平頂山市湛河末端截流排水系統(tǒng)設計

朱新鋒，殷世強，魏淑珍，陳云鵬，高小濤，馬 浩

( 1.河南城建學院 市政與環(huán)境工程學院，河南 平頂山 467036；2．河南省城鎮(zhèn)綜合設計研究院，河南 平頂山 467036； 3. 舞陽縣環(huán)境保護局監(jiān)測站，河南 舞陽 462000；4．黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，河南 鄭州 450003)

平頂山市湛河末端截流排水系統(tǒng)設計

朱新鋒1,2，殷世強2，魏淑珍3，陳云鵬2，高小濤4，馬 浩4

( 1.河南城建學院 市政與環(huán)境工程學院，河南 平頂山 467036；2．河南省城鎮(zhèn)綜合設計研究院，河南 平頂山 467036； 3. 舞陽縣環(huán)境保護局監(jiān)測站，河南 舞陽 462000；4．黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，河南 鄭州 450003)

為改善城區(qū)水環(huán)境、削減排入湛河污染物總量，2013年平頂山市對湛河進行了水環(huán)境綜合整治。結合平頂山市現(xiàn)狀實際情況，以前期調(diào)查為基礎，全面考慮各種影響因素，通過綜合比選，確定末端截流合流制作為主要方案。詳細介紹了污水截流工程設計，包括工程總體方案的確定、截流井的設計等。

合流制排水系統(tǒng)；末端截流；截污；設計

湛河橫貫河南省平頂山市中心城區(qū)，屬于沙河水系。湛河發(fā)源于境內(nèi)寶豐縣馬跑泉村北，呈西北-東南流向。湛河上游又稱烏江河，上游末端至郝堂稱湛河，東入衛(wèi)東區(qū)、高新區(qū)境，注入沙河，干流全長40.2 km2，兩側(cè)支流20余條，流域面積218.57 km2，見圖1。

湛河從平頂山市區(qū)中央穿過，平頂山市地形呈現(xiàn)北部高、西部高，同時由于湛河主河道及其支溝缺少截污設施而導致兩岸大量污水進入河道，河流污染嚴重。平頂山市湛河綜合治理工程，通過對點、面源污染治理、排污管網(wǎng)建設，杜絕城市污水直接排入河道，恢復各類水體功能，提高城市水的循環(huán)利用率，保護河道水系的生態(tài)環(huán)境[1-2]。根據(jù)平頂山市湛河治理現(xiàn)狀存在的主要問題，2013年平頂山市啟動了湛河綜合治理工程，任務為治污體系、防洪體系、景觀生態(tài)三大體系的建設與完善。

圖1 湛河主河道及支流概況圖

1 平頂山市排污系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

由于城市雨污管網(wǎng)建設滯后，加上北部礦區(qū)等工礦企業(yè)沒有完全實現(xiàn)達標排放，形成支流沿岸的生活污水、工業(yè)污水加上雨水一起排入湛北排污暗涵或湛河，經(jīng)過多年初步治理，目前平頂山市排水系統(tǒng)不是很完善，特別是新老城區(qū)交界以及北部礦區(qū)的污水排放主要由明、暗溝渠及管道直接排入市主渠道。河道內(nèi)日常徑流混有大量的污水，河道本身自凈能力較弱，納污容量偏小，污染嚴重。隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展以及平頂山特有北部礦區(qū)的存在，大量工業(yè)廢水與生活污水直接排入，水體污染程度加劇。

平頂山市目前基本形成了兩個污水排水系統(tǒng)，一是湛北排水系統(tǒng)，二是湛河以南排水系統(tǒng)。湛北排水系統(tǒng)位于湛河北岸，共分為五期建設，其中已運行段為一期～三期暗涵，四期～五期暗涵2015年已經(jīng)建成使用。一期～三期暗涵起點為烏江河入湛河處，終點為吳寨溝西，主要收集湛河以北、大烏路以西的區(qū)域及烏江河段全段污廢水(包括礦區(qū)尾水)。起端在烏江河入湛河口處上游建設有截流堰，截取烏江河河水進入暗涵。一期～三期暗涵尺寸為(2 000×1 500 mm～2 300×1 700)mm。一期～三期暗涵和湛北干管在吳寨溝西側(cè)入湛河處匯合，之后倒虹吸穿越湛河進入平頂山市第一污水提升泵站，穿越湛河管道采用兩根DN1 400玻璃鋼管。吳寨溝以東至科技路的湛北四期～五期暗涵終點為湛北路與科技路交叉口東北的平頂山市第二污水提升泵站。起點為吳寨溝上游91.91 m(即三期暗涵的終點)，暗涵尺寸為(1 400×1 800 mm～2 400×1 800)mm，i=0.000 3。湛南排水系統(tǒng)在湛南路(凌云路-第一污水提升泵站)鋪設有湛南路污水干管，管徑為DN 800～DN 1 650。沿南北向凌云路、光明路、新華路等道路鋪設有污水干管，由南向北進入湛南路污水干管。湛南路污水干管與湛北暗涵倒虹吸穿河管道一并接入位于湛河南岸、湛南路東段的平頂山市第一污水提升泵站，污水經(jīng)提升后，沿鋪設在湛河南岸的DN 2 000鋼筋混凝土排水管道進入平頂山市第一污水處理廠。

目前存在問題是污水管網(wǎng)系統(tǒng)不完善，污水管網(wǎng)的建設與城區(qū)道路建設不同步，烏江河口以上沒有污水管道，平頂山市區(qū)西部、北部礦區(qū)工業(yè)廢水、生活污水及尾礦水未經(jīng)處理直接排入河道內(nèi)造成了市區(qū)內(nèi)河道的污染；湛南葉劉西溝的污水直接從湛河南岸排入湛河；開源路湛河橋南西側(cè)的雨水排水口混接污水直排湛河；新華路湛河橋南東側(cè)的雨水排水口混接污水直排湛河；誠樸路東側(cè)排污口的雨水排水口混接污水直排湛河，這4處的污水量均較大，且由于高程問題，無法將其截流至湛南路干管。湛北暗涵容量不足，現(xiàn)平安大道以南、大烏路以西、湛河以北城區(qū)污水管道管徑不能承擔轉(zhuǎn)輸平安大道以北規(guī)劃區(qū)的污水任務。同時污水管網(wǎng)系統(tǒng)中存在著雨污水管道混接、雨污合流、污水排入河道等問題。雖然大部分街道均建有雨污管道，按分流制設計，但仍因部分雨污管道交叉，存在排水管道混接等情況。加之1999年湛河市區(qū)段進行治理，將湛河以北老城區(qū)污水管道均接至湛北干管，雨水管道均接至湛北暗涵，造成實際上的雨污合流。

2 工程總體設計方案

2.1 排污口調(diào)查

排污口調(diào)查是設計工作的基礎，目的是摸清區(qū)域內(nèi)排污口的位置、排污方式、主要污染物排放濃度、排放總量等數(shù)據(jù)。在前期的調(diào)查摸底工作中，從徐洼村到許南路橋兩側(cè)所有的出水口進行了調(diào)查、測量，共發(fā)現(xiàn)兩側(cè)排污口100處，同時對排水出口管道管徑、標高、位置進行測量，現(xiàn)狀排污口可分為如下幾類：

(1)常流污水排污口。此類排污口有連續(xù)污水流出，此類排污口必須進行截流處理。這種排污口又分為兩類，一類為緊鄰河道的村莊各家各戶的小型排水口，另一類是街道的排水口。

(2)常流污水排污溝。這一類是從北部山區(qū)下來的小溪，由于兩岸污水匯入形成的排水溝。

(3)雨污混流口。此類排出口平時就有污水流出，主要是由于雨污不分造成，該類別的出水口要進行截流處理。

(4)雨水排水口。此類排水口平時無污水流出，主要為雨季排水出口，該類別的出水口可進行初期雨水的截流處理。

2.2 排水體制選擇

合理地選擇排水體制是城市排水系統(tǒng)規(guī)劃和設計的重要問題之一，它不僅影響排水系統(tǒng)的設計、施工及維護管理，而且也影響城市規(guī)劃和環(huán)境保護。環(huán)境保護是選擇排水體制時所考慮的一個主要問題。采用合流制排水體制，將城市生活污水、工業(yè)廢水和雨水全部送至污水處理廠進行處理后排放，對防止水體污染效果較好，但這樣管網(wǎng)，污水廠規(guī)模變大，建設費用也相應增高。分流制排水體制將城市污水全部送入污水廠進行處理，但初期雨水未經(jīng)處理就直接排入水體，對城市水體也會造成污染。目前分流制國內(nèi)應用比較廣泛[2-3]。

通過對比，目前解決平頂山市污水收集系統(tǒng)存在的問題有兩種方案：雨污分流制與截流式合流制( 湛河兩側(cè)污水截流管道)。雨污分流要在城區(qū)現(xiàn)狀道路下重新敷設雨水管道和污水管道，建設費用高。主城區(qū)建筑密集的居民區(qū)道路狹窄，管道敷設空間受限，同時新建污水管道需要與居民建筑的污水管道銜接，建設周期較長，施工期間對居民的日常生活影響大。平頂山市大部分建成區(qū)已按雨、污分流制建設，但存在污水亂接、亂排，使得污水支管未能全部接入污水管道，而且由于系統(tǒng)管理和監(jiān)管問題等因素，錯接問題不可能在短期內(nèi)得到解決。因此雨污分流制短時間內(nèi)很難實現(xiàn)。截流式合流制( 湛河兩側(cè)污水截流管道) 方案近期沿現(xiàn)狀的湛河建設污水截流管道(本次設計管道盡量往湛河外側(cè)敷設，避免湛北暗涵在雨季溢流的現(xiàn)象)，僅針對現(xiàn)狀合流制管道末端排出口進行截流，無需對居民建筑污水排出管道進行改造，對周邊居民的日常生活影響較小。鑒于此，對于建成區(qū)的排水體制采用了分流制與截流式合流制相結合混合制排水體制。即保留已建成的分流制排水系統(tǒng)，利用現(xiàn)狀湛北暗涵和新建湛北干管、湛南暗涵等排水管渠系統(tǒng)，截留進入湛河的污水，提高污水收集率，降低城區(qū)河道受污染程度。

結合《平頂山市排水專項規(guī)劃》近遠期建設的規(guī)劃，綜合比較兩種方案，推薦采用截流式合流制的排水體制。

2.3 截流污水量

截流的污水量規(guī)模應該由現(xiàn)各排污口排水量累計測算，但對所有排污口排水流量進行累計連續(xù)精確監(jiān)測測量難度太大，數(shù)據(jù)相對缺乏。因此本次污水量測算中采用行性研究報告的結果和實際供水量兩種方法進行綜合確定，先確定旱季污水流量，再據(jù)此測算出污水截流量。

方法一：利用《平頂山市排水專項規(guī)劃》以及《平頂山市湛河治理可行性研究報告》中的相關成果計算該規(guī)劃中列出了各區(qū)近遠期的污水量，按照該污水量同比例折算出截流的污水量。與本次污水截流工程相關的排水分區(qū)合計近期旱季污水總量Qh= 2.03×105m3/d。

方法二：根據(jù)平頂山市自來水公司提供的數(shù)據(jù)， 2013 年供水總量為3.9×105m3/d。該部分供水量包括全市所有區(qū)域的供水量，按比例分配，本工程范圍內(nèi)的日平均供水量為2.42×105m3/d。污水綜合排放系數(shù)取0.8，則本工程范圍內(nèi)總污水量應為1.94×105m3/d，即近期污水截流管道中收集的旱季污水總量為1.94×105m3/d。

取截流倍數(shù)n0= 2，則截流污水總量QZ= (n0+ 1)Qh= 3×2×105m3/d。結合規(guī)劃與兩種計算結果，確定旱季污水流量為2×105m3/d，總截流規(guī)模為6×105m3/d。

2.4 污水截流管道設計

平頂山市污水截污管道總體思路是“西分、北截、南調(diào)、中加強、源頭綜合治理”。 所謂“西分”就是利用新建約20 km2的烏江河北干管、平郟路干管、平安大道西延干管等，把平頂山西北部(即第二分區(qū))約28 km2區(qū)域，近期3萬t/d，遠期17.5萬t/d的污水分入新城區(qū)污水廠，可使污水就近處理，合理利用中水資源，為湛河主河道提供穩(wěn)定的補水水源。所謂“北截”，就是規(guī)劃平安大道干管，截留平頂山市北部的污水，防止污水進入市區(qū)，同時為城市北擴奠定堅實的基礎，但是不在本次建設中。所謂“南調(diào)”，就是建設湛南暗涵，解決南岸污水進入湛河的問題，同時調(diào)部分湛北污水進入湛南暗涵，合理調(diào)配高峰時期湛北暗涵的污水。所謂“中加強”，是指對湛北暗涵進行清淤、維修、改造、延長，保證其發(fā)揮功能，提高過流能力。截污管道主干部分有四部分，第一部分是徐洼村溝—石橋營溝—新城區(qū)污水廠截污工程(烏江河北干管部分)，此段管道主要沿烏江河北側(cè)布置，在徐洼村溝至石橋營溝至香山溝采用規(guī)格DN 1 000～DN 1 400的Ⅲ級鋼筋混凝土承插口管共7 305 m，污水排入新城區(qū)污水廠。起端管底高程為102.24，末端管底高程91.56。第二部分是湛北暗涵西延干管(新城區(qū)污水廠～三江源)共7 205 m。其中規(guī)格DN 1 200～DN 1 800的Ⅲ級鋼筋混凝土承插口管共2 835 m，規(guī)格為DN 1 200～DN 1 800的Ⅲ級鋼筋混凝土(頂管專用)共4 370 m。起端管底高程為89.20，末端管底高程82.80。第三部分是三江源至稻田溝段管徑采用DN 1 800、坡度采用i=0.000 5。本段暗涵高程與上游湛北暗涵西延干管高程相銜接，并兼顧干管沿線現(xiàn)狀排水口及遠期規(guī)劃排水口高程接入的要求，確定起點高程82.80 m，終點高程82.38 m。此段污水在稻田溝西側(cè)通過倒虹吸進入湛南，作為第四部分湛南暗涵起端，湛南總干管共15 461 m。其中規(guī)格為DN 1 800～DN 2 000的Ⅲ級鋼筋混凝土承插口管共1 565 m，規(guī)格為DN 2 200～2 400的Ⅲ級鋼筋混凝土(頂管專用)共6 235 m，規(guī)格為B×H=(2 800×2 400) mm箱涵共6 860 m，規(guī)格為B×H=(2 800×2 400) mm箱涵(頂進箱涵)共110 m。此段起端高程為80 m，到國鐵橋76.40 m，末端管底高程為74.10 m，本次截污工程分布見圖2。

圖2 排污主干布置圖

2.5 截流井設計

截流井是截流式合流制排水體系中的重要構筑物, 它不但要對旱季污水進行截流, 同時要將超出一定截流倍數(shù)的合流污水排入水體。湛河的排污口數(shù)量多，種類各異，有雨污合流管、溝，純污水口，部分污水溝，同時還緊鄰河道的村莊分散排污口。目前平頂山市雨污合流制完全改造成雨污分流制難度較大，在選擇對這些老城區(qū)排水體制進行改造的方式上，絕大部分地區(qū)采用截污式合流制。為了減少對河床斷面的影響，本工程實施過程中盡量減少溢流井的數(shù)量。根據(jù)排污口不同類型設計了不同類型的截留溢流井，同時溢流井設置簡易活動格柵以攔截可能進入截污管的生活垃圾等固體廢物。對于特殊節(jié)點村莊段，首先把各個小的排污口串聯(lián)起來，再進入排污管道，見圖3。

圖3 村莊段排污口接入主干管示意圖

3 結論

結合平頂山污水排放現(xiàn)狀、老城區(qū)改造困難等因素綜合考慮，采用末端截流的合流制排水體制，在主河道的污水出口處設置污水截流井，對進入河道的污水進行截流，最大可能地收集污水。污水截流管道的建設對河道的行洪能力造成的影響有限。目前截污工程項目已經(jīng)完成，上游烏江河口以上管道已經(jīng)貫通，與湛北暗涵連接完成，同時第二泵站已經(jīng)建成使用，目前旱季污水能夠全部進入管網(wǎng)系統(tǒng)。湛河水質(zhì)目前已經(jīng)變清，生態(tài)系統(tǒng)基本恢復，出水斷面穩(wěn)定達標，不僅改善了市區(qū)人居環(huán)境, 還大大削減了湛河的污染物總量。

[1] 牛云峰, 張改紅, 趙凡, 等. 湛河水質(zhì)綜合評價及保護對策研究[J]. 河南城建學院學報，2009,18(4):32-35

[2] 許俊鴿, 曾朝銀. 因地制宜的末端截流排水系統(tǒng)設計方案探討[J].中國給水排水,2013,29(22)：33-36

[3] 譚瓊, 李田, 徐月江, 等. 蘇州河沿岸合流制系統(tǒng)雨天溢流頻率及其啟示[J]. 同濟大學學報：自然科學版, 2008, 36( 9): 1232-1236.

DesignschemeofcombinedsewersystemwithendinterceptioninPingdingshan

ZHU Xin-feng1,2, YIN Shi-qiang2, WEI Shu-zhen3, CHEN Yun-peng2, GAO Xiao-tao4, MA-Hao4

(1.CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China; 2.HenanUrbanComprehensiveDesignandResearchInstitute,Pingdingshan467036,China; 3.WuyangEnvironmentalProtectionBureauMonitoringStation,Wuyang462000,China; 4.YellowRiverEngineeringConsultingCo.Ltd,Zhengzhou450003,China)

In order to improve the water environment and reduce the total amount of pollutants discharged into Zhan River, a comprehensive water environment renovation was carried out in 2013 Pingdingshan. Combined with the actual situation of Pingdingshan, based on the preliminary investigation, all kinds of influencing factors are considered comprehensively, and the combined system of end closure is selected as the main scheme. The design of sewage interception is introduced in detail, including the determination of the overall project plan and the designing of the intercepting well.

combined sewer system; end interception; sewage interception; design

2017-07-21

河南城建學院科研能力提升工程項目

朱新鋒(1978—)，男，河南葉縣人，博士，副教授。

1674-7046(2017)05-0074-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.05.014

TU992

B