智能截流井在沿海老城區(qū)合流排口截污中的應用

劉光瑞

摘 要：智能截流井系統(tǒng)集成度高，可隨設定的外部條件的變化實時自動調(diào)控動作，可用在雨污合流條件復雜、排口尺寸較大以及普通截污井無法有效實施等合流排口截污改造的場合。介紹下開式堰門智能截流井在惠州大亞灣某沿海老舊城區(qū)合流大排口改造中的應用，可為其他類似改造項目提供借鑒。

關鍵詞：智能截流井;雨污分流;合流排口;水環(huán)境治理

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0107-03

Application of Intelligent Interception Well in Sewage Interception of

the Combined Sewage Outlet in Old Coastal City

LIU Guangrui

（Shenzhen Branch of Beijing Municipal Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518048）

Abstract： The intelligent interception well system can be automatically regulated in real time with the change of set external conditions. It can be used to control the point source and non-point source pollution in the occasions of complex rain and sewage confluence conditions， large outlet size. To introduce the application of the next open weir gate in the reconstruction of an old coastal urban area in Daya Bay， Huizhou， to provide reference for other similar reconstruction projects.

Keywords： intelligent cut-off well;rain and sewage diversion;confluence outlet;water environment treatment

沿海老舊城區(qū)的雨污分流改造往往存在現(xiàn)狀雨污水系統(tǒng)錯混接嚴重、排水管網(wǎng)復雜且排查困難、道路狹窄施工不便、潮汐影響海水倒灌以及房屋老舊破損源頭分流改造風險大等問題。不少沿海地區(qū)選擇近期對片區(qū)合流排口截污，遠期雨污分流或者城市更新改造的模式，解決混流污水排入自然水體污染環(huán)境的問題，是短期內(nèi)較為經(jīng)濟有效的方法。

沿海老舊城區(qū)一般建筑物多、建筑面積大，片區(qū)下游合流排口尺寸較大，排口高程較低，且受海洋潮汐的影響較大。常規(guī)的堰式、槽式、堰槽結合式、拍門式和閘門式等截流井的使用主要存在以下問題：①固定溢流堰的設置過高會影響上游片區(qū)雨季行洪，增加上游片區(qū)內(nèi)澇風險;②截污管道內(nèi)管道流量無法準確計量控制，截流過多雨水會導致下游污水干管滿水，降低污水處理廠進水濃度;③潮汐海水有倒灌到下游污水干管的可能，下游污水處理廠有進水鹽度過大導致運行故障的風險[1-4]。

下開式堰門截流井是智能截流井的一種樣式，智能化程度高[5]，可設定控制程序，自動控制截污堰門的啟停，并且可以做到無極調(diào)控，控制堰門停止在任何允許的設計高度。配有備用電源，在外部停電的情況下可滿足堰門的一次動作，最終電力耗盡堰門完全打開。下開式堰門截流井的設備主要包括液動限流閘門、下開式堰門、雨量計、SCADA控制系統(tǒng)及液位計等。其中，下開式堰門是核心設備，主要由堰板、堰框、液壓缸及導向槽等組成，堰板可向上/向下運動，完成堰板啟閉狀態(tài)，實現(xiàn)合流管道內(nèi)部水位控制和防倒灌的功能。本工程將下開式堰門截流井應用在沿海老城區(qū)合流大排口改造中，可以達到截污、行洪和防倒灌的效果。

1 工程概況

本工程位于廣東省惠州市澳頭鎮(zhèn)老城區(qū)，建筑面積約56 hm。該城區(qū)西北至東南為山地環(huán)繞，中心濱海地帶為平地，整個老城區(qū)呈環(huán)抱澳頭灣（大亞灣西北部）之勢，南北地勢高差接近40 m。澳頭灣潮汐屬不正規(guī)半日混合潮型，最高潮位為3.116 m（85高程系，下同），港灣波浪以涌浪為主，平均波高為0.20 m，50年一遇波高為2.30 m，10年一遇波高為1.75 m，多年平均低潮位為-0.05 m，多年平均高潮位為0.77 m，20年一遇潮水位為2.36 m，50年一遇潮水位為2.58 m。

整個澳頭老鎮(zhèn)片區(qū)房屋老舊，巷道狹窄，排水立管和市政雨污水管道錯混接嚴重，內(nèi)部雨污分流改造難度大。根據(jù)片區(qū)污水規(guī)劃，整個澳頭老鎮(zhèn)區(qū)遠期將繼續(xù)維持合流制排水系統(tǒng)現(xiàn)狀，對沿海合流排口進行截污，合流污水截至沿海道路下方現(xiàn)狀污水干管，下游泵站提升至中心區(qū)污水處理廠處理。片區(qū)現(xiàn)狀沿澳頭灣分布有4個合流排海大排口，以及一條新建在沿海道路下的DN400-1000的污水主干管。4個排口中的2個已經(jīng)被截污改造接駁到以上污水干管中，剩下龍海街一處2.2 m×2.0 m合流箱涵（1號，下同，服務面積23.71 hm2）和前進村海鮮市場一處2.7 m×1.2 m合流箱涵（2號，下同，服務面積13.31 hm），因尺寸太大未截污改造，而排口上游污水直排海洋造成整個近海水質(zhì)發(fā)臭。因此，以上排口截污迫在眉睫。

2 工程設計

2.1 水量復核

根據(jù)測量資料，1號和2號合流箱涵出水口地面標高分別為3.20 m和3.27 m，上游合流片區(qū)地勢最低點地面高程分別是2.57 m和2.50 m。為保證雨季時排口上游最低點不發(fā)生內(nèi)澇，考慮在1.6 m和1.1 m分別設置兩個排口截污控制的警戒水位。本次工程設計，片區(qū)截流倍數(shù)按規(guī)劃取2，根據(jù)1號和2號合流箱涵上游的服務面積，計算出2個合流排口的旱季污水量分別為40.31 L/s和16.08 L/s，截污管道的雨季合流截污量分別為120.93 L/s和48.24 L/s，設計截污管徑分別為500 mm（坡度2‰）和400 mm（坡度2‰）。經(jīng)復核，現(xiàn)狀1號和2號合流箱涵下游處管徑為1 000 mm的污水干管過流能力為803.89 L/s，雨季環(huán)澳頭灣的現(xiàn)狀污水干管所能收集的整個老鎮(zhèn)區(qū)4處合流排口截流總的水量為327.70 L/s，故現(xiàn)狀污水干管的過流能力滿足截污設計需要。

2.2 截流井設計

受現(xiàn)狀2個合流拍口尺寸的影響，工程設計的下開式堰門尺寸分別為4.1 m×7.1 m和4.6 m×7.1 m，沿著水流方向分別是沉泥槽室（配置浮動擋板）、截污限流閘室和下開式堰門。進水端沉泥槽主要是沉積合流水中的泥沙和一些垃圾等，并定期清掏，減小對下游液動閘門密封條的影響。限流閘門主要是雨季時限制進入截污干管的合流污水的量。為適應長期海水浸泡的不利環(huán)境，下開式堰門主體結構均采用316不銹鋼材料，減緩海水對設備的腐蝕。同時，為避免海洋藻類、貝類等生物在堰門和密封條處生長，在堰門上涂抹防污涂料。為保持堰門的密封止水效果，在1號和2號常規(guī)堰門下部分別設計一個深度為2.3 m和1.8 m堰門沉沙檢修空間，并在堰門旁設計一處0.8 m×0.8 m的人孔，定期進入用吸污車清理堰門起落時帶入密封條間隙的泥沙和固結物質(zhì)。為了解截流井的運行情況，在截流井內(nèi)設置高清攝像頭和化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）在線監(jiān)測設備，以及太陽能電池板和備用電源，以實時采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）網(wǎng)絡平臺，同時可以在手機APP上實時監(jiān)控設備內(nèi)部運行狀態(tài)，控制設備起閉。

為避免截污井對周邊道路行車的影響，整個截流井設置在海堤內(nèi)側的綠化帶內(nèi)，截流井上部高出周圍地面70 cm，截流井的電氣控制柜和液動設備均安裝在不銹鋼柜體內(nèi)，置于井體上部平臺。整個截流井外部配合沉井施工工藝，內(nèi)部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，頂部凸出地面平臺部分采用不銹鋼圍欄圍蔽整個設備外露空間，防止外人進入發(fā)生危險。

2.3 截流井自控運行

設計的智能截流井堰門在運行時，升降過程中需要控制的擋位高程為[H]。根據(jù)1#和2#排口測量資料，設定1#排口截流井堰門控制擋位為4擋，對應取值分別為-0.3 m、0.3 m、0.9 m、1.3 m，設定2#排口截流井堰門控制擋位為4擋，對應取值分別為-0.03 m、0.3 m、0.7 m、1.1 m。1#截流井的設置位置和截流井大樣圖分別如圖1、圖2所示，2#截流井的設置位置和截流井大樣圖分別如圖3、圖4所示。圖1和圖3中，H、H、H分別表示外海潮水位高程、箱涵內(nèi)部水位的高程和實際運行過程中堰門的高程。圖1、圖2、圖3和圖4中截流井的尺寸單位均為毫米，高程單位均為米。

通過不同工況參數(shù)的設置，滿足旱季和雨季設備運行要求。以下以1#截流井為例，詳述智能截流井運行過程。

①晴天時，堰門全關，截污閥門全開，截留旱季污水。

②晴天轉(zhuǎn)雨天時，外海潮位低于或者略高于多年平均高潮位0.8 m，H<1.3 m（2#為1.1 m），堰門起始處于全閉狀態(tài)，截污閥門完全打開。降雨時（當雨量計測定最近1 h降雨累計量超過2 mm時，進入降雨模式，下同），箱涵內(nèi)部水位H2逐漸上升，當截污管道流量Q≥120.93 L/s（2#為48.24 L/s）時，關閉截污閥門。當堰門內(nèi)部水位高度H≥1.6 m時，按照設置的擋位實時逐級降低堰門高度，保證堰門內(nèi)部水位始終高于外海水位，且不超過警戒水位。雨停時（當雨量計測定1 h內(nèi)降雨增量小于2 mm時，進入雨停模式，下同），保持堰門高度H=1.3 m（2#為1.1 m）。測定箱涵內(nèi)水流從堰門處溢流的水位差ΔH<0.1 m時（2#為0.05 m），全閉堰門，打開截污閥門，進入晴天模式。

③晴天轉(zhuǎn)雨天時，外海潮位處于多年平均高潮位以上，1.3 m≤H<1.6 m。2#無此工況，起始堰門處于全閉狀態(tài)，截污閥門完全打開。降雨時箱涵內(nèi)部水位H逐漸上升，當截污管道流量Q≥120.93 L/s（2#為48.24 L/s）時，關閉截污閥門。當堰門內(nèi)部水位高度H≥1.6 m時，降低堰門高度，使H=H。按照設置的擋位實時逐步降低堰門高度，保證堰門內(nèi)部水位始終高于外海水位，必要時全開堰門，保證水流向外海排放。雨停時，保持堰門高度H=H+0.2 m。測定箱涵內(nèi)水流從堰門處溢流的水位差ΔH<0.1 m時，全閉堰門，打開截污閥門，進入晴天模式。

④晴天轉(zhuǎn)雨天時，外海潮位處于多年平均高潮位以上，H≥1.6 m（2#為1.1 m），1#和2#合流管道采用H-0.3高程設置為上游最低點水位控制高程，堰門起始處于全閉狀態(tài)，截污閥門完全打開。降雨時箱涵內(nèi)部水位H逐漸上升，當截污管道流量Q≥120.93 L/s（2#為48.24 L/s）時，關閉截污閥門。按照設置的擋位實時逐步降低堰門高度，保證堰門H-0.3始終高于外海水位，直至降雨結束。雨停20 min之后，上升H至全閉狀態(tài)，打開截污閥門進入晴天模式。

3 工程實施效果

本次設計建設了2座智能截流井，不僅解決了該片區(qū)長期污水直排污染海洋的問題，也解決了因2處箱涵連通海洋海水倒灌，上游混接導致雨污水管道滿水運行的問題，有利于下游污水處理廠進水濃度的提升，為后期片區(qū)智慧水務信息化系統(tǒng)建設提供信息支撐。

4 結語

智能截流井具有集成度高、控制方便等優(yōu)點。本次將其應用于沿海老舊城區(qū)雨污分流改造中，取得了較好的改造效果，為其他類似水環(huán)境的治理項目提供了經(jīng)驗。但是，該設備的功能較多，一些設備較為精密，需要后期運維得當才能取得優(yōu)良的運行效果。

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