梁彬锐引调海水对宝安中心城区河道影响研究

1、引调海水对宝安中心城区河道影响研究梁彬锐（深圳市水务规划设计院，广东 深圳 518001）摘要：宝安中心城区位于深圳市西部，濒临珠江口，区域内河道污染严重，且直排珠江口海域。由于该区域内河道基本为感潮河段，同时基流量远小于沿河污水排放量，造成河道内污水受潮水顶托，形成污染物随潮水涨落难以排放，并且咸水容易使污水在下游段蓄积沉淀。通过引调海水对河道进行补水研究，我们可以初步判断该区域河道治理的一个方向。关键词：水环境、感潮河段、水质、引调海水、水质监测、模型计算、模型验证、参数率定、合理性分析、消除黑臭1 引言宝安中心区是继深圳福田中心之后，深圳投入最大城市建设项目，是惟一的滨海次中心，同时也是

2、深圳航空海港对外的门户所在，其城市形象和地位不断提升的同时，改善与之不协调的水环境现状已到了刻不容缓的地步。目前规划和正在部分实施的污水收集处理、再生水回用等工程措施，在时效性上来说，远期其作用将逐步显现出来，但在短期内还不能完全满足改善水环境的需要，尤其是感潮河段，就更难在短期见效。针对改善宝安中心区水环境这一难题，市、区各级政府已经做了不少工作。目前已完成的固戍污水处理厂日处理能力近期24万m3/d，规划远期处理能力为55万m3/d，服务范围涵括整个宝安中心区；同时规划建设的固戍再生水厂，近、远期规模分别达到10万m3/d、20万m3/d，并且铺设管道将9.3万m3/d再生水回用到河道上游

3、的非感潮河段。所有这些工程在将来实施之后，可以在一定程度上改善水质，但特区内的截污经验告诉我们，感潮河段的问题及其复杂，单纯靠截污工程，还是难以完全达到“水清”的目标。宝安中心区水环境的恶化，已成为建设“和谐深圳、效益深圳”的突出矛盾，降低周边居民的生活质量和严重影响宝安中心区形象，宝安中心区水环境的改善受到了深圳市政府的高度重视和社会各界的强烈关注。因此，为更有针对性地对该片区的水环境治理提出解决思路，展开宝安中心城区的河道水环境研究作为以后的工作提供一个重要参考。2 区域现状水环境分析此次研究范围为宝安中心城区，研究对象包括流经宝安中心城区，水环境改善最迫切的河道。根据城市规划、区域内地势

4、走向及补水需求的迫切程度不同，初拟铁岗排洪河、西乡河、西乡大道分流渠、咸水涌、新圳河及双界河等作为本次研究的对象。图1 宝安中心区水系图表1 河道特征参数表河名流域面积(km2)感潮河长(km)平均河宽(m)河口高程(m)感潮水量(万m3)双界河3.61 4.588-1.67.3新圳河19.32 3.2635022.8西乡河74.19 5.3435-1.537.4咸水涌8.77 2.817-2.33.9铁岗排洪河6.90 4.65200.218.62.1 现状入河水体入河水体包括基流、漏排污水、污水处理厂尾水、再生水补水。旱季进入河道的污水主要是直接排放入河道的漏排污水和污水处理厂尾水。研究范

5、围内有固戍污水处理厂，但固戍污水处理厂建在固戍村西海岸，尾水未进入河道。2.2 现状入河水质对研究区域的5条河流及大铲湾港池的水质现状进行了监测。于每条河流的河口和上游河段(感潮位置附近)以及港池的湾口与湾中分别进行水质采样分析，采样按涨潮与退潮分别进行，代表一个潮周期的平均水质状况。监测水质指标共14项，分别为pH、SS、DO、BOD5、CODMn、CODCr、NH3-N、TN、TP、活性磷酸盐、无机氮、含盐度和水温。本文仅列举最大的西乡河及其支流咸水涌的监测数据作为例子，另外其他河流水体基本呈黑褐色，有刺鼻恶臭味道，劣于地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的类。表2 现状西乡河及

6、咸水涌水质检测数据检测项目结 果西乡河环境水3#咸水涌环境水4#西乡河及咸水涌入海口环境水5#涨潮退潮涨潮退潮涨潮退潮pH6.756.816.986.986.987.10SS（mg/L）691625252551粪大肠菌群（个/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总氮（mg/L）26.4224.096.356.356.3510.23总磷（mg/L）1.971.770.470.470.471.47活性磷酸盐（mg/L）1.130.710.270.270.270.69无机氮（mg/L）25.623.04.554.554.559.76水温（）25.929.926.429.827.330.5盐度（）004284注：1.西乡河环境水3#取样点为广深公路跨西乡河桥上游侧，涨潮取样时间22：35，退潮取样时间18：00。2. 咸水涌环境水4#

8、取样点为宝安大道跨咸水涌桥下游侧，涨潮取样时间21：20，退潮取样时间16：00。3.环境水5#取样点为西乡河及咸水涌入海口，涨潮取样时间23：10，退潮取样时间15：25。4.取样日期2009年6月5日，采样方式为瞬时随机采样。2.3 现状大铲湾水质港池的现状水质监测资料按河流入海水域与湾中和湾口水域分别进行统计，河流入海水域按地表水类标准评价，湾中与湾口按海水四类标准评价。大铲湾港池水质检测数据见表3。检测数据说明，现状港池水污染严重。各河流入海水域的水质均劣于地表水类，属重度污染，其中CODCr平均为类标准值的5.38倍。BOD5达7.48倍，NH3-N为5.20倍，TP为3.35倍。湾

9、中和湾口的水质大部分指标同样劣于海水四类，其中BOD5平均为四类标准值的2.20倍，活性磷酸盐为3.18倍，无机氮达5.08倍，只有DO和CODMn在四类标准值以内。表3 大铲湾港池现状水质检测资料统计分析水质监测点位置DOCODBOD5NH3-NTP活性磷酸盐TN无机氮含盐度(mg/L)西乡河入口1.403691386.700.970.488.297.166.0新圳河入口0.2156.556.512.601.551.0213.5612.650.5双界河入口0.32120.53011.941.501.2412.9511.982.0湾中6.352.66141.640.240.213.952.45

10、9.0湾口5.581.9581.670.230.083.862.639.0地表水类标准值240102.00.4/2.0/海水四类标准值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/类标准值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/四类标准值0.500.462.20/3.18/5.08/注：1.DO指标与标准值比为，标准值/监测值。 2.含盐度单位为。 3.河流入海口水质采用CODcr评价，湾中与湾口水质采用CODmn

11、评价。3 水质改善目标本次研究根据工程的影响因素的复杂性分层次拟定水质目标。考虑到海水和淡水水质差别与指标不一致、近期水质指标全部达标的难度、达到水质各项指标的方法不同、河道景观用水的迫切需求，本次研究是在上述功能规划的基础上，控制部分水质指标，满足老百姓亲水需求。宝安中心区河涌上游功能区为一般景观区，水质目标为地表水环境质量标准V类；大铲湾为海洋港口水域，海洋开发作业区，水质目标为海洋水IV类。表4 水质目标 单位：mg/L序号BOD5CODMn/CrDONH4-NTPTN感观大铲湾55350.42无异色、异臭、异味河道5105101.5350.40.824不黑不臭4 引调海水需水量分析目前

12、深圳70以上的城市用水需要通过境外的东江引水，所以利用城市供水水源作为河道补水不现实。雨洪利用作为一种本片区的来说同样不现实，因为宝安中心区作为重度开发的经济发达区域，几乎到了无地可用的程度。根据规划，片区内规划有固戍再生水厂，然而其规划水量绝大部分用于市政，只有极少量补充到河道，可谓杯水车薪。宝安中心区濒临南海珠江口水域，海水资源相当丰富，采用海水直接利用技术可节约沿海地区大量的淡水资源。这将有望改变沿海城市和地区的水资源结构，充分利用海水于非饮用水源，可有效缓解淡水资源紧缺问题，对经济和社会发展产生巨大影响。一方面起到示范作用并节约了大量的淡水资源，另一方面取得了可观的经济效益以及社会等综

13、合效益。所以本研究以该区域近海海水作为引调水对象。4.1 引水水源水质监测深圳市宝安滨岸区距离伶仃洋东槽较近，伶仃洋东槽下游与香港吸水门、铜鼓水道涨潮沟相连，是伶仃洋的主要涨潮通道，其水质条件相对较好。西部海域固戍近海2008年水质检测资料统计分析见表5。表5中数据说明，近海水质基本接近海水四类标准，其中DO、BOD5、CODMn、活性磷酸盐都优于四类，仅非离子氮和无机氮劣于四类，非离子氮为四类标准值的1.77倍 ，无机氮达四类标准值的4.87倍。含盐度的年平均值为11.1，枯季时最大达18.1，汛期时最小仅1.2。表5 宝安中心区近海水质检测资料统计分析监测日期DOCODMnBOD5活性磷酸

14、盐NH3-N非离子氮无机氮亚硝酸盐硝酸盐盐度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/海水四类值0.600.260.230.6221.774.87海水四类标准值3550.0450.0200.504.2 引调海水水量模型计算近远期截污率是影响引调水规模的最重要因素

15、，根据深圳市相关规划，宝安中心区20102020年截污率可以达到8590%。故本研究以截污率8590%作为基础展开模型分析计算。数学模型的建立与验证（1）基本资料。大铲湾及河道地形资料采用08年测量1：1000地形图，伶仃洋海区采用2008年的海图；潮位资料采用珠江口赤湾、大虎、南沙、冯马庙、横门等潮位站，并通过分析选用各站其中半个月潮位过程作为典型过程线。图2 赤湾站2005年1月18日9：002月4日23：00潮位过程（2）模型选用。为了较好预测工程后污染物浓度，选用包括河涌、大铲湾和伶仃洋一部分水域作为计算范围，本次研究选用delft3D模型中的二维模型。Delft3D是荷兰（代尔夫特水

16、力研究所）开发的一套功能强大的软件包，主要应用于自由地表水环境模拟。（3）模型验证。伶仃洋整体模型的验证潮位验证见图37。由图表可见，潮位计算值与实测值吻合较好，潮位站的潮位特征值验证误差小于0.10m，符合水利工程计算规范的要求。图3 赤湾站潮位验证图图4 大虎潮位验证图 图5 南沙潮位验证图 图6 冯马庙潮位验证图 图7 横门潮位验证图局部模型的验证局部模型的验证采用整体模型计算结果和局部模型计算结果相比较的方法，局部模型验证图图见图89。图8 局部模型水位验证图图9 局部模型流速验证图（3）参数率定。采用BOD-DO模型富营养化模型进行验算，不考虑底泥和浮游植物的影响。水质参数取值为：综

17、合糙率系数n为0.03，BOD5的一级降解衰减系数取0.15d-1，TP的一级衰减系数为0.08d-1。模型率定实测值为2009年2月份五条河涌及大铲湾水域的监测数据。在所选参数条件下，模型模拟的结果与监测值十分接近。因此，该模型可以进行各工况水质计算。4.2.2数学模型计算结果分析规划固戍再生水厂能够补给咸水涌、铁岗排洪河、西乡河、新圳河的水量分别为1.28万m3/d、2.29万m3/d、4.98万m3/d、4.75万m3/d，共13.3m3/d。根据本次设计引调水方案，将咸水涌的可补再生水量补充到西乡河补水点，将新圳河的可补再生水量分别补充到新圳河和双界河，则可补再生水方案调整为：铁岗河2

18、.29万m3/d，西乡河6.26万m3/d，新圳河2.38万m3/d，双界河2.37万m3/d。经计算，由于上述补水量远远不足河道需要的补水量，再生水需水量见表6，海水需水量见表7，补再生水后的海水需水量见表8。补海水效果见表9。由此可知，如果河涌完全补充再生水，则需水量为94.92万m3/d；如果完全补充海水，则需水量为79.1万m3/d；补充可利用的13.3万m3/d的再生水后，尚需补充海水68.02万m3/d。表6 河涌补再生水需水量 单位：万m3/d补水条件补中水补中水补中水补中水铁岗排洪河10.3712.1924.0036.00西乡河25.9236.0049.2058.82新圳河10

19、.3713.5436.0042.00双界河5.187.5010.3718.00表7 河涌补海水需水量（完全补海水） 单位：万m3/d补水条件补海水补海水补海水补海水铁岗排洪河8.6410.1620.0030.00西乡河21.6030.0041.0049.02新圳河8.6411.2830.0035.00双界河4.326.258.6415.00表8 河涌补海水需水量（减去可利用再生水量） 单位：万m3/d补水条件补海水补海水补海水补海水铁岗排洪河6.738.2518.0928.09西乡河16.3824.7835.7843.80新圳河6.669.3028.0233.02双界河2.354.286.67

20、13.03表9 不同截污率与补水量条件下河涌及大铲湾水质BOD5表截污率80%截污率85%截污率90%截污率工况条件补水补水补水补水补水补水补水补水补水补水补水补水铁岗河中游1010101010101010101010铁岗河河口101010101010101010101010西乡河中游101010101010西乡河河口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双界河中游1010101010101010双界河河口10101010101010大铲湾湾头5555大铲湾湾中555555

21、555555大铲湾出海口555555555555从表9数据中可以看出，90%截污率+补水方案接近指定BOD5水质不黑不臭指标，但是大铲湾湾头段的水质BOD5在510之间，稍次于指定要求。5 结语（1）、宝安中心城区西乡河等5条河流现状污染非常严重，均属地表水劣类，严重影响了区域内生产生活环境与居民健康，而且有悖于“国家环保模范城市”荣誉，也是打造“绿色政府”建设“生态文明城市”所不允许的。因此，区域内的5条河流及港池水污染急待治理，尽快减轻黑臭程度，最终达到地表水类和海水四类水质目标，刻不容缓，责无旁贷。（2）、水污染如此严重的主要原因是河流太小，污染负荷量相对太大，水环境容量微乎其微。区域内

22、固戍污水处理厂第一期工程刚建成，配套污水管网建设尚未完善，现状截污率很低，只有20%左右，造成大量未经处理的生活污水和工业废水排入河道，而河流枯季的流量非常微小，河流内水体几乎全是污水，并且大量累积在港池水域。（3）、减污与增容是水污染治理的主要对策，两者相辅相成，缺一不可。根据深圳市水污染治理规划，该区域内最大限度削减污染负荷量，近期(2010年2015年)截污率将达到75%，污染底泥全部疏浚；远期(2020年)截污率将达到90%，同时利用污水处理后的再生水实施河道生态补水。但由于河流流量太小，尤其枯水季几乎为零，水质模拟计算域分析研究说明，即使近期和远期规划方案实施后，如果不补水增加环境容量，河流仍然达不到要求的地表水类水质目标，黑臭难以彻底消除。因此，对河流实施补水增容必不可少，只有通过补水，提高河流的稀释自净能力，增加水环境容量，才能确保河流水质达标，彻底消除黑臭。由于深圳市水资源匮缺，河流补水的淡水资源难以解决。在没有解决淡水补水资源的情况下，利用引调珠江口盐度较低的海水对原本属于咸水环境的感潮河段实施