初雨截留系統(tǒng)在河道水環(huán)境綜合整治工程中的應(yīng)用分析
——以深圳某河道水環(huán)境綜合整治工程為例

雷聲楊,丁時(shí)偉,胡東起

(中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518107)

水環(huán)境污染是當(dāng)前城市面臨的一個(gè)十分突出的環(huán)境問(wèn)題，不僅受到城市居民的普遍關(guān)注，還是衡量城市可持續(xù)發(fā)展和宜居程度的重要指標(biāo)[1]。隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)張，城市環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量和規(guī)模無(wú)法滿足城市快速發(fā)展的需求，導(dǎo)致城市污水排放量不斷增大，河流水體污染嚴(yán)重，出現(xiàn)季節(jié)性或終年黑臭的狀況[2-3]。近年來(lái)，國(guó)家提出了一系列關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)的新理念、新思想、新戰(zhàn)略，生態(tài)文明建設(shè)關(guān)系到一個(gè)城市可持續(xù)發(fā)展的根本。深圳作為先行示范區(qū)，在全國(guó)范圍內(nèi)率先吹響了水環(huán)境治理的號(hào)角，要求2017年底前基本消除黑臭水體，2020年底前完成黑臭水體治理目標(biāo)，河道水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅴ類，基本消除劣Ⅴ類水體[4]。

1 工程概況

某河道位于深圳市光明區(qū)公明核心片區(qū)范圍，為茅洲河中游一級(jí)支流，渠道起自后底坑水庫(kù)，主河道沿松白路一側(cè)布置，至公明北環(huán)大道處匯入茅洲河干流，流域面積為15.32 km2，全長(zhǎng)為6.24 km， 河道比降約2.3‰。該河道沿岸排水口較多，主要收集片區(qū)生活污水及雨水，匯入干流河道。該河道水體黑臭，淤泥上浮，下游垃圾淤積嚴(yán)重，入河排污口共計(jì)70個(gè)。沿岸垃圾、黑臭水、淤泥等散發(fā)出刺鼻氣味，嚴(yán)重影響附近居民生活。

該河道要求防洪建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 年一遇，通過(guò)沿河道兩岸污水管網(wǎng)完善工程及初雨截流工程，使旱季污水的收集率達(dá) 100%；消除點(diǎn)源污染，控制面源污染，消除黑臭，從而進(jìn)一步改善渠道水質(zhì)，在再生水補(bǔ)水(補(bǔ)水水質(zhì)為 Ⅳ類水)條件下河道水質(zhì)達(dá)到Ⅴ類水。

本工程結(jié)合河道改造對(duì)沿河市政污水管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充完善，對(duì)河道沿線漏排污水排口、雨污混流口進(jìn)行截排，分段接入現(xiàn)狀已建污水干管，截排入河污水，減少河道污染負(fù)荷，使河水水質(zhì)得到改善，從而改善河道周邊環(huán)境。同時(shí)根據(jù)《深圳市2019年全面消除黑臭工作指引》[5]，沿河道兩岸新建初雨截流系統(tǒng)，控制初期雨水帶來(lái)的面源污染。主要包括對(duì)河道進(jìn)行清淤、護(hù)岸修復(fù)重建、排口接駁和初雨截流系統(tǒng)建設(shè)、景觀提升等內(nèi)容。

2 初雨概念

雨水是自然界水循環(huán)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)調(diào)節(jié)、補(bǔ)充地區(qū)水資源和改善及保護(hù)生態(tài)環(huán)境起著極為關(guān)鍵的作用[6]。城市化快速發(fā)展導(dǎo)致地面的滲透能力急劇下降，地面污染物堆積，經(jīng)過(guò)雨水沖刷后帶走了大量的污染物。因此，初期雨水中所含有污染物較高、對(duì)河道水質(zhì)沖擊負(fù)荷較大，通常含有難以溶解的懸浮污染物、溶解或膠體狀的污染物，易對(duì)河道水質(zhì)造成較大影響。

初雨就是降雨初期時(shí)的雨水，一般指地面10～15 mm厚已形成地表徑流的降水，由于降雨初期，雨水沖刷屋面、路面等使得雨水中含有大量污染物質(zhì)，前期雨水的污染程度較高，甚至超出了普通城市污水的污染程度[7-8]。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)者對(duì)初雨相應(yīng)量化的界定方式見(jiàn)表1所示。

表1 不同規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)者對(duì)初期雨水的界定

3 初雨截留系統(tǒng)的布置及應(yīng)用形式

該河道沿線排口較多，多為混流排口，漏排污水得不到有效控制。另外初雨入河加劇了面源污染，河道水質(zhì)難以達(dá)到“不黑不臭”。根據(jù)《深圳市2019年全面消除黑臭水體工作指引》，沿河全段兩側(cè)新建初期雨水截流管，控制初雨面源污染，初雨截流管沿該河道經(jīng)北環(huán)大道南側(cè)埋管接入上下村調(diào)蓄池，在調(diào)蓄池經(jīng)過(guò)處理后排放入茅洲河。

初雨截留系統(tǒng)主要由河道兩側(cè)的初雨截留管、截留井及限流管構(gòu)成，初期雨水通過(guò)截流井中限流管流入初雨截留管收集后排入初雨調(diào)蓄池，待雨量較大時(shí)通過(guò)截流井溢流流入河道。該河道流域范圍經(jīng)過(guò)配套的雨污分流工程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了徹底的雨污分流，上游的污水已基本剝離，雨季雨水通過(guò)市政雨水系統(tǒng)匯集后排入河道。在該河道上游后底坑水庫(kù)起始至與南光高速交叉處河段，沿河道兩側(cè)布置兩條初雨截留管，因該河道在南光高速交叉處至下游河口左岸約1 km的范圍無(wú)排口，故將該處左岸初雨管跨河接入右岸初雨管，初雨截留系統(tǒng)接入了該河道所有的雨水排口，在每個(gè)雨水排口處設(shè)置初雨截流井。依據(jù)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50014—2006(2016版)取7 mm對(duì)初期雨水進(jìn)行截留，截留倍數(shù)n0取2～5，經(jīng)過(guò)初雨截留系統(tǒng)匯集后最終流入上下村調(diào)蓄池，經(jīng)過(guò)處理后排入茅洲河。該河道初雨截留系統(tǒng)平面布置示意如圖1所示。

圖1 該河道初雨截留管斷面示意

該河道匯水面積為7.76 km2，經(jīng)SWMM模型(暴雨洪水管理模型)計(jì)算，本工程初雨設(shè)計(jì)總流量為21 141.70 m3，峰值流量為4.71 m3/s，在河道邊坡坡腳兩側(cè)布置 DN600-DN1500的混凝土管，采用混凝土包封，初雨截留管墊層澆筑10 cm厚C25素混凝土，包封選用C25混凝土，每間隔1 m布置一道箍筋進(jìn)行定位。河道初雨管典型斷面示意見(jiàn)圖2。

圖2 該河道初雨截留管典型斷面示意

4 初雨截留系統(tǒng)對(duì)河道水質(zhì)提升效果分析

該河道為光明區(qū)公明核心片區(qū)內(nèi)的排洪渠，上游無(wú)水源流入，因茅洲河常水位高于該河道下游河口高程約1.5 m，在入茅洲河河口處有一道橡膠壩閘門(mén)長(zhǎng)期處于關(guān)閉狀態(tài)，待下雨水位高過(guò)茅洲河常水位 2.5 m 時(shí)才會(huì)啟動(dòng)閘門(mén)進(jìn)行排洪。故該河道長(zhǎng)期處于封閉狀態(tài)，無(wú)其他水體交換，在綜合整治之前，全線黑臭，沿線70%的排口為雨污合流排口，周邊污水錯(cuò)接亂排，直接排入河道造成河道污染嚴(yán)重，是光明區(qū)典型的“黑臭”河道。

為了保障河道水質(zhì)達(dá)標(biāo)，在本工程實(shí)施的同時(shí)，同步對(duì)片區(qū)范圍內(nèi)的工業(yè)廠區(qū)及居民小區(qū)實(shí)施雨污分流、生態(tài)補(bǔ)水等相關(guān)工程，在其他工程實(shí)施完畢后，在雨后對(duì)實(shí)施初雨截留系統(tǒng)前后的各個(gè)河段取水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，因雨后河道透明度普遍較差，沒(méi)有參考意義，故本次樣品主要檢測(cè)了氨氮、溶解氧以及氧化還原電位3個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，驗(yàn)證初雨截留系統(tǒng)對(duì)河道水質(zhì)的提升效果。初雨截留系統(tǒng)實(shí)施前后水質(zhì)對(duì)比分析見(jiàn)表2。

表2 初雨截留系統(tǒng)實(shí)施前后水質(zhì)對(duì)比分析

從表2中可以看出，在初雨截留系統(tǒng)實(shí)施前，上游河道水質(zhì)相對(duì)較好，從上游到下游隨著雨水將地面的污染物沖刷入河后水質(zhì)逐漸變差；而初雨截留系統(tǒng)實(shí)施之后，其中河道上下游的氨氮含量對(duì)比實(shí)施之前有明顯下降，溶解氧和氧化還原電位均有不同程度效果的提升，并且從河道上游至下游效果逐步提升。另外，從表中可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施初雨截留系統(tǒng)之前，河道下游的水質(zhì)在雨后已呈現(xiàn)輕度黑臭狀態(tài)，實(shí)施初雨截留系統(tǒng)后，能夠較好的保證河道水質(zhì)在雨后不黑不臭。由此可見(jiàn)，初雨截留系統(tǒng)能夠較好地抵抗雨季地面污染負(fù)荷對(duì)于河道的沖擊，對(duì)河道水質(zhì)的提升起到了非常重要的作用。

5 初雨截留系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性分析

本工程主要包括截污、河道治理、管線改簽、景觀綠化以及初雨截留工程，初雨截留工程主要沿著該河道兩側(cè)新建10.93 km的初雨截留管。建筑安裝工程費(fèi)用總計(jì)25 497.77 萬(wàn)元，初雨截留工程總計(jì)6 664.85萬(wàn)元，占工程總價(jià)的26.14%。由第4節(jié)可知，初雨截留系統(tǒng)對(duì)于雨后河道水質(zhì)的提升有著顯著的效果，對(duì)河道氨氮的去除率約在29.27%。本工程通過(guò)較小的工程代價(jià)實(shí)施初雨截留系統(tǒng)，對(duì)保障河道雨后水質(zhì)起到了較好的作用，有效的防止河道雨季出現(xiàn)“返黑返臭”的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)河道的長(zhǎng)治久清。

該河道位于城區(qū)中心地帶，綜合整治河段長(zhǎng)度6.24 km，在綜合治理完成后，改善了河道流域的水環(huán)境， 使河道成為一條具有安全、生態(tài)、景觀的生態(tài)河道，實(shí)現(xiàn)了“水清岸綠、魚(yú)翔淺底”的場(chǎng)景，極大的提高了河道流域人居環(huán)境，并消除現(xiàn)有黑臭水體對(duì)沿岸居民身體健康造成的不良影響，兩岸的土地價(jià)值也會(huì)隨之上升，社會(huì)、生態(tài)、環(huán)境、健康效益巨大。故從經(jīng)濟(jì)性及河道水質(zhì)提升的角度出發(fā)，在河道水環(huán)境綜合整治工程中建設(shè)初雨截留系統(tǒng)是必要的。

因此，對(duì)于河道水質(zhì)要求較高的部分地區(qū)，可以采用三水分離(雨水、污水、初期雨水徹底分離)的建設(shè)思路，實(shí)施初雨截留系統(tǒng)，同時(shí)相關(guān)的配套工程如初雨調(diào)蓄池、雨污分流、生態(tài)補(bǔ)水等工程的建設(shè)應(yīng)及時(shí)規(guī)劃，同步實(shí)施，以保障河道水質(zhì)，提升社會(huì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

1) 經(jīng)過(guò)本工程初雨截留系統(tǒng)的運(yùn)行分析，初雨截留系統(tǒng)可以較好的控制雨季河道水質(zhì)，對(duì)于河道氨氮、溶解氧及氧化還原電位等指標(biāo)有著較大提升，能夠較好的保障河道水質(zhì)。

2) 對(duì)于河道水質(zhì)要求較高的部分地區(qū)，可以采用“三水分離”的建設(shè)思路，實(shí)施初雨截留系統(tǒng)，同時(shí)相關(guān)的配套工程應(yīng)同步規(guī)劃實(shí)施，以保障河道水質(zhì)，提升社會(huì)效益。

3) 本工程成功采用初雨截留系統(tǒng)來(lái)提升河道水質(zhì)，并運(yùn)行良好，驗(yàn)證了初雨截留系統(tǒng)對(duì)河道水質(zhì)提升的良好效果，可為河道水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目提供技術(shù)性參考。