生态补水工程在黑臭水治理中的设计施工实践

第35卷第6期
云南水力发电
YUNNAN WATER POWER79生态补水工程在黑臭水治理中的设计施工实践
罗刚1,钟益斌1,李成伟2
（1.中电建生态环境集团有限公司，广东深圳518102, 2.中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650041）
摘要：近几年，我国各大城市正在进行水环境治理，再生水补水工程技术能够较好解决城市河道缺水、水质较差的问题，在城市流域黑臭水治理中应用广泛，发挥了重要作用。

以深圳茅洲河光明区水质净化厂生态补水工程为例，系统介绍补水系统方案设计、工程施工、运行成效等方面，总结实践经验。

关缝闻：生态补水；黑臭水体；工程实践；运行成效
中图分类号：X505,TV854文itt标识码：B文章编号：1006-3951（2019）06-0079-05
DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2019.06.020
0引言
茅洲河光明区境内流域面积153.49km2,干流河长11.58km,涵盖光明、公明、凤凰、马田街道等行政区域，一级支流13条，其中9条河道、4 条排洪渠。

9条一级支流分别为玉田河、鹅颈水、大西水、东坑水、木墩水、楼村水、新陂头河、西田水、白沙坑；4条排洪渠分别为上下村排洪渠、公明排洪渠、合水口排洪渠和马田排洪渠。

下游一级支流白沙坑为光明区与宝安区界河。

根据2015-2020《深圳市治水提质工作计划》，采取控源截污、内源治理、生态修复、生态补水等措施，加大以河流为重点的黑臭水体治理力度[1]o光明水质净化厂生态补水工程利用污水处理厂再生水，通过加压提升对茅洲河上游干、支流进行补水，以达到河道生态景观需求和水质改善目的。

光明区可利用再生水的污水处理厂共有两座，公明污水处理厂和光明水质净化厂，公明污水处理厂位于茅洲河上游，光明水质净化厂位于茅洲河中游。

近期光明区内的两座污水处理厂，光明水质净化厂和公明污水处理厂出水水质按国家GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标，远期将达到地表水IV类标准。

1补水系统方案设计
1.1补水规模的确定
根据光明区独特的地理位置、河道类型、河道周边发展规划以及河道现状情况，确定补水河道为茅洲河干流、玉田河、大述I水、鹅颈水、东坑水、木墩河、楼村水、新陂头河、上下村排洪渠、公明排洪渠共10条河流。

依据河道类型和功能可将光明新区几条主要河道分为自然型河道、景观需求型河道、河渠型河道。

自然型河道，生态补水。

满足河道生态流量要求，通过补水保障河道生态流量，旱季维持河道生态系统；代表河道有玉田河、大说水、茅洲河干流、木墩河、楼村水。

景观需求型河道，景观性补水。

满足河道对应区域未来发展需求，代表河道有鹅颈水、东坑水、新陂头河。

河渠型河道，冲污性补水，提高水动力性，改善河渠水体周边环境。

公明排洪渠和上下村排洪渠,两侧工业发达、人口密集，属于公明街道核心区域，现状淤积严重，属于严重影响城市景观河渠，通过旱季持续不断注入再生水，提高河渠水体流动性，提高水体自净能力，改善河渠水体环境，提高水体周边环境。

综合比较以上河流特点、再生水规划，同时考虑到后期补水系统的运行管理，采用按流域面积再生水最大利用法，把污水处理厂再生水资源
收積日期：2019-09-11
作者简介：罗刚（1976-）,男，甘肃平凉人，工程师，主要从事铁路工程技术管理工作。

80云南水力发电2019年第6期最大化利用，发挥最大作用。

确定各补水河道补
水规模如表1。

按流域面积再生水最大利用法实
施补水工程，补水规模实际超出了河道的生态流
量需求，因此，在管位设置时，充分考虑工业中
水利用，补水管道同时作为以后流域水质改善后
工业中水的输水管道，方便以后工业中水的取水
利用⑵。

表1河流补水规模表
序号河道名称补水规模/(n?/d)再生水来源
1玉田河15000
2大西水15000公明污水处理厂
3茅洲河干流上游30000
(10X104m3/d)
4鹅颈水40000
5东坑水15000
6木墩河10000
7楼村水20000
8新陂头河65000光明水质净化厂(30X104m3/d)
9上下村排洪渠30000
10公明排洪渠70000
11茅洲河干流中游40000
1.2补水线路选定
补水系统方案根据现场踏勘，结合地形、施工条件等因素，力求线路短、尽量避开人口密集区和现有水利及交通设施、合理穿越开发区道路等市政设施的原则，经综合分析比较后确定本次补水宜系统采用枝状分布方式。

根据本次工程补水规模和现状补水管道，合理利用地形和补水点与河道之间的位置关系，按照“上游补上游，中游补中游”的理念，提出本次补水工程系统布置方案，分光明水质净化厂和公明污水处理厂2个补水系统。

1.2.1光明水质净化厂补水线路方案
光明水质净化厂位于茅洲河中游位置，由高压泵房经滨河路一华夏二路一楼明路一光侨路一光侨北路先后对茅洲河干流中游、东坑水、木墩河、楼村水、新陂头南支、新陂头北支进行补水，由低压泵房经滨河西路一民生路对上下村排洪渠、公明排洪渠进行补水。

1.2.2公明污水处理厂补水线路方案
公明污水处理厂位于茅洲河上游位置，经泵房加压后经繁根路一根玉路一松白路一长凤路一东长路一光侨路为玉田河、茅洲河上游、大曲水、鹅颈水补水。

补水采用分点补水的形式，分段补水，线路的布置考虑所在区域的总体规划要求，施工期交通方便、干扰少,建成后运行期间便于管理和维修,线路的选择和布置力求经济合理。

尽量保证线路顺直，缩短管线的长度，根据管线沿线实际地形、地质和施工条件，补水线路尽量避开天然或人工障碍物、减少拆迁，降低政策处理的难度。

尽量避开已有地下管线、电缆等设施的路线。

补水管道不可避免需要穿越木墩河、茅洲河、新陂头河等河流，南光高速、龙大高速、主要道路及路口等，以及现状管道、箱涵、地铁线路等主要障碍物。

管道穿越障碍物一般有上部穿越和下部穿越两种方式。

其中上部穿越主要有管桥、钢桁架、拱管法3种方式，下部穿越又可以分为开挖和非开挖2种方式。

开挖穿越主要采用倒虹法，非开挖穿越可以采用顶管法或者牵引法，根据实际情况均在补水管道中设计实施。

值得注意的是，穿越既有障碍物或未预见的障碍物，应按照规范要求在管道的隆起点设置排气阀，在管道低洼处及阀门间管段低处设置泄水阀井。

特别注意在现场管道调整时，应及时通知设计复核附属设施的布置情况。

1.3补水管材选定
补水工程设计，除了要进行水源、补水路线等设计外，还要考虑管线运行维护管理等诸多因素，但最重要的工作还是合理选择管道材质。

每一种管材都有各自的特点，包括优点、缺点及适用性。

根据工程要求选择管材时，必须比较各种管材的材质、使用条件，采用符合要求、经济合理、安全可靠的管材。

管材还须根据其外部荷载、内水压力、设计流量、环境介质、使用寿命、造价等因素综合考虑确定，详细对比见表2补水管管材综合性能比较表。

罗刚，钟益斌，李成伟生态补水工程在黑臭水治理中的设计施工实践81表2补水管管材综合性能比较表
比较项目钢管球墨铸铁管
（K9级）
PE给水管
安全性及寿
命安全性高，寿命与
防腐水平及阴极
安全性高，寿
命长（60a以
安全性较好，
寿命较长保护质量有关
上）(50a) (20〜40a)
管材重量较轻
较重（为钢管轻（为钢管的
的1.1倍）0.8 倍）
承受内外压强强较差，易变形管道基础对地基承载力适应对地基承载力对地基承载力适应性性强适应性强适应性一般
抗腐蚀、最差，存在严重的
较强较强防腐电腐蚀
管内外均需做防腐，
防腐措施防腐面积大，施工不需现场防腐不需要
作业麻烦。

粗糙系数
摩阻较高，0.013摩阻较低，
摩阻低，0.009
（n值）0.010
管材较轻，施工技对安装人员技管材较轻，施工
术成熟，但接口焊术等级要求低，技术成熟，但施工安装接质量不好保证，安装速度快，接口热熔焊接人为因素较大，不对管道回填压质量不好保证，
能带水施工实要求神刻。

不能带水施工施工工期慢快一般
焊接。

接口形式复T型柔性接口，
杂，影响其质量的当发生挠曲时
客观因素较多（包管道不发生泄
管道接口括焊工水平、气候、漏，施工安装
热熔连接工期等），且存在方便，带水作
带水作业焊接和钢业时快速简
管外底部焊接困难便。

等问题
2补水工程施工
2.1施工总体安排
茅洲河流域（光明新区）水环境综合整治工程—
—水质净化厂生态补水工程，补水总规模为40xl04t/H,施工内容分为光明补水泵站、公明补水泵站，以及配套管道约30km。

光明泵站分高低压系统。

高压系统泵房尺寸L x5=26.8m x15.8m,半地下式，地下深度8.20m,地面以上高度9m;4台水泵布置采用双行排列（3用1备，单泵流量Q=2710mVh,H=40m, A^450kW）；补水管道管径为DN400-DN1400,水压不低于40m o低压系统泵房尺寸LxB= 26.8m x15.8m;半地下式，地下深度9m,地面以上高度9m;4台水泵布置采用双行排列（3用1备,单泵流量Q=1810m3/h,H=15m,N=160kW）;补水管道管径为DV600~DM200,水压不低于15m o
公明泵站泵房尺寸：LxB=13.1mx7.6m;地下式泵房，地下W7.1m,地面以上高度13.4m; 3台潜污泵（两用一备，单泵流量Q=2710m3/h, H=20m,N=220kW）,压水管管径分别为3根DV800,每台水泵上装微阻缓闭阀门、手动蝶阀各1台。

施工准备期为2017年12月~2018年5月，主体工程管道施工于2018年5月开始，并于2018年12月实现东坑水、鹅颈水补水，2019年3月实现所有补水点补水，2019年11月底完成系统整体调试运行及完工验收。

2.2施工组织
2.2.1现场管线勘测
管道施工之前，应做好充分的物探准备，收集现有管线资料、线位、标高等数据，补水管道施工需要安全避让其他管线，不能影响其他管线正常工作。

1）进场后首先进行现场管线踏勘，深入了解情况，在存在地下管线的地方做好明显的标志，管线用途、走向、标高等。

2）实行地下管线交底制度，施工前，与地下管线产权单位联系，专门派人到现场进行交底。

3）按设计图纸仔细复查地下管道，电缆等，确保施工时不致破坏地下管线O
4）工程开工前，应根据施工图与有关管理单位联系，并请他们到现场监护办好有关手续。

5）要求管线单位帮助施工单位了解管线走向和分部情况，并积极派出熟悉项目公用管线的同志到现场监督和指导，为施工单位制造条件与提供方便，必要时先人工探挖出管线，加以保护后施工。

6）制定发生意外情况的应急处置措施，地下管线遭受施工破坏的，要立即报告其权属单位，组织应急抢修。

经过工程实践证明，从产权单位获取的地下管线资料，需要辅助物探、探挖等手段，务必探明，采取稳妥的保护措施，特别是城市燃气管道，严格落实深圳市地下管线保护6个百分百的规定,
82云南水力发电2019年第6期
有必要时，先关闭管道阀门后进行施工。

2.2.2施工占道与交通导行
本次管道施工基本位于光明区主、次干道路面以下，施工前需要编制交通疏解方案，向道路、交通主管部门办理占道挖掘许可证。

对照交通疏解方案，布置好指示牌、警示灯、围挡后，方可开挖施工。

对于横穿过路段如采用开挖方式，应选择在道路交通状况稀疏的情况下进行，并应及时进行临时回填，对交通情况影响到最小。

管线开挖过路面时，应选择半侧道路开挖方式，一半开挖下管回填之后，再进行下一半道路的开挖。

本工程在道路交叉口进行管线施工时，交通组织是一大难点，施工时根据必要性委托交通协管部门给予交通管理，补水管施工期间，对交通压力大的路段委托专业交通协管单位协作指挥交通，避免施工给社会交通带来不良影响，取得了较好的效果。

因施工造成沿线单位、居民出入阻碍的，要采取有力措施，确保出入口和道路的畅通和安全。

同时，派专人协助交警、社区维护所在地段的交通人流，既保证施工安全，也保证车辆和行人的畅通和安全。

施工期间要注重路况及路面卫生维护，所有运输散体物料的运输车辆均符合当地政府对散体运输车的规定，不污染城市道路。

在工地出口处设清洗槽和沉淀过滤池，清洁进出工地的车辆，清洁后的污水经过沉淀处理后才排入地下排水系统。

给排水管道不开槽设计和施工是根据当前城市化建设的需要，而采取的一种给排水管道施工方式，其能够在不影响交通的情况下，完成给排水管道的施工，进而使得给排水管道的铺设更加便捷⑶。

为了减少占道施工对社会交通的影响，设计往往考虑采取非开挖铺管方式，但是，要充分论证其合理性。

例如，补水工程顶管在连续道路施工中，每200rn左右布置1座工作井或接收井,井位至少要占用两车道，但是交通导行区及设备材料堆放区需要50〜100m,基本上是连续占道，未能体现出非开挖的优势。

2.2.3雨季施工与防台风措施
光明区位于珠江口地区，雨水台风较多，施工前参照本地区的季节特点制定雨季施工措施。

雨季来临时，要着眼于“排、抢、防”，即首先做好周围的排水工作；抢晴好天气见缝插针；对易受影响的及时进行防护。

掌握天气预报和气候趋势，施工期间关注好气象信息，做好预防和准备工作。

台风前应做好围挡加固、工作面防护和人员避险工作。

台风防护工作的绝大部分工作内容就是对临时设施的防护。

现场的临时设施主要包括棚子、仓库、移动厕所和集装箱等。

台风对它们的危害主要是由于风力大而引起的移位。

所以，预防的关键就是对临时设施进行加固、防护⑷。

补水工程在防御台风“山竹”期间，采取了将占道围挡挡板拆除放倒（保留骨架和警示标志），经十六级台风考验证明，措施有效得当，保证了台风期间围挡安全，也减少了施工损失。

2.2.4夜间安全施工措施
在任务重、工期紧的情况下，需要安全有序组织夜间施工。

白天气温较高，但是夜间作业有它的特殊性，故在夜间施工前应先编制好施工计划，报请业主、监理及有关部门审批并办理好有关手续。

1）夜晚施工注意用电安全，用电由专人负责。

2）通过采用先进的机械设备和有效合理的施工安排，使施工噪音控制到最低程度，避免在夜间安排噪声很大的机械施工。

3）四周施工护栏布置完好，在夜间设置临时路灯，交叉路口、路头及危险作业区设置红灯等警示标志，确保夜晚施工照明和施工安全。

2.2.5工艺优化与难点施工
为加快施工进度和稳妥穿越河流障碍，优化补水管道施工工艺，将滨河西路、光侨路的部分顶管施工优化为牵引施工，根据地下管线情况优化布置高程，避开障碍物，可以方便施工。

值得注意的是，在管道高程、敷设方式优化过程中，需要复核补水系统水头损失情况和排泥阀、排气阀布置是否满足要求，以确保补水功能满足要求。

补水存在两个难点管段，一个是BC段光侨路地铁人行道上方管道施工；另一个是BA段过茅洲河顶管施工。

地铁段施工需要获得深圳地铁集团安保区工程施工审查同意书，采用混凝土包封措施确保止水和防沉降，协调流程较长，需要提前办理相关手续。

茅洲河顶管施工，设计方案需要
罗刚，钟益斌，李成伟生态补水工程在黑臭水治理中的设计施工实践83
经过防洪影响评价，施工前需要办理好涉河手续，协调时间较长，现场工作井下沉时，遇到流砂及地面下沉情况，设计单位增加高压旋喷桩，流砂层成桩效果较差，在机头顶进过程出现漂移、出砂量大等问题，顶进受阻，现场采用临时过河管桥保通水，同时采用钢板桩止水，加深沉井方案避开流砂层顶进，工期影响较大。

顶进遇到障碍物时，采用开槽和反顶措施，较为可行和经济⑸，在补水工程中得到了证明。

3补水工程运行
补水工程按计划完成现场施工，向河道补水，根据光明区河道污染的特点，充分发挥补水系统的功能，最大化发挥生态补水工程的效果，制定运行工况见表3O
表3补水系统的运行工况表
气象条件补水运行状态
刚刚结束下雨冲洗河道
旱季
持续性旱季生态补水
小雨生态补水
中雨(24h内降水为10~24.9mm)停止补水
大雨停止补水
暴雨停止补水
大暴雨停止补水
通过持续数周的河道补水，河道水质有明显改善，基本达到不黑不臭，部分河道水质检测情况见表4⑹。

表4部分河道补水后水质检测情况表
补水初期补水一周补水两周
河道取样
位置溶解氧/
(mg/L)
氧化还
原电位/
(Mv)
透明度
/cm
氨氮/
(mg/L)
溶解氧/
(mg/L)
氧化还
原电位
/(Mv)
透明度
/cm
氨氮/
(mg/L)
溶解氧/
(mg/L)
氧化还
原电位
/Mv
透明度
/cm
水深
/cm
氨氮/
(mg/L)上7.022867.4 4.98 5.94343>30 2.20 2.4134024.5 6.0 1.00
玉田河中 5.7728707.91 6.4134422.00.109.43314>30 5.0 2.16下 3.87288 4.924.41 6.2634210.00.300.782187.535.010.7上 1.31264 1.930.10 6.3654011.09.807.1532115.520.0 4.67新陂头北中 1.14265 4.88.82 6.6243217.0 4.607.4332116.025.0 4.49下 6.5626316.5 5.75 5.81385>30 5.80 5.4932418.030.0 5.34
表5城市黑臭水体污染程度分级标准表
特征指标轻度黑臭重度黑臭
透明度/cm25~10*<10*溶解氧/(mg/L)0.2〜2.0<0.2
氧化还原电位/mV-200~50<-200氨氮/(mg/L)8~15>15
4结语
结合茅洲河流域(光明新区)水环境综合整治工程—
—水质净化厂生态补水工程(EPC)实践,对再生水补水在黑臭水治理过程进行总结，对生态补水规模、线路、管材方案进研究，通过施工组织以及施工遇到的重难点解决措施，跟踪主要河道补水后水质改善效果，通过实践说明设计方案合理、施工组织有效，实现了茅洲河流域生态修复，达到了污水资源化利用的目的，水生态环境改善明显。

參考文献：
[1]中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司.茅洲河流域(光明新区)水环境综合整治工程一水质净化厂生态补水工程初步设计报告[R].杭州：中国电建集团华东勘测设计研究有限公司，2014.
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[5]杜传宝.顶管穿越复杂环境挡土墙下桩基的技术措施[J].上海建设科技，2016,(5):50-52.
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