深圳茅洲河治理：基于源－网－厂－河系统理念的流域生态修复
注：本文为删减版，不可直接引用。原中英文全文刊发于《景观设计学》2021年第3期“大河流域生态系统保护与修复”专刊。获取全文免费下载链接请点击“阅读原文”；参考引用格式见文末。
导 读
本文以广东省深圳市茅洲河（宝安片区）水环境综合治理工程为例，在充分研判场地现状、全面开展水环境要素摸排的基础上，梳理了流域内入河污水量大、生态基流不足、河底淤积严重、岸线硬化率高等关键问题；项目创新性地提出了基于“源－网－厂－河”系统理念的生态修复技术框架，建立了水环境综合治理、河流底质栖息环境优化、多目标生态补水及滨水生态修复的全要素治理技术体系，开展了源头海绵城市建设、管网雨污分流、底泥清淤及资源化利用、生态补水等系列工程。
基于源－网－厂－河系统理念的流域生态修复：以广东省深圳市茅洲河（宝安片区）水环境综合治理工程为例
Basin-Scale Ecological Restoration Based on the “Source–Network–Plant–River” Concept: A Case Study of Maozhou River (Baoan Section) Water Environmental Remediation in Shenzhen, Guangdong Province
魏俊
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司正高级工程师、生态环境工程院副院长
黄森军
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司工程师
唐颖栋
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司正高级工程师、一级项目经理、生态环境工程院副院长
王明铭
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司博士后科研工作站在站博士后
孙大洋
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司博士后科研工作站在站博士后
王韶伊
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司博士后科研工作站在站博士后
申屠华斌
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司工程师
LAF
01
引言
河流是生态系统的线性组成单元，具有物质和能量输送的功能，对城市的诞生和发展具有重要作用。自20世纪80年代提出河流连续体理论[1]之后，针对河流退化与生态系统修复和重建形成了一套完善的生态修复理论框架，大体可分为修复计划准备——生态系统健康状况评估——修复计划制定论证——修复行动实施——修复后绩效评估和管理5个阶段[2]。中国的河流生态修复起步较晚，经过多年探索，逐步建立了基于生态水利工程的理论技术体系[3][4]，在河流治理工程中加以应用[5]，并逐步开展河流生态修复绩效评估[6][7]。在开展河流生态修复前，首先应重点解决河流外部的水环境问题。
以茅洲河水环境综合治理工程为典型的黑臭河道生态修复项目为例，目前，有关茅洲河流域的文献报导包括流域生态分区[8]、水系生态与景观融合规划[9]、水污染调查及分析[10]、底泥污染分析及评价[11][12]、水环境治理层面内的管网及排口整治[13]等，但从流域生态修复的角度系统性地阐述水环境治理、水生态修复的研究较少，有待进一步探讨。
在此背景下，本文依托茅洲河水环境综合治理工程，针对城市高度开发下的水污染、水生态破坏等问题，开展基于“源－网－厂－河”系统理念的流域生态修复研究，以期为流域保护与开发的理论研究及实践提供参考。
02
流域概况与挑战
深圳城市化率达100%，人口密度达6484人/km2（2018年）[14]，土地开发强度已达45%，建成区内水系人为活动影响严重。深圳陆域共含九大流域，其中茅洲河是深圳境内第一大河流，全长31.3km，为直接入海流域；流域内共有一、二级支流45条，流域面积共388.23km2。茅洲河属于雨源型河流，降水年际变化较大，且在年内分布不均，雨季容易出现洪峰，旱季易出现断流。
茅洲河流域水系分布 © 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
2000~2015年间，茅洲河污染治理主要分为截排系统与雨污分流两个阶段。由于雨污分流工程尚未完全实施，以“大截排”为主的治污措施短时间内切实发挥了拦截污染的作用，同时也带了诸多隐患，主要包括：
1）基础设施建设滞后，入河污水量大。流域范围内日供水量为1150000m3，但日污水处理仅为700000m3。流域中的工业用地内共聚集了5万余家工业企业，以高污染行业居多，且大部分企业未进入规范化管理范围，普遍存在直排现象，导致流域内水体污染加剧。
2）河流生态基流不足，硬化、暗渠化率高。茅洲河枯水期断流现象普遍，且在传统河道治理模式下，干支流多为硬质护岸，阻断了河流的横向生态连通性，影响了物质交换，进一步损害了河流自净能力。流域范围内暗涵数达201个，总长达112.87km；暗涵与管网的连接情况复杂，且排口众多、淤积严重，往往会成为“污水通道”。根据2014年水质监测数据，茅洲河流域内干流、支流水质均为劣Ⅴ类，黑臭水体达44个，总长度达143km。
03
流域生态修复
技术路线
茅洲河流域生态修复的前提是解决外部入河污水问题。入河污染源包括点源污染及面源污染，其中点源污染主要包括工业废水、生活污水等，面源污染主要包括道路、屋顶、绿地等地附着的污染物质形成的径流污染。
在本项目中，河流生态修复主要解决河流本身生境问题，通过实施河道底泥生态清淤及无害化、资源化利用，消除黑臭底泥，修复底质栖息地环境；通过利用生态补水措施及再生水资源转化和循环利用，来增加水系生态基流，提升河流自净能力，改善流域生境；通过利用生态修复措施，将滨水廊道生态、生活与生产要素融入设计中，促进水－城协同发展。
因此，本项目从源头径流污染、污水管网以及水质净化厂入手，解决点源和面源污染问题，总体可概括为“源－网－厂－河”系统治理。
基于“源－网－厂－河”系统理念的流域生态修复技术路线 © 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
04
流域生态修复
技术方案
水环境要素摸排
为精准确定污染源头及规模，项目从排水区域、排口、排水管网、暗涵（含暗渠）、设施5个方面开展流域水环境要素摸排。排查工作通过末端排查和精准溯源两个维度展开：一是全口排查；二是做到溯源排查。之后结合排查结果完善排水设施的地理信息系统，实现水环境要素的信息化管理。
流域水环境要素摸排
水环境治理
源头污染控制主要针对高密度建筑区，融合海绵城市建设措施，从源头分流雨水和污水。而管网整治则主要针对高密度建筑区、市政排水系统及沿河截污系统三方面。
水环境治理实施路径 © 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
2015年流域污水处理系统的缺口巨大，在改／扩建了水质净化厂及新增了分散式处理设施后，实现了污水的全处理并为流域提供了生态用水，全部设施的出水水质提升至准Ⅳ类。此外，还在一定程度上提升了流域应急调度和雨水污染的处理能力。
河床生境及滨水生境修复
项目根据干、支流底泥柱状样的重金属、有机质和氮磷污染垂向分布特性的分析结果，结合底泥营养盐的“源－汇”过程模型，展示了氮、磷的吸附解析规律，计算出淤积区域内的环保清淤深度；同时进一步根据当地防洪要求复核清淤深度，确定实际清淤深度及清淤量，并论证清淤对水质的改善效果。
底泥柱状取样点布置 © 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
为了减小清淤过程对生态环境的影响，针对不同河道及不同河段的特点，多类清淤方案可灵活组合：宽河道以“环保绞吸+输泥管”为主，而窄河道、渠道类则以“水陆两用绞吸泵+输泥管”为主。
此外，还根据底泥的重金属、有机质和氮磷特性，制定了可将脱水底泥制作为陶粒和生态透水砖等可进行资源化利用的工艺，并将生态透水砖应用于绿道铺装。通过黑臭底泥的环保清淤、处置及资源化利用，消除了河流的内源污染，改善了河床生态栖息环境。
水系多目标生态补水方法分为两种：
1）需水量分析方法。基于流域内陆区的降水特性、拦水建筑物及周边污染程度调查，流域内水系可分为基流缺乏型、水体污染型及景观需求型，于是采用与各类型相对应的适宜的需水分析方法计算需水量。
2）补水水源分析。综合分析流域内雨洪、尾水中水、地下水、外流域引水与海水等供水水源的水量、水质、经济性等因子，确立了以尾水中水为主的补水策略。以松岗水质净化厂为例，根据各河段类型来分别确定其补水类型，再计算日补水量；融合景观设计，形成具有跌水效果的水景，最终实现在流域内尾水全利用。
补水点位置与补水点景观设计 © 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
河流水污染控制、河床生境改善及多目标生态补水为流域生态恢复提供良好的内、外部条件；进一步依托生态本底调查，结合滨水用地规划，建设能够有效带动周边经济发展的滨水绿色廊道。
修复后的茅洲河河段成为了生机勃勃的城市绿廊 © EADG泛亚国际（水生态设计团队）
改造原有硬质护岸，构建“主槽+宽滩”的生态复式断面，结合种植设计营造滩、洲、潭等多样化的生态空间，在满足行洪要求的前提下，通过生态补水保障河流在多个维度上的连续性与可持续性，提升人与水的互动性；通过暗渠改造来融合周边地块设计，打造中国城市河流生态修复样板工程。按照广东省万里碧道总体规划，综合分析茅洲河干流两岸外延500~1000m滨水陆域空间，完善交通系统、改造滨水街区、建设湿地公园，创建滨水生态绿廊，进而促进实现水－城协同治理。
05
流域生态修复治理成效
通过流域水环境及水生态修复工程的逐步开展，入河污染及内源污染总量显著减小，水质改善显著。截至2019年11月，茅洲河水质达到并保持在地表水Ⅴ类及以上，流域内44个较大黑臭水体、304个小微黑臭水体全部消除。
消失多年的当地螺类（Margarya melanioides）、宽沟对虾（Penaeus latisulcatus）、乌鳢（Ophiocephalus argus）和蜻蜓（Odonata spp.）重现茅洲河。通过滨水生态修复与陆域空间的融合设计，提升了市民与河流的互动并增强了保护环境的意识，使河流再次成为了城市发展的生命线，提高了沿河土地的价值，实现了人水和谐共生。
通过滨水生态修复与陆域空间的融合设计，提升了市民与河流的互动并增强了保护环境的意识，实现了人水和谐共生 © EADG泛亚国际（水生态设计团队）
06
经验总结
茅洲河流域生态修复始终坚持全要素治理、全周期管理、水－城共治。在创新流域生态系统修复技术层面，推行全流域雨污分流，实施污水处理设施提标改造，实现尾水全处理、全回用，并通过生态补水的方式来促进重构河流生态系统；实现底泥环保清淤及资源化利用；将水生态修复和城市开发、经济产业结构调整、人文景观塑造等相互融合，推动水－产－城协同治理。在创新运维管养和监管机制层面，建设和管理并重，通过区域网格化分块，实施精细化管理；建立全流域智慧化管理系统，实时监控涉水设施运行情况；推行流域法制化管理模式，保障“物业管理进河道”的治水创新举措顺利推行；建立四级河长组织体系，分别设立市、区、街道和社区四级河长，并组建“民间河长”专业志愿者队伍，力促共建、共治、共享。
项目信息
项目地址：广东省深圳市宝安区
项目面积：112.65km2
项目委托：深圳市宝安区水利局
景观设计：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
首席设计师：唐颖栋
设计团队：郭忠、楼少华、程开宇、项立新、魏俊、高礼洪、高祝敏、李俊杰、岳青华、邱辉、张发鸿、方刚、周梅芳、邵宇航、苏展、吕权伟、任珂君、王飘、张墨林
合作团队：中电建生态环境集团有限公司、中国环境科学研究院、EADG泛亚国际、同济大学
设计时间：2016年3月~2017年12月
施工时间：2016年5月~2019年3月
建成时间：2019年3月
参考文献
[1] Vannote, R. L., Minshall, G. W., Cummins, K. W., Sedell, J. R., & Cushing, C. E. (1980). The river continuum concept. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, (37), 130-137. doi:10.1139/F80-017
[2] Clewell, A., Rieger, J., & Munro, J. (2005). Society for Ecological Restoration International Guidelines for developing and managing ecological restoration projects. Retrieved from https://www.ctahr.hawaii.edu/LittonC/PDFs/682_SERGuidelines.pdf
[3] Chen, X. (2011). Progress of river restoration research at home and abroad. Journal of Hydroecology, 32(5), 122-128. doi:10.15928/j.1674-3075.2011.05.013
[4] Dong, Z. (2003). Theoretical framework for eco-hydraulics. Journal of Hydraulic Engineering, (1), 1-6. doi:0.3321/j.issn:0559-9350.2003.01.001
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[6] Dong, Z., Sun, D., Zhao, J., & Zhang, J. (2014). Progress and prospect of eco-hydraulic engineering. Journal of Hydraulic Engineering, 45(12), 1419-1426. doi:10.13243/j.cnki.slxb.2014.12.004
[7] Chen, X. (2016). Research progress on benefits evaluation for river restoration. Journal of China Institution of Water Resources and Hydropower Research, 14(6), 443-447. doi:10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.06.007
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[10] Chen, X. (2020). Investigation and analysis of water pollution in Baoan Area of Maozhou River Basin. Yunnan Water Power, 36(8), 45-48. doi:10.3969/j.issn.1006-3951.2020.08.011
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[12] Huang, S., Wei, J., Chen, Q., Zheng, H., Xu, J., & Zhao, W. (2019). Investigation on heavy metal pollution risk of sediment in a Human-disturbed River, China. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 281(1), 1-7. doi:10.1088/1755-1315/281/1/012009
[13] Lou, S., Tang, Y., Tao, M., Ren, K., Shao, Y., & Zhen, W. (2020). Methods and practice of comprehensive improvement of Maozhou River water environment in Shenzhen. China Water and Wastewater, 36(10), 1-6. doi:10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2020.10.001
[14] Shenzhen Statistics Bureau., & National Bureau of Statistics Survey Office in Shenzhen. (2020). Shenzhen statistical yearbook. Beijing, China: China Statistics Press. Retrieved from http://tjj.sz.gov.cn/attachment/0/811/811560/8386382.pdf
END
参考引用 / Source:
Wei, J., Huang, S., Tang, Y., Wang, M., Sun, D., Wang, S., & Shentu, H. (2021). Basin-Scale Ecological Restoration Based on the “Source–Network–Plant–River” Concept: A Case Study of Maozhou River (Baoan Section) Water Environmental Remediation in Shenzhen, Guangdong Province. Landscape Architecture Frontiers, 9(3), 74-85. https://doi.org/10.15302/J-LAF-1-040026