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观澜河水质改善及生态修复研究 摘要 城市河流是城市的重要资源和环境载体，是城市赖以生存和发展的关键要 素之一。在水资源日益短缺、水污染日益严重的形势下，水环境评价对水质治 理及生态环境改善更为重要。论文在观澜河水质及生态环境现状的基础上，借 助s m s 软件，考虑河道水文条件和水质各个参数，构建了河道水动力学及水质 模型。应用该模型对观澜河水质进行分析及排污口限制排污量讨论，为观澜河 污染控制及水质改善提供了一定的依据，并给出相应的水质改善措施。最后基 于河道生态修复的理念，选取观澜河生态受损河段，针对河道生态现状问题， 通过补水工程、营造深滩浅滩、增设水生植物、底栖动物、鱼类等生态修复措 施，建设多样性生物构架，逐步形成稳定的多样性生物群落，建立完善的河流 岸带生态系统，以进一步达到改善水质和生态环境的目标。 关键词：环境载体，水环境评价，水质模型，生态修复，生物群落 g u a n l a nr i v e rw a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n ta n de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o nr e s e a r c h a b s t r a c t u r b a nr i v e r sa sa ni m p o r t a n tc a r r i e ro fr e s o u r c e sa n dt h ee n v i r o n m e n t ，i sc l o s e l y r e l a t e dt ot h ec i t y ss u r v i v a l ，w h i c hs e r v e sa sak e ye l e m e n tt or e s t r i c tt h eu r b a n d e v e l o p m e n t w i t ht h e w a t e re n v i r o n m e n t g e t t i n g w o r s ea n dw o r s e ，w a t e r e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n ti sm o r ei m p o r t a n tf o rw a t e rq u a l i t ya n de c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h er e s e a r c ho fp r e s e n ts i t u a t i o no fg u a n l a n r i v e rw a t e rq u a l i t ya n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，w i t hs m ss o f t w a r e ，c o n s i d e r i n g r i v e rh y d r o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n dt h ep a r a m e t e r sw a t e rq u a l i t y ，t oc o n s t r u c tw a t e r d y n a m i c sa n dw a t e rq u a l i t ym o d e l w i t ha p p l i c a t i o no ft h em o d e l so ft h eg u a n l a n r i v e r w a t e rq u a l i t ya n a l y s i sa n dd i s c h a r g er e s t r i c t i o n so ne m i s s i o n s ，t op r o v i d et h e w a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n ta n dt h ec o r r e s p o n d i n gi m p r o v e m e n tm e a s u r e s f i n a l l y ， b a s e do nt h ec o n c e p to fe c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fr i v e rc h a n n e l s ，s e l e c te c o l o g i c a l d a m a g eo fg u a n l a nr i v e r ，w i t ht h ep r e s e n ts i t u a t i o no fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，b y w a t e rs u p p l e m e n tp r o j e c t ，c r e a t i n gad e e pb e a c hs h a l l o w s ，a n da d d i n ga q u a t i c p l a n t s ，b e n t h i ca n i m a l s ，f i s ha n do t h e re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nm e a s u r e s ，t oc o n s t r u c t v a r i o u sb i o l o g i c a ls t r u c t u r e ，a n dg r a d u a l l yf o r mas t a b l e b i o l o g i c a lc o m m u n i t y d i v e r s i t y ，e s t a b l i s ha n di m p r o v et h er i v e rb a n kw i t ht h ee c o s y s t e mi no r d e rt o f u r t h e ri m p r o v ew a t e rq u a l i t ya n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：e n v i r o n m e n t a lc a r r i e r ，w a t e re n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n t ，w a t e rq u a l i t y m o d e l ，e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ，b i o l o g i c a lc o m m u n i t i e s 图1 - 1 图2 1 图2 - 2 图2 - 3 图2 - 4 图2 - 5 图3 1 图3 - 2 图3 3 图3 - 4 图3 - 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图5 1 图6 1 插图清单 观澜河区位图2 干流坂油汇合口段8 干流观澜污水厂段8 干流单位长度底泥量比图1 0 樟坑径河观澜中学河段现状1 4 芬水龙塘村段现状1 4 数学模型流程图2 6 研究区域布置图2 7 分流、弯道处网格布置2 8 研究区域河床高程等值线图2 9 网格质量显示图3 1 r m a 2 模型控制g e n e r a l 选项对话框一3 2 研究区域流速大小3 3 弯道处流速矢量图一3 4 研究区域水位图一3 4 研究区域水深图3 5 各观测断面及排污口布置图3 8 水质改善方案总体思路3 9 观测断面1 1 浓度变化图一4 1 观测断面2 2 浓度变化图一4 1 观测断面3 3 浓度变化图4 1 观测断面4 4 浓度变化图4 2 观测断面5 5 浓度变化图4 2 观测断面6 - 6 浓度变化图4 2 观测断面7 7 浓度变化图4 3 水生态修复工程总体方案框图一4 9 观澜河生态修复工程总平面布置5 3 i v 表格清单 表2 1地表水环境质量标准基本项目标准限值单位：m g l 7 表2 20 6 年观澜河干流断面水质监测数据表单位：m g l 一9 表2 3观澜河流域底泥污染成分统计表单位：m g 1 9 表2 4流域内污水系统现状情况一览表1 1 表2 5污水处理厂截污管道污水收集情况( 2 0 0 6 )单位：万m 3 d 1 2 表2 - 6观澜河水质理化指标检测结果单位：m g l 1 5 表2 7 水污染综合评价1 5 表2 8藻类调查结果1 6 表2 9观澜河浮游动物、底栖动物指标监测结果1 6 表4 1排污口水质概况3 7 表5 1观澜河流域生态恢复涉及的技术体系4 9 i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 金月垦王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：1 生幽 签字日期：加i 。年。够月i 中日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金壁王些盔堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：、v 堡y a 签字日期：加l o 年d 中月l 中日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师魄z 慧 签字日期：跏l o 年叱月 电话：f 引s si 弓艿啦2 ( 邮编： 致谢 论文进行到了尾声，毕业在即。回顾这读研的两年半时间，得到了老师同 学们的诸多帮助与关怀，让在工大这个美丽的校园里，我不仅学到了扎实的专 业知识，还度过了段美好时光。 在这里，我要特别感谢我尊敬的导师一一王慧副教授。王老师是一位对学 术执着，有良好科学素养的优秀学者和老师。无论从课程学习、论文选题，还 是到收集资料、论文成稿，都倾注了王老师的心血。从入学开始到摄后毕业， 王老师在思想、学习、生活上都给我以无微不至的关怀，感谢在百忙之中审阅 我的论文和参加我论文答辩的各位老师和专家! 感谢土木与水利工程学院的全体老师，在他们的辅导与帮助下，论文才能 顺利完成。 感谢各位热心的同学们，我会记住与大家一起学习读书的快乐生活，谢谢 你们给予我学校生活美好的回忆。 最后衷心感谢父母含辛茹苦的养育之恩，感谢家人在我这么多年求学、成 人的道路上给予的无私恩情和鼓励，我前进的每一个脚步都充满着他们给予我 的奋斗的力量。 作者：阳晓娟 2 0 1 0 年4 月6 日 第一章绪论 1 1 问题的提出 水资源作为现代人类社会最重要的自然资源，是因其具备了“量”和“质” 两个方面的属性。水量是指能够满足一定用水目的数量要求，即水的多少；而 水质是指水的适用性。水质优劣与人类生产、生活和健康密切相关。一切用水 部门对水质都有相应的要求，随着社会和经济发展，对水不但在数量上，同时 在质量上要求愈来愈高。特别是随着工业化发展，在水资源日益短缺、水污染 日益严重的形势下，在水资源评价和研究中对水质则更为重要。 河流作为城市的血脉，是城市景观和空间文化的组成部分，是城市发展所 依托的生态基础。纵观河道现状，不仅威胁人民生命财产安全，影响城市投资 环境，制约城市品位的提升，与城市发展目标定位不相适应。城市是以人口密 集和土地、空间、供排水的高负荷为特征的。城市河流作为重要的资源和环境 载体，关系到城市的生存，制约着城市的发展。从城市河道治理的过程来看， 是从简到繁、由低标准到高标准、由盲目治理到科学治理，由单一功能向多功 能发展逐步提高的。随着经济社会的发展，人们对生活环境的质量要求不断提 高，河道的休闲、娱乐、景观、生态等功能逐步受到重视。 河道流域建设的必要性决定于以下几方面： ( 1 ) 确保城市防洪排涝安全的基本保障； ( 2 ) 建设生态文明、生态市的重要组成部分； ( 3 ) 保护脆弱的河流及其子系统、恢复河流自然生态功能的需要； ( 4 ) 促进流域可持续发展和城市化的需要： ( 5 ) 改善河流水质，恢复饮用水源功能区的前提。 在全面建设“环境友好型 社会的背景下，河道流域水环境综合整治势 在必行。因此，必须通过大力推进河流综合治理、实施精细化管理，精雕细琢， 逐步恢复河流自然生态功能，提升河流生态功能和环境承载力，为经济社会发 展腾出空间。这是政府落实科学发展观、促进人与自然和谐共处的战略部署， 是发展循环经济、建设生态市的必由之路，也是破解水资源、水环境“难以为 继 、在紧约束条件下求发展的具体措施。 1 2 研究流域概况 观澜河流域位于深圳市中北部，是深圳市集雨面积超过l o o k m 2 的五大河流 之一。流域属丘陵谷地地貌带，地貌类型主要为低丘陵。总的地势南高北低， 西高东低。是东江水系石马河的上游段，发源于民治街道大脑壳山( 海拨 3 8 5 4 m ) 的牛咀水库鸡公头一带，自南向北流经民治、龙华、大浪、坂田、观 澜街道及光明街道白花村，在观澜企坪以下进入东莞市境内，深莞交界断面以 上集雨面积1 8 9 3 k m 2 ，河长2 2 5 6 k m ( 包括主源油松河) ，河流平均比降2 1 2 o 。 观澜河在东莞塘厦镇境内汇八其它支流后称石马河，在东莞与惠州交界处汇八 东江。石马河流域面积1 2 4 9 k m 2 ，主流河长8 8 k m ( 其中深圳境内2 25 6 k r o ，东 莞境内6 54 k m ) ，除主源观澜河外，另有雁田水、契爷石水、清溪水、官仓水 等四条支流，均在东莞市境内。石马河水系在深圳市境内除观澜河外，另有五 条独立支流流经观澜、平湖后汇入石马河的另一条支流雁田水，总集雨面积 5 0ik m2 ，另加观澜河在交界断面咀下注入东莞境内河道的集雨面积7 1 k 2 ，总 集雨面积2 4 65 k 口2 。观澜河流域交通发达便利，已建成了纵横交错的现代城市 道路阿络，梅观高速、机荷高速在龙华交汇。南坪快速、布龙公路、平南铁路 贯通全境，正在兴建的梅龙公路和轨道四号线，使流域内民治、大浪、龙华和 观斓街道与深圳中心区实现全面对接。即将兴建的全国铁路客运枢纽之深 圳新火车站和“十一五”期间重点投资建设的“四大新城”之一的龙华新城也 位于本流域。 观澜河流域 图i 一1 观澜河区位图 近年来，观澜河流域河道本质污染严重，干支流经过城区的河段全部污染， 河道水质全面恶化，沿途纳污的各条支流实际上成为污水沟。干支流水体发黑 发臭，透明度低。污染物主要有氮、磷、挥发酚、汞等有机污染物和重金属，按 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，观澜河水质属劣v 类，已经失去饮用 水水源的功能。观澜河干支流水质受到污染使水生态系统中主要以耐污物种如 细菌、蓝藻等为主，生物种类减少、水体初级生产力下降，水生生态系统功能 受损，生态系统稳定性下降。 根据深圳市2 0 0 6 年统计年鉴和宝安区2 0 0 6 年统计年鉴计算，2 0 0 6 年束观澜河流域总人口达9 87 万人，其中深圳户籍人r n 为62 万人，非户籍人 口为9 25 万人。2 0 0 6 年实现g d p 为6 0 93 亿元，第二产业占产业结构的主导 地位，并有绝对的优势保持主导地位。观澜河河道水质现状及生态系统功能治 理不能满足发展规划的需求，存在亟待解决的问题。 1 3 水质研究与生态水利现状 1 3 1 水质模拟概况 水质模型是对污染物在水环境中变化规律及其影响因素之间相互关系进行 的一种数学描述，既是水环境科学研究的内容，又是水环境研究的种重要手 段。水质模拟的研究涉及到水环境科学的很多基本理论问题和水污染控制的实 际问题。它的发展在相当大的程度上取决于污染物在水环境中的迁移、转化和 归宿。随着研究的不断深入，及数学方法在水环境研究中应用程度的不断进步， 水质模型不仅在理论上由最初的质量平衡原理发展到如今的随机理论、灰色理 论、模糊理论；且在实际应用上从最初的城市排水工程设计发展到现在的污染 物水环境过程模拟、水环境质量评价，污染物水环境预测，水生物污染暴露程 度分析及水资源科学管理规划等有关水环境的各个方面；在研究方法上，从以 前的解析解和浓度表达发展到以人工神经网络模拟辅助解析及与地理信息系统 相结合的数值解和逸度表达方法。这些成就都很大程度上推动了水环境管理技 术的现代化。 1 3 2 水质模拟的研究现状 ( 1 ) 最早发展的水质模型是比较简单的氧平衡模型。美国的工程师斯特里特 和费尔普斯在1 9 2 5 年对o h i o 河流污染源及其对生活用水造成的影响的研究中， 提出氧平衡模型的初步形式，即s - p 模型。在该模型中，假定河流的自净过程 中存在两个相反的过程，一是有机污染物在水体中发生生物氧化反应，消耗水 中溶解氧，其速率与水中有机污染物浓度成正比；与此同时大气中的氧不断地 进入水体中，其速率与水中总的氧亏值成反比。在这两个相反的过程作用下， 水中的溶解氧即达到平衡。最初的这个模型被用于城市排水工程的设计和简单 水体自净作用的研究。而在此后由于研究手段的限制等原因，水质模型研究并 未在此模型基础上有大的进展。一直n 2 0 世纪5 0 、6 0 年代，随着人类对环境保 护和污染控制认识加深，加上计算机技术的迅速发展，水质模型才得到进一步 的发展。 ( 2 ) 2 0 世纪5 0 年代水质模型发展仅仅是在s - p 模型上有所改进。开发相对简 单的生物化学需氧量和溶解氧( b o d d o ) 的双线性模型系统。2 0 世纪6 0 年代末， 随着计算手段的不断提高和对生物化学机理认识的深入研究，我们考虑的因素 越来越多，如b o d 、d o 、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等，模型结构为 多线性系统，空间维数也改为一维和二维，如0 c o n n e r 模型等。同时，一些随 机水质模型t h o m a s 模型乜3 、t h a y e k r u t c h o f f 1 模型等开始出现。 以上模型都可归类为氧平衡模型，其主要的理论依据是有机物降解好氧和 大气复氧的动态平衡关系。以上的模型不论是模型参数形式还是求解技术方面 都比以前有较大改进。g r e e n e y 在此理论基础上研制出美国环保局推荐使用的 q u a l i i 河流有机污染综合水质模型h 1 ，模型中包涵1 3 个状态变量，有水温、溶 解氧d o 、生化需氧量b o d 、藻类、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、可溶性磷、大 肠杆菌、任选的一种可降解物质和三种任选的非降解物质，并建立了差分法求 解技术和计算机程序。这是一种相对较复杂的非线性氧平衡生态模型。该模型 已被广泛地采用于河流水质预测与水质管理规划工作中。 ( 3 ) 随着污染物水环境研究和水质标准制定工作的不断深化，氧平衡模型已 经达不到社会经济发展对环境保护的要求。2 0 世纪8 0 年代兴起了形态模型，它 指同一污染物，由于在水环境中的存在的状态和化学形态不同，将会表现出不 同的环境行为和生态效应，例如对人体和生物群落的毒性。这一种模型优越在 于能反映污染物和不同状态和化学形态下水环境行为。l a w r e n c e 等研究形态模 型时，把一般的有机物看作两性电介质，先分为溶解态、吸附态和生物结合态 三种存在状态，然后对每个状态分为五种不同的化学形态，分别能模拟预测出 不同形态下各种形态的污染浓度分布情况。形态模型是更为复杂的生态模型， 目前还很不成熟，有待进一步研究和发展。 ( 4 ) 2 0 世纪8 0 年代以来，随着对水环境变化复杂性认识的深入，各相关学科 相互渗透、相互激励，水环境数学模型的研究进入到多介质环境综合生态系统 模型。所谓多介质环境是指大气、水体、土壤、生物等组成的庞大系统，其中 水是核心。模型内部结构为多种相互作用的非线性系统，空间维数已发展到三 维，该模型认为污染物排放到自然环境后，将通过各种途径在环境各介质中传 播、演变和分配，对环境的影响与他们在各种环境单元中的浓度水平和停留时 间密切相关。 在国内，虽然水质模型的研究起步较晚，但在学习、吸收国际先进经验的 基础上水质模型发展较快。近些年，在有机污染物水质模型理化参数测定与计 算、水环境有机污染非确定性分析、水动力学与水质变化耦合求解等方面都有 较快的发展。如文献随1 将确定性b o d d o 模型中的参数取为概率分布参数、灰色 参数及模糊化后，建立了河流水质不确定性数学模型；文献阳1 以确定性水质模 型为基础，与随机过程模拟方法结合，建立了确定性的与随机耦合的水质不确 定性预测方法。同时还将湍流、温度、生态相互耦合跏，建立了垂向二维水动 力学生态综合模型，在应用中获得比较满意的效果。 近年来，国内有关单位先后在长江曲1 沱江、漓江、松花江、图门江、黄河 兰州段、伊洛河洛阳段、淮河蚌埠段、浑河抚顺段、小清河、云南洱海、昆明 滇池、江苏太湖等地建立或应用了水质数学模型，并取得了一大批成果。 1 3 3 生态水利的研究概况 生态环境是人类生存发展的基础自然资源。生态环境不仅为人类提供食物、 医药及其他生产生活资料，而且还提供了人类赖以生存的自然环境条件，它对 4 维持水文循环、净化空气、抵御自然灾害等起着重要的作用。人类社会的生存 与发展一刻都离不开自然生态系统的支持。然而，从本世纪4 0 年代以后，随着 我国人口的迅猛增长、水土和植被资源的大规模开发利用，出现了大面积水土 流失、草原严重退化、荒漠化进程加剧、水生生态失衡、生物多样化丧失、生 态系统功能降低等一系列生态环境问题。如北方河流的断流、华北地区地下水 大量超采形成大面积漏斗、湖泊干枯或萎缩、绿洲消失、植被减少、土壤沙化、 草场退化、沙尘暴、虫害等。尤其是上世纪9 0 年代以后，由于对水资源的过分 开发利用，导致了黄河频繁断流，北方地区沙尘暴肆虐，巢湖、太湖、滇池等 湖泊水体严重污染、塔里木河和黑河下游断流等一系列生态灾难。森林砍伐及 坡地垦荒造成的水土流失及荒漠化，围湖造田、开垦湿地等对生态系统有较大 影响的人类活动，以及向水域大量排放污染物所造成的严重后果都说明了生态 环境的恶化，这已严重地制约了当地经济的发展和人民生活水平的提高。以及 最近由我国西南旱灾引发湄公河四国与中国用水争端等等，由此可见，生态环 境的稳定性发展是社会经济可持续发展的保障和基础旧1 。 随着我国经济社会持续发展，提出了由传统水利向现代生态水利转变的大 目标。传统的水利工程比较注重河道本身的功能，如行洪、排涝等，因此河道 断面形式单一，走向笔直，河道护坡结构也比较坚硬，其主要考虑的是河道的 行洪速度、河道冲刷、水土保持等。但是传统的河道护岸很少去考虑河道与周 边历史环境、社会环境、生态环境及入文环境的统一，治理后的河道往往会使 生物种类单一化，由此带来的环境问题也比较严重。这种转变是以现代新的科 学理念为基础的，是城市水利体现出“回归自然 、“亲水 、“景观与水文 化”等现代潮流的涌现。以生态修复为目标的河道建设注重人与自然和谐相处， 因而河道生态问题倍受关注。2 0 世纪9 0 年代以来，欧美和日本等一些发达国 家在水环境治理上加大了力度，自然生态型河道取得了很好的效果。德国、美 国、日本等国拆除了大量六、七十年代建造的钢筋混凝土护岸，建设生态型护 岸。生态水利已成为国际上水利工程的一种趋势。生态水利是按照生态学原理， 遵循生态平衡的法则和要求，从生态的角度出发进行水利工程建设，建立满足 良性循环和可持续利用的水利体系，从而达到可持续发展以及人与自然和谐相 处。从宏观上讲，生态水利就是研究：水利与生态系统的关系；水资源的开发 与利用对生态环境的影响、水利工程建设与生态系统演变的关系；水资源开发、 利用、保护和配置中，在提高水资源的有效利用水平、节约用水的条件下，保 证生态系统的自我恢复和良性发展的途径和措施。因此，生态水利是把人和水 体作为整个生态系统的要素来考虑，照顾到人和自然对水利的共同需求，通过 建立有利于促进生态水利工程规划、设计、施工和维护的运作机制，达到水生 态系统改善优化、人与自然和谐、水资源可持续利用、社会可持续发展的目的。 要实现人与自然的和谐共处，必须尊重生态法则，将生态用水列入水资源开发、 利用和配置方案中，抢救和保护湿地生态系统，逐步恢复湿地生物多样性。水 资源的开发利用不仅要考虑量和质的问题，而且应该是在不超过生态系统自我 调节和自我修复能力基础上的合理开发利用。 近几年来，在河道建设治理中，大多数城市河道的规划都以生态工程建设 为切入点，以建设水清、流畅、岸固、滩绿、景美，人与自然和谐相处的生态河 道为目标，形成了现代生态河道建设新思路。 1 4 本文的主要目的和内容 1 4 1 主要研究目标 ( 1 ) 针对观澜河的特点及目前存在的城市河道水污染问题，采用地表水模 拟系统软件( s u r f a c e - w a t e rm o d e l i n gs y s t e m ) ，以观澜河放马埔段为研究河段， 建立水动力学模型和水质模型，实现了对水质的模拟和优化计算，为观澜河城 市河道污染控制及水质优化方案提供了一定的依据。 ( 2 ) 结合目前生态河道建设的理念，选取观澜河生态受损河段，建立完善 的河流岸带生态系统，在水质改善工程的基础上，按照生态治河要求建设河道， 通过水生植物、底栖动物和鱼类的放养，恢复生物迁移、繁衍生息的河道生态 空间1 引。 1 4 2 主要研究内容 ( 1 ) 全面了解掌握r m a 2 和r m a 4 模型的基本原理、模型结构、模型功能、 数据格式及操作程序等。 ( 2 ) 开展观澜河及其相关水域的水环境基础资料收集与分析工作，并对有 关观澜河水质模拟的前人研究成果进行总结分析。针对研究区段，开展数值模 拟试验，系统研究r m a 2 和r m a 4 模型参数在宽浅式河流中水动力和水质数值模 拟中的参数率定，进而确定模型参数。 ( 3 ) 建立观澜河放马埔段二维水质模型。在水动力学模型建立的基础上， 引入河边各个排污口的位置，模拟观澜河断面污染物c o d c r 分布。并在上游水 质达标的基础上，考虑污染物岸边排放对下游河道的影响，进行限量排污讨论， 并将提出相应的治理方案。 ( 4 ) 基于了生态河道建设的理念，在水质改善的基础上进行观澜河生态修 复规划。工程措施主要通过人工湿地，河道基流量的计算与补水工程。生物措 施主要通过增设水生植物，底栖动物和鱼类等恢复多样性生物构架，逐步形成 稳定的多样性生物生物群落c - 们。 6 第二章观澜河流域水质与生态现状 2 i 地面水环境质量标准 为了保障人体健康，维护生态平衡，保护水源并控制污染，改善水质，促 进经济发展，我国制定了适用于江、河、湖泊及水库的地面水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 8 8 ) 。如表2 一l ，这一标准为地面水体环境质量的正确评价奠定了基 础。下述分类主要是依据地面水水域使用目的和保护目标而划分的“引，具体为： i 类主要适用于源头水、国家自然保护区。 i i 类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、 鱼虾产卵场等。 i 类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及 游泳区。 类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。 v 类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 表2 一l地表水环境质量标准基本项目标准限值n 0 3 单位：m g l 序号分类i 类 i i 类 类 类v 类 1p h 值6 9 2 溶解氧 56532 3 化学需氧量c o d 1 51 52 03 04 0 4生化需氧量b o d3 3 4 6 1 0 5氨氮0 1 50 5 01 0 01 5 02 0 0 6 总磷 o 0 20 1 0o 2 0o 3 00 4 0 7 总氮 o 2 0o 5 01 0 01 5 0 2 0 0 2 2 水污染现状评价 2 2 1 河道水质 根据地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) ，如表2 - 1 ，结合观澜河水质 监测数据表2 2 ，得出观澜河水质属劣v 类，已经失去饮用水水源的功能。 根据2 0 0 6 年对观澜河三个河道断面竹村、放马埔、企坪的水质进行检测， 检测结果见表2 - 2 。 2 2 2 面源污染 观澜河流域的面源污染主要来自三个方面： 一是流域内外来人口多，垃圾收集管理不完善，人为在河道两岸随意堆放 垃圾现象普遍。降雨过程中，大量垃圾和废弃物随雨水带进河道，造成河道的 严重污染。同时，垃圾收集设施选址不当，很多垃圾收集站临河而建，有的直 接建在河道上，垃圾渗液污染河道。 7 圉2 - 2 干流观澜污水厂段 二是河道两侧农田和果林使用的化肥、农药随雨水进入河流，增加河流的 污染负荷。 三是初期雨水是水体污染的一个重要方面，并成为河道主要污染源之一。 随着降雨，道路路面，小区等地面污染物由雨水蓖进入雨水管道，最终进入河 道，造成河道水环境的严重污染“1 。 以上原因导致观斓河面源污染较严重，且初期雨水的污染未得到有效控制。 2 23 河道底泥污染 从现场踏勘及河道底泥取样检测分析，底泥成分统计见表3 所示。干流各 断面单位长度底泥量分布见图2 3 。 表2 - 2 o 鱼笙婴塑塑王鎏堑亘查垂堕型墼塑鲞 皇垡! 里曼! ! 一一 _ h _ _ _ _ _ l _ _ - _ _ 一 序断面名 采样p h 值簟解 氧量氧量 氨氮总磷总氮 号 称月日 氧 c o d b o d 一 1竹村 11 07 1 24 1 93 2 4 1 0 92 51 0 9 2放马埔 l1 0 7 。0 8l 。o 3企坪 147 4 70 9 4竹村 22 7 3 42 2 5 放马埔 227 。5 6 2 1 6企坪 21 7 5 51 0 7竹村 397 0 51 0 8 放马埔 3 9 7 2 41 2 9企坪 327 3 8 0 7 1 0 竹村 4 1 17 1 11 1 1 1放马埔4 1 17 2 8o 2 1 2企坪 457 3 4 1 2 1 3竹村 51 66 9 9 1 1 1 4 放马埔 51 67 11 0 3 6 。4 2 3 31 0 。52 2 1 0 7 5 5 5 3 1 5 4 1 1 3 5 5 6 0 4 3 6 9 3 7 4 4 3 0 5 1 6 2 1 7 1 4 7 4 3 3 1 0 0 9 81 31 0 5 2 6 51 0 2 1 71 0 8 3 5 。4 1 9 3 7 52 18 1 7 7 1 21 1 3 3 5 11 1 9 3 31 2 8 2 4 11 2 62 2 1 2 7 1 7 1 6 50 99 7 2 8 91 0 82 3 1 1 9 1 5 企坪 5 l l7 5 27 31 0 04 81 3 1 6竹村平均 7 0 91 3 4 1 12 1 88 1 1 7 放马埔 平均 7 1 81 44 0 21 7 18 4 1 49 2 1 11 2 o 1 57 9 1 59 1 o 42 9 1 88 9 1 58 8 1 8企坪平均 7 31 5 4 1 31 0 55 80 98 0 根据上表可以看出，流域内化学需氧量、氨氮、总磷等指标超标，水质恶 化，河道水质劣于v 类水标准。 表2 - 3观澜河流域底泥污染成分统计表 单位：r a g 1 科目p h 有机质 c up bz nc r c dn i h g a s 2 0 0 7 年1 1 月对观澜河干流河道底泥进行了检测，观澜河流域河道底泥具 有以下特点： 一是观澜河底质p h 值高于土壤背景值。从所采的4 0 个样本看，p h 值平均 值为7 8 ，最大值为8 5 ，最小值为7 2 ，而深圳的土壤p h 值背景值为5 2 ，底 泥的p h 值明显高于深圳市土壤背景值。表明河道底泥严重受到人类活动的影 响： 9 6 5 o o 8 8 7 9 2 8 9 8 8 1 2 l l l 2 2 二是部分断面底泥中有机质吉量水平在00 9 1 61 之间，高于深圳市土 壤背景值的有机质背景值27 6 。上层和中层的有机质比例明显很高，而在底 层，有机质比例较低。底泥含有大量的生活过程排放的污染物，其中包括捧放 生活污水的沉积物和生活垃圾。观澜河底泥中有机质的组成以此类物质为主a 水质的黑臭与此相关。 三是河道下游底泥污染严重。其中重金属严重超标，表明受到工业废水的 影响。部分断面间c u 的浓度达到4 2 0 5 0 0m g k g ，大于深圳市土壤中c u 的背 景值为1 1l ，最高超标达4 5 倍以上，处于严重污染。p b 的平均浓度值为 1 04 m g k g 小于深圳市土壤背景值中p b 的浓度4 0 9 m g k g ，表明干流底泥未受 到p b 污染。底泥中层和下层的底泥未受到z n 、c r 污染，而在上层污染很严重， 部分断面超过严重污染值为2 4 倍。底泥中上层和中层的底泥受到h g 严重污染， 超过严重污染值卜6 倍：而在底层除个别样品外，均未受到h g 的污染。 圈2 - 3干流单位长度底泥量比图 2 3 城市掉水和污水处理现状 23 1 污水处理厂现状及评价 观澜河流域近年来经济发展迅速，2 0 0 6 年污永排放量约16 亿m 3 。除甘坑 水库流域己建的甘坑人工湿地( 规模1 万m 3 d ) 外，流域内现有污水厂四座， 设计处理规模合计为4 45 万m 3 d ( 含观澜河应急工程3 0 万m 3 d ) 。污水厂出 水水质基本达到一级排放标准。现有污水处理厂相关情况如表4 所示。 华为污水处理厂 华为污水处理厂位于龙华阪雪岗工业区内，处于梅观高速与清布路交汇的 东南角，现处理规模为4 万m 3 d ，2 0 1 0 年规划规模为8 万m 3 d ，2 0 2 0 年规划 规模为1 2 万m 3 d ，规划远期占地面积为8 3 1 h a ，出水水质为一级a 标准。因 现阶段污水收集管网不完善，由污水管网进入污水厂的污水量较少，目前污水 处理厂来水主要截流河道污水。 观澜污水处理厂 观澜污水处理厂位于观澜河干流下游( 桂花村) 河道右岸建设，现有处理 规模6 万m 3 d ，2 0 1 0 年规划规模为1 2 万m 3 d ，2 0 2 0 年规划规模为3 6 万m 3 d i 规划远期占地面积为2 8 4 5 h a ，因市政污水管网不完善，现阶段从污水管网进 入污水厂的污水量较小，污水厂污水来源主要是河道取水，采取二级处理工艺， 设计出水水质为一级a 标准。 观澜河污水应急处理工程 观澜河上游流域大量的生活污水及工业废水直接进入河道，河道内水质较 差，为确保河道下游交界断面水质，建设观澜应急工程处理河道水。该工程处 理规模为3 0 万i l l 3 d ，采用一级处理工艺，出水水质为三级排放标准。 平湖新南污水处理厂 平湖新南污水处理厂主要处理平湖街道及附近污水，现阶段污水处理厂处 理规模为4 5 万m 3 d ，1 0 1 0 年规划规模为7 万m 3 d ，2 0 2 0 年规划规模为1 7 万 m 3 d ，规划占地面积为1 1 8 h a 。出水水质基本达到一级a 的标准。因污水收集 管网不完善，现阶段污水处理规模未达到设计标准( 由于鹅公岭污水处理厂的 建设，平湖新南污水处理厂做相应调整) 。 甘坑湿地 甘坑湿地位于机荷高速与深平快速路交汇的东北角，处理规模为1 万m 3 d ， 主要处理甘坑水库下游村庄的污水。湿地占地面积为1 8 3 h a ，现在运行良好。 现状污水处理厂评价 污水处理厂布局基本合理：但配套管网未完善，污水收集率低，目前主要 从河道取水处理，未发挥应有效益。 2 3 2 城市排水管网现状及评价 排水管网现状 观澜河流域( 含平湖片区) 位于深圳特区外，近年来城市化进程加快使得 该片区建筑物大量增长，成为深圳特区的拓展区域。除现阶段规划的工业区有 比较完善排水系统外，老社区及新建厂区均无完善的排水系统。 龙华片区排水主干管按雨污水分流体制敷设，但支线接入较为混乱，未达 到分流效果。龙观公路以南和布龙公路以北的龙华中心地区设有较为完善的污 水管网系统，但因龙华污水处理厂尚在建设中，所以污水仍然直接排入龙华河、 上芬河、游松河等水体。龙华街道现有污水管网3 2 k i n ，管径为d 3 0 0 - d 1 2 0 0 ，排 污暗渠约l k m 。其中龙华污水厂配套截污干管主要沿龙华河、上芬水、坂田河、 油松河、大浪河河道或临河道路敷设，排水管径为d 4 0 0 一d 2 4 0 0 ，管网长度约 3 6 5 k m 。 观澜街道现有排水体制为截流式合流制，现有市政雨污合流管道或污水管 道约1 6 k m ，排水管径为d 4 0 0 - d 1 2 0 0 ；截流干管为2 3 8 k m ，管径为d 8 0 0 一d 1 5 0 0 ， 截流倍数n o = 2 ，截流干管主要沿观澜河干流、四黎路、观天路及观平路敷设。 坂雪岗片区为新规划的工业区，区域内新建小区( 工厂) 排水系统比较完 善，但由于老城区排水系统不完善，致使新建污水管网无法发挥功效。 表2 5 污水处理厂截污管道污水收集情况( 2 0 0 6 )单位：万m 3 d 注：建成区面积根据航拍图测量得出； 污水模数由供水量按照建成区面积进行平均分配计算得出； 未收集污水量根据截污管道覆盖范围确定。 平湖片区目前仅风凰大道和内环西路下敷设有污水管网，未形成贯通 的污水收集系统，从而使得已建的分流制污水管道处于封堵状态，无法实 现收集片区污水的作用。 截污范围及截污量分析 根据污水处理厂收集的截污干管及现场排水v 1 调查资料，结合单位面积污 水量情况，分析各个污水处理厂截污管道( 现状+ 即将建设) 污水收集情况如表 5 所示( 龙华污水处理厂在建及鹅公岭污水处理厂即将建设，本次截污量按照 已建运行进行分析) 。 排水管网存在的主要问题 一是新城区的开发建设与城市旧村的排水系统衔接混乱。新城区交通干道 路基下均铺有雨水管和污水干管，但与各片区的污水收集系统不贯通，导致己 敷设的污水管网收集污水量较小。 二是现有街道雨水系统缺少统一规划，流域内主要实行合流排水体制，虽 然新建区域的排水系统也基本按分流制进行配套，因整个污水系统尚未建立， 截污干管的建设严重滞后，雨污混流现象十分严重，大量的生活废污水直接排 入河道，这是造成河道水质恶化甚至发黑、发臭的主要原因。 三是新建小区污水收集管网较完善，但污水无去处，直接排入就近河道。 2 4 水生态现状评价 2 4 1 水生态环境状况 观澜河干支流水质受到污染使水生态系统中主要以耐污物种如细菌、蓝藻 等为主，生物种类减少、水体初级生产力下降，水生生态系统功能受损，生态 系统稳定性下降。此外由于主要支流上游均建有水库导致在干旱季节河流的生 态需水难以得到保证。 2 4 2 生物栖息地状况 观澜河干支流河岸与河床多采用硬质护砌，使河流缺乏可供水生动植物栖 息的场所，同时河流的渠道化和裁弯取直，改变了河流蜿蜒性的基本形态，致 使生境的异质性降低，生物群落多样性也随之降低，引起水生态系统退化。 观澜河流域河床由于水土流失以及污水的流入，加剧了河道的淤积。淤泥 中有机物或重金属等污染物通过扩散、释放，导致水体黑臭，同时危害水生生 物及人类健康。 河岸带植被纵向( 上游一下游) 由于被道路阻隔缺乏连续性，横向( 河床一 洪泛区) 缺乏完整的陆生植物带、水陆交错带、水生植物带等生态缓冲带的保 护，缺乏池塘、湿地等河流子生态系统，上述问题导致河岸带丧失水质净化、 水文调节、河岸生物廊道、提供多样化生物栖息地等功能。 图25 芬水龙塘村段现状 2 43 水生生物状况 流域干支流缺乏陆生植物带、水陆交错带、水生植物带等生态缓冲带的保 护，植被覆盖率整体不高，水生动植物数量较少，河岸植物为自然萌发生