西安市明城墻及其周邊區(qū)域排水系統(tǒng)問題診斷及改造方案分析

劉景濤，李森林，鄭　寧，尚思伯，賀晉榮

（1.西安市市政公用技術應用服務中心，陜西 西安 710016；2.西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

西安市明城墻及其周邊區(qū)域排水系統(tǒng)問題診斷及改造方案分析

劉景濤1，李森林1，鄭寧2，尚思伯1，賀晉榮1

（1.西安市市政公用技術應用服務中心，陜西 西安 710016；2.西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

對西安市明城墻及其周邊區(qū)域排水系統(tǒng)進行了調查，分析了研究區(qū)域內現(xiàn)狀排水設施的排水標準，指出了存在的主要問題。根據(jù)研究區(qū)域內排水管網(wǎng)診斷分析及護城河水質檢測分析，提出了西安市明城墻及其周邊區(qū)域內排水系統(tǒng)綜合改造方案。研究可對國內其他城市的老城區(qū)或中心城區(qū)排水系統(tǒng)改造提供借鑒。

中心城區(qū)；合流管道；排水系統(tǒng)；管網(wǎng)改造；西安

0　引　言

近年來，我國城市建設發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化建設正逐步邁向郊區(qū)等城市外延區(qū)域。在城市建設高速發(fā)展的同時，大多數(shù)城市的中心城區(qū)因歷史遺留或因當年資金不到位等問題，建設規(guī)劃沒有做到長遠和統(tǒng)一，基礎設施建設沒有與現(xiàn)代城市建設同步發(fā)展，排水系統(tǒng)建設大部分采用雨污合流體制，排水設施設計標準偏低。近幾年隨著城市雨水環(huán)境變化，各城市老城區(qū)舊有排水系統(tǒng)的弊端日益顯現(xiàn)[1]。

西安市明城墻修建于明洪武年間，護城河形成于公元1370年，距今已有600多年的歷史。西安市護城河不僅僅是一條景觀河，它還肩負著蓄水調洪和濕潤空氣的作用。護城河所包圍的老城區(qū)位于西安市中心城區(qū)的中心地段，即明城墻范圍內。城墻內及周邊區(qū)域雨污水管道均以合流制為主，地下管線錯綜復雜，并且大多數(shù)直接匯入護城河內，對護城河造成了嚴重的污染[2]。1998年、2000年西安市曾先后對護城河實施了綜合整治，包括護城河截污下水道改造工程。2004年到2008年西安市又對護城河進行了兩次截污治理，截流排污口15處[3]。隨著時間的推移，西安護城河幾次治理改造均沒有完全達到預期的效果，老城區(qū)的排水管道仍然面臨著安全隱患。下一步采用何種方案改造和提升西安市明城墻及其周邊區(qū)域合流制排水系統(tǒng)成為了一個重要的研究課題。

1　明城墻及其周邊區(qū)域排水系統(tǒng)概況

1.1水域現(xiàn)狀

西安市排水體制以雨污分流制為主，但在明城墻以內區(qū)域，由于護城河和城墻把老城區(qū)圍繞起來，老城區(qū)的排水系統(tǒng)自成一體，老城區(qū)內生活和商業(yè)大部分污水通過污水管道排向西安市第四污水處理廠，雨水通過雨水管道排向護城河。但城區(qū)內雨污混接現(xiàn)象嚴重，并存在大量的合流管道，因此對護城河產生了較為嚴重的污染。西安市明城墻及護城河匯水范圍見圖1、圖2。

圖1　西安市明城墻及護城河

1.2排水管網(wǎng)

對西安市明城墻內及其周邊區(qū)域的329條街道（有資料可查的管網(wǎng)總長103632.24m）進行調查分析，結果顯示：有資料可查的雨水管道92條，共長35025.94m；有資料可查的污水管道86條，共長30484.93m；合流管道151條，共長38121.37m。其中所有管道中1980年之前修建的管道占63條，1980年之前修建的合流管道占48條。

1.3水質

西安市的護城河素有“一河兩水”之稱，北邊護城河臭氣撲鼻，南邊護城河碧波蕩漾。除了護城河改造不完善等歷史原因外，護城河的收水范圍是主要原因。本次水質采樣點分4處：（1）永樂路至朝陽門段護城河外沿水質檢測點；（2）朱雀門外西側護城河外沿水質檢測點；（3）玉祥門外北側護城河外沿水質檢測點；（4）尚武門與安遠門之間護城河外沿水質檢測點（見圖2）。采用分別在晴天、小雨、中到大雨時對水質進行檢測[4]。檢測結果見表1。

表1　護城河水質檢測表

圖2　西安市明城墻區(qū)域城河匯水范圍

2　排水系統(tǒng)問題診斷分析

2.1分析范圍

西安市明城墻及其周邊區(qū)域排水管網(wǎng)覆蓋匯水面積約27km2,北至自強西路，東至長樂坊，西至勞動路，南至友誼路。明城墻內面積約為11.07km2，其中環(huán)城路全長14.9km。明城墻區(qū)域護城河收水范圍分析見表2。

表2　西安市明城墻區(qū)域護城河水環(huán)境分析

2.2問題分析

2.2.1水質分析

通過永樂路至朝陽門段護城河外沿、朱雀門外西側護城河外沿、玉祥門外北側護城河外沿及尚武門與安遠門之間護城河外沿4處蓋板涵或溢流口檢測點的水質檢測分析，可得出：4處檢測點水質無論晴雨天氣均不符合《景觀娛樂水質標準》（GB12941-91）；均不符合《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（CJ343-2010）A等級污水水質標準；永樂路至朝陽門段護城河外沿、朱雀門外西側護城河外沿及玉祥門外北側護城河外沿水質檢測點水質符合《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（CJ343-2010）B等級污水水質標準；尚武門與安遠門之間護城河外沿水質檢測點水質僅符合《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（CJ343-2010）C等級污水水質標準[5]。4處檢測點的水質均對護城河水質造成了一定的污染。

2.2.2排水管道

（1）雨污分流不徹底，管網(wǎng)系統(tǒng)錯接、混接。西安市排水管網(wǎng)系統(tǒng)雖實行雨污分流體制，但在明城墻及其周邊區(qū)域仍存在3.8km的合流制排水管網(wǎng)。由于雨污水分流不徹底，造成了明城墻區(qū)域內雨、污水混接現(xiàn)象十分嚴重。因合流管道或雨污混接管道無截留或截留措施不到位，造成部分污水未經處理直接排至護城河河道，對護城河水體質量造成嚴重影響。

（2）管道淤積物沉積及管道破損。在合流制排水系統(tǒng)中，排水管道沉積物積累較為嚴重。管道內淤泥對排水管道的輸水能力起到了巨大的阻礙作用，可堵塞排水管，減小其水力負荷[6]。經調查可知，西安市尚勤路、廟后街等地區(qū)合流制排水管網(wǎng)均存在管道內污泥沉積現(xiàn)象。同時，因城市建設的不斷加快，老城區(qū)的老舊合流制管道破損現(xiàn)象也逐年迸發(fā)。

（3）明城墻內部分管網(wǎng)排水出路不暢。近年來，西安市因城市美化、水體景觀建設的要求，在護城河修建了蓄水壩，但蓄水水位較高，使得排入護城河的部分雨水出水口排水不暢，造成部分管道內長期存水。

（4）某些現(xiàn)有基礎設施未能充分發(fā)揮作用。明城墻內及其周邊區(qū)域已有的部分蓄洪設施對雨水排入條件限制較多，且部分蓄洪設施用地也已被占用，進而造成大雨時路面積水。護城河西北角退水水位較高，阻水嚴重。目前這種“上無屏障，下不通暢”的狀態(tài)，對明城墻區(qū)域內城市汛期安全極為不利。

（5）排水管網(wǎng)系統(tǒng)建設滯后。隨著城市規(guī)模的不斷擴大，明城墻及其周邊區(qū)域內許多雨水和污水管道沒有及時修建，加上歷史遺留問題，明城墻及其周邊區(qū)域內臨時排水設施過多。

（6）現(xiàn)狀排水設施水平落后。明城墻及其周邊區(qū)域內現(xiàn)有的排水管渠中約20%建于80年代以前，使用期限超過30a的管道較多。這些管道設計標準偏低，管道滿流、溢流、滲流現(xiàn)象相當普遍。部分20世紀80年代后建設的雨水管道因設計標準低，排水能力較小，大雨時排水受到限制，造成路面積水。

2.2.3截污管涵

護城河沿岸所使用的截污管涵均以混凝土管道和蓋板涵相結合為主。管道修建年代較近，存在問題較少?，F(xiàn)狀蓋板涵的蓋板為普通蓋板，沒有經過結構處理，蓋板受力條件差，蓋板涵有不同程度的損壞（見圖3）；同時蓋板與涵、蓋板與蓋板之間安裝過程中留有縫隙，經過近些年的使用，在出現(xiàn)大雨時縫隙向外溢水，蓋板被頂推移位，涵中雨污水通過地面流向護城河，對護城河的水質造成一定的污染。

2.2.4溢流井及護城河出口

護城河沿岸的溢流井是在原有檢查井基礎上改造而成，在檢查井內部設置溢流堰，并且均位于檢查井下游。由于現(xiàn)有的溢流井是在原來檢查井的基礎上改造而成，所以在內部構造和設計上都受到很大程度的制約，無法完全滿足溢流井的設計要求和使用功能，使得現(xiàn)狀溢流井的設計標準過低，只能截流水量較小的污水及P≤0.3的雨水，從而造成在水量較大時，部分雨污水翻過溢流堰進入護城河，影響護城河的水質。

圖3　中雨和大雨時永樂路至朝陽門段護城河外沿蓋板涵

3　改造方案

3.1排水系統(tǒng)

西安市明城墻內及其周邊區(qū)域的排水系統(tǒng)分為4個：西城河匯水區(qū)域（范圍見圖2）排入護城河西段截污涵內，自南向北流入護城河西北角，最終匯入市政排水管道；北城河匯水區(qū)域（范圍見圖2）匯入護城河北段截污涵后自東向西從護城河西北角排入市政排水管網(wǎng)；西城河匯水區(qū)域和北城河匯水區(qū)域的污水最終流入西安市第四污水處理廠；南城河匯水區(qū)域（范圍見圖2）排入護城河南段截污涵內，自東向西從護城河西南城角匯入市政排水管道，最終流入西安市第二污水處理廠；東城河匯水區(qū)域（范圍見圖2）匯入護城東段河截污涵后自南向北從護城河東南城角匯入市政排水管道，最終流入西安市第三污水處理廠。

3.2管網(wǎng)檢測

基于西安市明城墻及其周邊區(qū)域內排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀及護城河的水質狀況，應查閱相關資料、現(xiàn)場踏勘、查明明城墻內及其周邊區(qū)域329條街道的管網(wǎng)現(xiàn)狀。對區(qū)域內符合西安市最新排水規(guī)劃的主干管進行電視檢測（CCTV）和聲納探測，檢測排水管網(wǎng)的破損情況，在此基礎上進行綜合改造。

3.3排水管道改造

將西安市明城墻及其周邊區(qū)域的合流管道劃分為1980年之前修建和1980年之后修建。1980年之前修建的合流管道，主要分布于明城墻內區(qū)域。2005年，西安市對明城墻內的東、西、南、北四大街道改造完成后，現(xiàn)存1980年之前的合流管道主要分布在背街小巷內，管道復雜。這些合流管道大多修建于20世紀50年代，已經到了管道使用年限，因修建年代較久，管道淤積滲漏現(xiàn)象嚴重，管徑偏小，已無法滿足道路兩側用戶的使用要求。故考慮直接廢除現(xiàn)狀合流管道，新建雨、污水管道。1980年之后修建的合流管道，其分布于明城墻內及護城河外圍周邊區(qū)域，修建年代較近。經驗算分析，對于滿足要求的作為污水管道使用，在道路下新建一條雨水管道；不滿足要求的將現(xiàn)狀合流管道廢除，在道路下重新敷設雨、污水管道。

3.4截污管涵改造

護城河外沿現(xiàn)狀截污管涵中的管道部分修建年代較近，管道滿足使用功能，但污水蓋板涵由于年久失修，蓋板破損嚴重，已無法滿足正常的使用功能。針對存在的這種情況，可只對蓋板涵進行加固翻新，使其滿足正常排水的要求即可。

3.5溢流井及出水口改造

西安市護城河外沿現(xiàn)狀溢流井的設計標準及溢流堰的設計高度已經與現(xiàn)有的城市排水標準差距較大，且現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有部分溢流井的水通過出水口流向護城河，污染城河水質。對此，可根據(jù)西安市最新的排水規(guī)劃將溢流井的設計參數(shù)P按照P=1a取值，對現(xiàn)有的出水口結合溢流井進行改造。

除以上改造方案外，還可提高西安市明城墻內及其周邊區(qū)域合流管道截流倍數(shù)，以解決初期雨水對河道的污染。通過改造方案分析，西安市明城墻內及其周邊區(qū)域的排水管網(wǎng)將最大限度地利用現(xiàn)有的排水管道，實現(xiàn)雨污分流，保證明城墻內及其周邊區(qū)域排水管網(wǎng)正常運作，一定程度上凈化護城河水質。

4　結　語

西安市明城墻及其周邊區(qū)域排水系統(tǒng)改造是一個技術復雜、投資巨大的系統(tǒng)的、長期的過程，其不僅關系到西安市的繁榮和發(fā)展，更是一項重大的民心工程。明城墻內及其周邊區(qū)域排水管網(wǎng)改造不僅可以推動西安市城市排水管網(wǎng)建設，還可以提高西安市防澇排洪減災能力，提高西安市污水處理率，促進西安市海綿城市建設，同時也可改善西安市景觀用水水質，凈化護城河。

文章通過對西安市明城墻及其周邊區(qū)域排水管網(wǎng)調查、診斷分析，以及水質檢測分析，提出了明城墻及其周邊區(qū)域排水系統(tǒng)綜合改造方案。該方案最大限度地利用了明城墻及其周邊區(qū)域內現(xiàn)有的排水管道，最大限度地節(jié)約了工程投資，該方案社會效益和經濟效益顯著，且方案正在研究區(qū)域內逐步實施。同時，本研究可對其他城市老城區(qū)或者中心城區(qū)的排水系統(tǒng)改造提供借鑒。

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TU992

B

1009-7716（2016）11-0075-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.021

2016-07-21

劉景濤（1985-），男，陜西乾縣人，碩士，工程師，從事城市排水規(guī)劃管理與科技推廣工作，主要研究方向為水污染控制工程及雨水資源化利用。