方案接近指定BOD5水質(zhì)不黑不臭指標，但是大鏟灣灣頭段的水質(zhì)BOD5在510之間，稍次于指定要求。5 結(jié)語（1）、寶安中心城區(qū)西鄉(xiāng)河等5條河流現(xiàn)狀污染非常嚴重，均屬地表水劣類，嚴重影響了區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)生活環(huán)境與居民健康，而且有悖于“國家環(huán)保模范城市”榮譽，也是打造“綠色政府”建設(shè)“生態(tài)文明城市”所不允許的。因此，區(qū)域內(nèi)的5條河流及港池水污染急待治理，盡快減輕黑臭程度，最終達到地表水類和海水四類水質(zhì)目標，刻不容緩，責無旁貸。（2）、水污染如此嚴重的主要原因是河流太小，污染負荷量相對太大，水環(huán)境容量微乎其微。區(qū)域內(nèi)

22、固戍污水處理廠第一期工程剛建成，配套污水管網(wǎng)建設(shè)尚未完善，現(xiàn)狀截污率很低，只有20%左右，造成大量未經(jīng)處理的生活污水和工業(yè)廢水排入河道，而河流枯季的流量非常微小，河流內(nèi)水體幾乎全是污水，并且大量累積在港池水域。（3）、減污與增容是水污染治理的主要對策，兩者相輔相成，缺一不可。根據(jù)深圳市水污染治理規(guī)劃，該區(qū)域內(nèi)最大限度削減污染負荷量，近期(2010年2015年)截污率將達到75%，污染底泥全部疏浚；遠期(2020年)截污率將達到90%，同時利用污水處理后的再生水實施河道生態(tài)補水。但由于河流流量太小，尤其枯水季幾乎為零，水質(zhì)模擬計算域分析研究說明，即使近期和遠期規(guī)劃方案實施后，如果不補水增加環(huán)境容量，河流仍然達不到要求的地表水類水質(zhì)目標，黑臭難以徹底消除。因此，對河流實施補水增容必不可少，只有通過補水，提高河流的稀釋自凈能力，增加水環(huán)境容量，才能確保河流水質(zhì)達標，徹底消除黑臭。由于深圳市水資源匱缺，河流補水的淡水資源難以解決。在沒有解決淡水補水資源的情況下，利用引調(diào)珠江口鹽度較低的海水對原本屬于咸水環(huán)境的感潮河段實施