沈陽(yáng)市南運(yùn)河系統(tǒng)排水改造設(shè)計(jì)

郭勇

【摘 要】沈陽(yáng)市南運(yùn)河排水系統(tǒng)為合流制排放體系，本次改造旨在改善南運(yùn)河水質(zhì)、提高南部排水系統(tǒng)排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)中充分利用了現(xiàn)狀排水系統(tǒng)，遵循循序漸進(jìn)、保護(hù)老城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施及環(huán)境的原則，合理制定設(shè)排放標(biāo)準(zhǔn)及施工工藝，滿足了設(shè)計(jì)要求；同時(shí)避免了拆遷、排遷、毀綠、擾民現(xiàn)象，城市交通及現(xiàn)狀排水設(shè)施也未受影響，改掉了老城區(qū)排水系統(tǒng)改造工程中的一些頑疾，供類事工程參考。

【關(guān)鍵詞】老城區(qū)排水系統(tǒng)改造 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo) 二次稀釋 盾構(gòu)法施工

老城區(qū)的排水分流改造是一項(xiàng)周期長(zhǎng)、投入大的系統(tǒng)工程，必須堅(jiān)持保護(hù)生態(tài)環(huán)境的理念，采用近遠(yuǎn)期結(jié)合、合理制定排放標(biāo)準(zhǔn)的思路逐步實(shí)施。本次結(jié)合南運(yùn)河排水系統(tǒng)改造，對(duì)老城區(qū)排水改造工程進(jìn)行探索。

1南運(yùn)河概述

南運(yùn)河位于沈陽(yáng)市南部主城區(qū)，全長(zhǎng)14.7公里，底寬14～24米，設(shè)計(jì)流量47m3/s，至東向西依次流經(jīng)大東、沈河、和平區(qū)，于龍王廟匯入渾河。1984年，南運(yùn)河實(shí)施了第一次綜合治理，運(yùn)河兩岸形成了15～30米綠廊及萬(wàn)泉湖、萬(wàn)柳塘湖、青年湖、南湖等4個(gè)大型水面。改造后，南運(yùn)河成為市區(qū)內(nèi)重要的景觀性河流，同時(shí)擔(dān)負(fù)著南部城區(qū)的雨水排放功能。

1.1現(xiàn)狀排水系統(tǒng)

沈陽(yáng)市南部排水系統(tǒng)依托南運(yùn)河，形成旱季截流城市污水進(jìn)入沈水灣污水處理廠，雨季合流污水溢流南運(yùn)河的合流制排放體系。南運(yùn)河系統(tǒng)污水匯水面積42.40平方公里（其中東部29.60平方公里，西部12.80平方公里），雨水匯水面積27.6平方公里（其中東部14.80平方公里，西部12.80平方公里）。東部截流系統(tǒng)旱季污水經(jīng)五愛(ài)泵站提升進(jìn)入渾河截流系統(tǒng)，雨季合流污水一部分經(jīng)五愛(ài)泵站提升進(jìn)入渾河截流系統(tǒng)，其余部分溢流南運(yùn)河；西部截流系統(tǒng)旱季污水進(jìn)入渾河截流系統(tǒng)，雨季合流污水溢流南運(yùn)河，最終流入渾河。

1.2 現(xiàn)狀排水系統(tǒng)存在問(wèn)題

（1）管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低。原合流系統(tǒng)雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P=0.33年、綜合徑流系數(shù)Ψ=0.42；隨著城市的發(fā)展，綜合徑流系數(shù)大幅提高，原排水系統(tǒng)已無(wú)法滿足雨水排放要求，城區(qū)積水點(diǎn)增多。

（2）南運(yùn)河污染嚴(yán)重。2006年至2011年，南運(yùn)河水質(zhì)僅2007年達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)水平，其余年份均為劣Ⅴ類，距Ⅳ類水質(zhì)要求相差甚遠(yuǎn)。具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 2006年至2011年南運(yùn)河水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

年份

監(jiān)測(cè)指標(biāo)

化學(xué)需氧量

生化需氧量

高錳酸鹽指數(shù)

氨氮

總磷

石油類

2006

28

7

6.3

2.3

0.25

0.6

2007

24

7

4.5

1.75

0.19

0.5

2008

40

6

5.3

3.82

0.30

0.6

2009

18

6

4.8

1.76

2.77

0.1

2010

22

7

7.0

4.01

0.33

0.2

2011

24

8

6.7

3.21

-

-

地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)

30

6

10

1.5

0.3

0.5

地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)

40

10

15

2.0

0.4

1.0

2 南運(yùn)河系統(tǒng)排水改造設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)原則：南運(yùn)河系統(tǒng)遠(yuǎn)期規(guī)劃為雨污分流制，本次僅對(duì)排水干線進(jìn)行改造?，F(xiàn)狀合流管道做為污水干線；新設(shè)計(jì)雨水管道，遠(yuǎn)期做為雨水干線、近期做為雨污合流干管。

2.1 污水流量確定及現(xiàn)狀合流干管流量校核

南運(yùn)河截流管修建于上世紀(jì)70～90年代，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已不適合，需重新確定設(shè)計(jì)污水量。南部系統(tǒng)污水為生活污水，其總變化系數(shù)按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》2011年版選取。詳見(jiàn)表2。

表2 綜合生活污水量總變化系數(shù)

平均日流量（L/S）

5

15

40

70

100

200

500

≥1000

總變化系數(shù)

2.3

2.0

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

污水流量確定。公式參數(shù)：Q= q0 F Kz（q0—比流量，F(xiàn) —區(qū)域面積， Kz —總變化系數(shù)）。

平均日污水量：Q= 0.6×4240×86400×10-3≈22×104m3/d。

管道設(shè)計(jì)流量：Q= 0.6×4240×1.3×10-3≈3.31m3/s（東部2.31 m3/s，西部1.0 m3/ s）。

渾河截流下游污水泵站旱季日平均提升污水為21.30萬(wàn)m3/d，與設(shè)計(jì)平均日污水量22萬(wàn)m3/d相差3.1﹪，經(jīng)與規(guī)劃、水務(wù)等部門協(xié)商，同意以我院的計(jì)算結(jié)果為設(shè)計(jì)依據(jù)。

現(xiàn)狀東部截流干線最大斷面為2.4m×2.4m拱渠，設(shè)計(jì)流量Q=8.1m3/s ；當(dāng)設(shè)計(jì)充滿度為0.75時(shí)，設(shè)計(jì)流量Q=6.1m3/s，大于新設(shè)計(jì)東部污水量（2.31 m3/s）。因此東部截流干管可以做為遠(yuǎn)期污水干線，同時(shí)近期還可額外承擔(dān)5.79 m3/s的雨水排放。

現(xiàn)狀西部截流干線最大斷面為雙孔2.4m×2.05m暗渠，設(shè)計(jì)流量Q=14.7m3/s ；當(dāng)設(shè)計(jì)充滿度為0.75時(shí)，設(shè)計(jì)流量Q=11.07m3/s，大于新設(shè)計(jì)西部污水量（1. 0 m3/s）。因此西部截流干管可以做為遠(yuǎn)期污水干線，同時(shí)近期還可額外承擔(dān)13.70 m3/s的雨水排放。

2.2 雨水流量計(jì)算

公式參數(shù)：；其中，q=167A1（1+ClgP）/（t+b）n。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

q—暴雨強(qiáng)度，沈陽(yáng)地區(qū)參數(shù)：167A1=1825，C=0.774，b=8，n=0.724。

t—設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)；P—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期；Ψ—徑流系數(shù)，Ψ=0.6； F—匯水面積，分段累加。

表3 南運(yùn)河系統(tǒng)雨水設(shè)計(jì)流量（m3/s）

區(qū)域

P=3年

P=1年

P=0.5年

P=0.33年

P=0.2年

現(xiàn)狀雨水排放能力

東部系統(tǒng)

38.6

27.2

21.6

17.7

12.9

5.79

西部系統(tǒng)

33.4

24.4

18.7

15.3

11.2

13.7

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，現(xiàn)狀南運(yùn)河?xùn)|部系統(tǒng)雨水排放能力低于0.2年，西部系統(tǒng)雨水排放能力低于0.33年；雨季大量的混合污水溢流南運(yùn)河，污染河水，嚴(yán)重影響城市景觀及生態(tài)環(huán)境。

2.3 雨水干線確定

遠(yuǎn)期分流后，雨水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為P=3年。東部雨水系統(tǒng)雨水干線設(shè)計(jì)：起點(diǎn)D=2m鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)坡度I=0.6‰；終點(diǎn)雙排D=3.5m鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)坡度I=1‰，設(shè)計(jì)流量Q=41.2m3/s。西部雨水系統(tǒng)雨水干線設(shè)計(jì)：起點(diǎn)D=2m鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)坡度I=0.6‰；終點(diǎn)雙排D=3.5m鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)坡度I=0.7‰，設(shè)計(jì)流量Q=34.5m3/s。終端雨水提升泵站：東部保留原五愛(ài)污水泵站；新建五愛(ài)雨水泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模40m3/s；西部新建龍王廟雨水泵站，設(shè)計(jì)規(guī)模34m3/s。兩座泵站提升后的雨水進(jìn)入渾河。

2.4 近期實(shí)施方案

因沈陽(yáng)市未完成雨污分流改造，本次改造暫時(shí)保留合流制排放體系，現(xiàn)狀合流管與新設(shè)計(jì)雨水干線聯(lián)合工作。雨水干線雙排D=3.5m管道近期實(shí)施一排，相應(yīng)排水標(biāo)準(zhǔn)為東部系統(tǒng)P≈1年，西部系統(tǒng)P≈3年；雨水泵站亦分期實(shí)施，以減少投資。本工程實(shí)施后，遠(yuǎn)期可消除了污水對(duì)南運(yùn)河的污染；近期混合污水首先溢流至新建雨水干線二次稀釋、再溢流南運(yùn)河，減少污水污染運(yùn)河的頻率和污染物濃度。

2.5 線位及施工工藝確定

沈陽(yáng)老城區(qū)建筑物密集、道路下布滿管網(wǎng)，拆遷、排遷造價(jià)高，道路紅線、綠線內(nèi)實(shí)施排水改造工程難度大。經(jīng)市建委、市規(guī)劃局等部門共同研討，管道線位設(shè)于南運(yùn)河綠化帶內(nèi)。

南運(yùn)河沿岸綠化帶已形成近30年，是市民休閑、健身、娛樂(lè)的主要場(chǎng)所，如采用明挖施工將完全破壞近14公里城市綠廊（管道埋深大于11米）。因此，普通管徑（D=2.0m～2.8m）采用長(zhǎng)距離頂管，頂距大于120米；大管徑（D=3.5m）采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出井距離大于1000米，檢查井與觀測(cè)井、通風(fēng)井合并預(yù)留。

盾構(gòu)法施工優(yōu)點(diǎn)如下：（1）盾構(gòu)掘進(jìn)不受天氣、地形、地貌、水域等地表環(huán)境限制。（2）應(yīng)用于埋深大、地下水位高的條件下，相對(duì)而言施工成本低。（3）適用地質(zhì)情況范圍寬，軟土、砂卵土、巖層均可使用。（4）對(duì)環(huán)境及基礎(chǔ)設(shè)施影響小，不影響交通及商鋪營(yíng)業(yè)。

3 結(jié)語(yǔ)

老城區(qū)排水分流宜循序漸進(jìn)、分期建設(shè)。實(shí)施中充分利用現(xiàn)狀合流管道、優(yōu)先修建雨水干線；雨季混合污水先溢流至新建雨水干線二次稀釋、再溢流城市水體，減少污水污染運(yùn)河的頻率和污染物濃度，既能提高排水標(biāo)準(zhǔn)、提升運(yùn)河水質(zhì)、節(jié)省工程照價(jià)，又不影響城市的排水系統(tǒng)正常工作。

排水干線管道管徑大、埋設(shè)深，不適合開(kāi)挖施工，宜采用盾構(gòu)法等深遂工藝施工。