玉龍河二期干流截污工程規模分析

古龍河位于廣東省東北部。是東江支流的第二個支流，位于東江水系。它來自梧桐山腳下，在諾塞村附近進入惠州。20世紀80年代以來,隨著深圳工業化、城市化進程的不斷深入,龍崗河水質急劇惡化,河道生態系統破壞嚴重?！吨榻侵薜貐^改革發展規劃綱要(2008～2020年)》的出臺加快了深惠兩地聯合治理界河的進程。深、莞、惠三地界河及跨界河綜合治理計劃要求到2012年底前,西湖村交接斷面水質要求達到優于地表水Ⅴ類標準。針對這一要求,深圳市已開展了龍崗河干流整治工程,主要分兩期實施:一期工程實施范圍為干流大康河和梧桐山河匯合口至南約河河口共10.9km河段;二期工程實施范圍為南約河河口至嚇陂交接斷面9km河段,主要工程內容包括沿河截污涵(管)、河道及岸坡生態修復、初期雨水調蓄處理設施等。隨著2011年干流完善截污工程和龍崗河干流綜合治理一期箱涵的建成,干流污水系統變得相對完善,這為改善龍崗河水質、保證污水廠效益的發揮奠定了重要的基礎。但由于二期河道沿線雨污混流排放、支流混流污水未完全實現截留,以及城市環衛水平有待提高等原因,一期工程實施后,龍崗河陂嚇交接斷面仍難以擺脫地表水劣V類的狀況,水質指標距離界河治理目標還有較大的差距,主要原因包括:(1)雨污分流推進難度較大,短期難以顯著見效;(2)已建、在建截污工程未實現對干流排污口完全截留,已處理污水和未處理污水混合,未發揮污水處理廠效益;(3)已有截污干管的運行穩定性受截污型式的制約,從一期已實施截留污水口運行情況看,普遍存在溢流現象;(4)支流口實測旱季混流污水大于已設計總口截污規模;(5)城市面源污染對河道水體沖擊較大,面源污染必須考慮。綜上分析,在建和規劃截污工程全部實施后,干流水質仍難達到景觀水體要求,交接斷面水質距界河治理目標有較大差距。在特區內外一體化和界河整治雙重任務日趨臨近的背景下,結合初期雨水收集,急需對龍崗河干流沿線強化截污,即開展二期工程。1整體規劃1.1“左右相對均衡”的布置型式二期截污箱涵有兩個功能:一是將一期箱涵截留旱季污水、初(小)雨水分別轉輸至橫嶺污水廠或調蓄池;二是截留二期河段漏排污水及初(小)雨水。工程平面布置可采用“一主一次”或“左右相對均衡”的布置型式?！白笥蚁鄬狻狈桨?即左右岸均需布置貫通的截污箱涵,工程投資比“一主一次”方案增加約6500萬元,同時由于雙側均需進行施工導流,導致工作面增大和工期增加。此外,由于一期工程已按“左次右主”的截污布置型式實施,采用“一主一次”的布置型式相比“左右相對均勻”更便于跟一期工程的銜接。因此在截污效果一致的前提下,綜合考慮工程投資、和一期工程的銜接及建設工期等因素,二期河段推薦采用“一主一次”的布置型式。1.2框架確定階段確定了截污總體布置型式后,關鍵技術問題是確定主截污箱涵的走向,重點考慮以下四個主要因素:(1)從工程的銜接角度分析,因主箱涵需接入橫嶺污水廠及調蓄池,而兩者分別位于河道兩側,主箱涵無論布置于左岸還是右岸,均需穿河2次;(2)從流域的水系特征角度分析,二期河段僅有丁山河和黃沙河兩條支流匯入,均位于河道左岸,且兩支流上游位于惠州境內,工業及養殖業污染嚴重,近期交接斷面實現水質達標的難度很大,對其實施總口截污是確保干流近期水質的達標的必須措施;(3)從河岸用地規劃情況分析,二期河段左岸沿線位于坪地街道的中心區,開發強度較大,規劃建成區面積為20.9km2,右岸現狀僅丁山河口以下沿山腳帶狀分布有建成區(1.43km2),但規劃全部為生態控制區,因此從消除面源污染、對規劃建成區實施初(小)雨水截流的角度考慮,主箱涵布置于左岸相對更合理;(4)從排放口分布及旱季流量情況分析,根據實際測量資料,現狀條件下左右岸需進行截污的沿河排放口分別為58個和55個,旱季截污流量分別為676.45L/s和209.81L/s,其中右岸有一大段為自然山體,區間無排放口需要截流,相比而言左岸布置主箱涵更便于沿河排放口的污水截留。本階段基于與相關工程的銜接、流域的水系特征、河岸規劃及現狀用地情況、排放口的分布等的綜合分析,確定“左主右次”截污布置型式作為推薦方案。本方案下,南約河口以下主箱涵穿越至河道左岸,一直延伸至橫嶺調蓄池。對于右岸次截污系統,以河道自然山體段為界,山體以上段擬采用沿河埋管方式,往上游連接至右岸二期主箱涵起點;山體以下段利用沿河在建干管的規模富余度及底高程均低于河底的條件進行完善截污。鑒于一期干管運行過程中的截污排放口仍出現溢流的現象,為確保河道水質,根據排放口的分布情況,沿河內二級平臺布設5段次截污涵(管),將沿河所有排放口相對集中收集后接入干管檢查井內,充分利用干管完善收集近期右岸的漏排污水及初(小)雨水。2污水廢水來源及排污水量本工程截留的水量包括三部分:一是干流河道兩岸的漏排污水量;二是各支流口的旱季混流污水量;三是流域建成區的初(小)雨水量。為確保截污箱涵規模滿足工程截污的要求,首先對各部分的水量及水質情況進行分析。2.1年5月之后二期工程河段排放口情況2010年2月25日～3月6日期間,對一期河段沿河所有排放口進行了調查及測流,結果是:一期工程河段有各類排放口250個,其中左岸127個,實測漏排污水量為438L/s,右岸123個,漏排污水量643L/s,即一期河段現狀漏排污水量為9.34萬m3/d。2010年10月期間,對二期河段沿河所有排放口進行了調查及測流,結果是:二期工程河段有各類排放口142個,其中左岸69個,實測漏排污水量為676.45L/s,右岸73個,漏排污水量216.4L/s,即二期河段現狀漏排污水量為7.71萬m3/d。綜上,龍崗河干流一、二期河段現狀漏排污水量合計17.05萬m3/d。2.2城市河道流量分析2.2006～2010年,對龍崗河干支流的流量進行了實測,歷次測流數據匯總見表1。其中,2006年8月14日～26日,期間發生降雨4次,分別為:8月18日22:00～23:00(大雨);8月24日7:30～8:20(陣雨);8月24日21:00～21:20和8月25日晚(大雨)。由于測流期尚處于汛期,且期間發生4次降雨,各支流流量相對較大。2007年2月1日～2月8日對干流橫嶺斷面的流量進行了復核測量。2009年12月27日～30日發生降雨,根據市氣象局的降雨量統計,龍崗中心區各日累計降雨量分別為2.8,0.3,3,8.7mm。由于2009年8月測流期未結束汛期,河道流量明顯比2009年12月和2010年1月兩次大。根據上述分析,在合流制現狀下,各河段需本工程截留的旱季漏排污水和支流口混流污水量(本次按2009年8月和2010年1月兩次數據取平均值估算各支流的旱季混流流量)分析匯總見表2。2.3雨水12.3.1現狀自然特征龍崗河流域面積較大,若對全流域實施初(小)雨水截留,則箱涵規模很大。為此,本工程根據土地利用規劃和行政區域劃分,將流域集雨區分為水庫控制集雨區、生態控制區、規劃建成區和惠州境內集雨區等4類,各類用地范圍及統計見表3。本工程僅截留規劃建成區(集雨面積129.45km2)產生的初(小)雨水,其余地塊初(小)雨水出路分析如下:(1)水庫控制集雨區內雨水可直接入庫不需截留;(2)生態控制區旱季基流和初(小)雨水要求在各支流綜合治理實現剝離,根據梧桐山河、大康河、龍西河和同樂河等四條支流可行性研究階段的方案分析可知,各支流片區的生態控制區因規劃用地和現狀差異較大,大部分區域近期實施清污分流的難度較大,應結合遠期生態控制區退線一并實施;(3)惠州側來水要求在交接斷面處達標排放。2.3.2截污標準確定根據對龍崗河流域內清林徑雨量站多年降雨資料進行排頻分析,頻率為50%對應的降雨量為1696.76mm,2006年降雨量為1638.4mm,為平水典型年。為選取適合本工程范圍的截污標準,對清林徑雨站2006年的降雨資料進行統計分析,全年降雨場次統計分析見圖1。由圖1可知,全年總降雨場次270場(降雨間隔≤1h視為1場),其中:≤9mm/場的降雨場次為215場,占79.6%;≤7mm/場的降雨場次為205場,占75.9%;≤5mm/場的降雨場次為186場,占68.9%。根據統計結果,本工程選取五種截污標準下的保證率以及截污、調蓄處理系統的規模進行分析,結果見表4和圖2～圖4。如圖2所示,截污標準③、④在工程規模較小的條件下得到較高的保證率。從圖3可以看出,截污標準③在水質保證率增加幅度有限的條件下,工程投資遠大于截污標準④。由圖4可知,截污標準④在截污工程規模和工程投資均相對較小的前提下可達到較高的天數保證率,為各種截污標準的最優方案。本工程推薦采用截流標準④即7mm/場,降雨歷時1.5h作為本工程設計的截流標準。綜上,本工程以清林徑雨量站降雨資料的分析為基礎,從技術經濟角度綜合比選,7mm/場、降雨歷時1.5h的截污標準,可在截污工程規模和工程投資均相對較小的前提下可達到80%以上的天數保證率,符合龍崗河流域雨型特點和實際情況,可達到工程建設目標的要求。3截污工程規模3.1徑流傳播時間根據工程總體布局方案及工程功能定位分析,二期工程新建截污系統遠期作為初(小)雨收集涵,以7mm/場、降雨歷時1.5h形成的初(小)雨量作為控制規模,同時兼顧箱涵內小型器械日常清理和檢修的要求。為確定左岸干流截流系統的規模,將各支流降雨徑流過程按照龍崗河各支流口之間的傳播時間進行錯時段疊加,計算分段初(小)徑流峰值,作為確定截污規模的依據。箱涵自上游向下游徑流傳播時間見表5,自干流起點至橫嶺調蓄池斷面傳播時間為208min,合計3.47h。各支流口及干流區間徑流峰值進行錯峰疊加后推算出主截污箱涵各控制斷面的設計初(小)雨量匯總見表6。3.2截污洪水排放設計根據工程總體方案,右岸次截污系統近期作為沿河截污干管的完善補充,旱季主要截流沿河漏排污水,以解決近期的雨污混流問題,雨季兼顧截留右岸建成區的初(小)雨水、解決近期的面源污染問題。從節約工程投資、便于實施和運行維護管理等方面綜合考慮,主要選用截污蓋板涵的型式。各段次截污系統截留旱季水量為0.01～0.15m3/s,僅從滿足漏排污水轉輸角度分析,所需尺寸較小(0.8m×0.8m方涵或D500埋管),但為滿足管養人員進行檢修操作空間要求及避免小涵管易淤塞等問題,本工程擬選用1m×1m蓋板涵或D800埋管。結合現狀地形和流域用地規劃圖分段量算現狀建成區面積,左岸各段小箱涵截污干流區間面積在0.06～0.37km2之間。設計截污標準下干流區間雨水的徑流峰值模數為0.47～0.77m3/(s·km2),各段近期需截留的初(小)雨水量為0.05～0.22m3/s,左岸各段小截污涵管可滿足截污標準下的初(小)雨水收集要求。右岸6段小截污系統中,首段接入右岸主箱涵內,末段接入橫嶺污水廠前污水井與左岸主箱涵連接,中間4段采用先相對集中收集后再接入完善工程干管連接井內。各段的設計規模匯總見表7。4有關具體的介紹4.1截污系統設置的方案設計截污工程平面布置遵循如下原則:(1)工程布置可結合河漫灘利用、斷面改造或補償、河道拓寬等方式,盡量減少對干流行洪斷面的占用;(2)要特別注意箱涵軸線與岸墻(坡)關系的不同處理方案;(3)盡量減免對各支流的防洪影響,各支流口預留總口截污設施不應阻洪,同時各截污箱涵穿越各支流口、大排放口處盡量壓低布置;(4)要充分考慮軸線與交通橋、穿河管等建(構)筑物的位置關系,盡量少破壞、少拆除、少改遷現狀建(構)筑物,以節省工程投資;(5)軸線之間盡量采用大半徑的圓弧(≥5倍箱涵寬度)或夾角較大的折線連接,以利于箱涵內水流流態銜接;(6)軸線布置要利于進行清淤、檢修及日常運行等要求;(7)考慮本工程的地理位置的重要性及周邊環境因素,工程布置要與城市景觀相協調。4.2配置方法按照上述原則,龍崗河二期截污系統總體布置如圖5所示。4.2.1截污箱涵設計方案本河段(H10+105～H14+589)現狀主要為漿砌石梯形斷面,跨河建筑物有1#路橋、丁山河口東西側各一條D1200穿河管,區間有丁山河匯入。本段平面布置重點是新建截污箱涵與一期主箱涵和已建污水干管工程的銜接。二期主箱涵起點接一期末端,5m×3m箱涵沿右岸往下延伸90m后,在H10+145處穿河至河道左岸。為減少對干流行洪的影響,穿河箱涵壓扁為兩孔4m×2m,長60m。穿河箱涵兩段和主箱涵之間各設20m漸變段。主箱涵穿越至左岸后,順水流方向沿現狀護坡腳埋設,箱涵尺寸5m×3m,軸線長4.8m。其中丁山河口和黃沙河口為減免對支流的防洪影響,穿河箱涵分別壓扁為兩孔5m×1.5m、5m×1.7m,長100m。穿河箱涵兩段和主箱涵之間各設20m漸變段。為實現將一期干管的污水轉入截污箱涵內,在ZH0+575處增設D2200連接管,長35m,同時對已有污水井進行改造。為便于完善工程丁山河東西側穿河管的污水轉入截污箱涵,在ZH2+440、ZH3+109等兩處增設切換井。右岸H10+280～H12+370段為自然山體,不進行截污,H10+105～H10+280段現狀有混流口兩個,通過埋設D800截污管,往上游轉輸至右岸主箱涵內。H12+370～H14+589段根據排放口的分布情況,分3段相對集中收集,各段均充分利用二級平臺的條件布設1m×1m的蓋板涵型式。各段小截污系統就近接入干管完善工程連接井內。4.2.2橋梁截污箱安裝本河段(H14+589～H15+495)現狀左岸為鋼筋混凝土直立擋墻,右岸為漿砌石護坡,沿線跨河建筑物有深惠高速路橋和東雅路橋兩座。截污箱涵平面上順水流沿堤腳布置,各穿河橋梁處箱涵沿邊孔布置。左岸主截污箱涵在黃沙河口上下游的尺寸分別為5m×3m,軸線長445m。右岸根據排放口的分布情況,接深惠高速路橋上游側1m×1m的蓋板涵,設一段小截流系統,接入完善工程干管W38井內。4.2.3調整主箱涵斷面,實現河道互聯互通本河段(H15+495)現狀主要為漿砌石梯形斷面,跨河建筑物有年豐橋、東部供水管橋、年豐橋上游3條穿河管,區間有黃沙河匯入。本段平面布置重點是新建截污箱涵和橫嶺調蓄池及污水廠的銜接。本段左岸主箱涵平面上順水流沿堤腳布置,穿橋處因邊跨位于二級平臺以上,箱涵均從次邊跨穿過。本段箱涵