基于環(huán)境保護理念的城市雨污分流設(shè)計分析

崔叔陽

（安徽省城建設(shè)計研究總院股份有限公司華南分公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

某市內(nèi)部含有多條自然河及人工河流，水流由西北向東南排入河流，市內(nèi)現(xiàn)狀建有長度約600km 的主干河道，兩岸建有大量合流溝渠。根據(jù)城市污水收集率、污水廠進水濃度可知，現(xiàn)階段污水收集系統(tǒng)依舊存在雨水混流，污水處理廠高負(fù)荷、低濃度等問題，超標(biāo)污染物溢流也使得受納水體內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞，水環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，在環(huán)境友好型社會建設(shè)思想推動下，基于環(huán)境保護理念視角，開展城市落實雨污分流優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。

1 雨污分流項目必要性

1.1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

項目設(shè)計路段現(xiàn)狀存在多條污水管及雨水管，但點多面廣，地塊污水接雨水，雨水接污水等現(xiàn)象較多，使得污水管網(wǎng)混入雨水，導(dǎo)致污水處理廠運營成本高、處理效能低，溢流及問題頻發(fā)，水環(huán)境破壞問題日益嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計，城區(qū)內(nèi)已建成分流制雨污水管網(wǎng)各為60.1km、61.0km，還存在約33km 的合流收集管渠，整體建成區(qū)雨污分流率小于70%，離預(yù)期目標(biāo)存在一定差距。另外，該市已建成的2 座污水處理廠，進水濃度偏低，水量偏大。

1.2 存在的問題

（1）雨污分流與清污分流落實不徹底，依據(jù)對雨污水量多周期在線監(jiān)測，筆者對本案例北片區(qū)及南片區(qū)的雨污系統(tǒng)平均日流量、COD 日平均濃度等參數(shù)具體數(shù)值實現(xiàn)預(yù)測，詳情如表1 所示。由表1 的預(yù)測數(shù)據(jù)來看，整體的運作性能依舊還存在較為明顯的上升空間，雨污混接嚴(yán)重，雨水管道旱季存在大量污水問題需重點關(guān)注。

表1 基于現(xiàn)實需求考量下的雨污水系統(tǒng)平均日流量、COD 濃度等情況預(yù)測

（2）污水處理廠長期處于高負(fù)荷、低濃度運行狀態(tài)，運行效率無法達到預(yù)期。根據(jù)污水處理廠處理水質(zhì)水量數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的兩座污水處理廠進水濃度分別為218.08mg/L、219.21mg/L，明顯低于我國進水濃度標(biāo)準(zhǔn)值291.65mg/L。城市雨污水混流問題使得污水處理廠難以擺脫高承載、低效能運作工況。

2 工程改造設(shè)計新思路

在對舊城區(qū)雨污分流落實改造設(shè)計期間，要首先對地下管線以及建筑內(nèi)部的排水現(xiàn)狀實現(xiàn)細(xì)致物探調(diào)查，同時，還要基于具體的調(diào)查結(jié)果，完善整體的改造設(shè)計格局，并基于環(huán)境保護理念，設(shè)置專業(yè)儲存池及緊急排水管道。通過這種方式，可以合理強化城市排水能力，減少城市內(nèi)澇問題出現(xiàn)頻次，最大化利用水資源，實現(xiàn)環(huán)境友好型設(shè)計建設(shè)目標(biāo)[1]。

3 改造方案

考慮到本案例雨污分流地點多位于老城區(qū)，且整體的基礎(chǔ)配套設(shè)施完建時間較早，地下管線十分復(fù)雜，地下可用空間基本已被完全使用，故而在城市雨污分流設(shè)計期間，需嚴(yán)格基于環(huán)境可持續(xù)保護視角，充分考慮項目實施期間可能對自然、社會環(huán)境造成的影響，統(tǒng)籌分析，選取最適宜雨污分流設(shè)計及城市改造設(shè)計協(xié)同發(fā)展策略，以綜合效能的有效發(fā)揮，避免重復(fù)開挖作業(yè)出現(xiàn)，有效節(jié)約成本，提升城市雨污分流設(shè)計質(zhì)量和效果[2]。

本案例北區(qū)，雖然大體已經(jīng)完成雨污分流建造系統(tǒng)，但內(nèi)部依舊存有錯接等問題，且很多混接節(jié)點都處于主干系統(tǒng)內(nèi)部，整體的改造難度相對較高；南區(qū)問題則集中表現(xiàn)在合流系統(tǒng)、合流溝渠占比高，管渠檢查井破損，滲漏現(xiàn)象的嚴(yán)重，也使得整體的設(shè)計落實難度進一步提升。下面筆者將結(jié)合案例城市片區(qū)具體排查報告，以高效解決區(qū)域內(nèi)多個排水分區(qū)問題為目標(biāo)，詳細(xì)闡述如何基于環(huán)境保護理念視角，優(yōu)化完善整體的城市雨污分流設(shè)計格局。

3.1 市政道路合流系統(tǒng)改造方案

在具體踐行合流系統(tǒng)改造期間，考慮到合流系統(tǒng)分流改造會受諸多因素的影響，為此不能僅將關(guān)注重點放在新建多品類污水管道及雨水管道上，還要充分基于現(xiàn)實發(fā)展特征，以系統(tǒng)評估數(shù)據(jù)為依據(jù)，以管渠破損狀況為考慮前提，以城市更新道路發(fā)展需要為準(zhǔn)則，制定因地制宜的設(shè)計方案[3]。

首先對重現(xiàn)期是否滿足3 年的管網(wǎng)進行評估，如若滿足，則保留原有合流管道當(dāng)做雨污分流后主雨水管道，并適當(dāng)新建污水管；如若不滿足，則要依據(jù)對現(xiàn)實狀況需要，判斷是保留部分合流管道，將其當(dāng)作分流污水管道，還是完全廢除河流管道，并新建兩套分流的雨污管道。其次還要對管線、檢查井修復(fù)占比是否超過一半開展評判，如破損占比小于50%，則保留原有合流管道，并適當(dāng)新建分流至污水管道、雨水管道，如若大于50%，則要考慮廢除合流管道，并新建分流制雨污水管道。最后還要對道路提升改造之后管道覆土是否超過0.7m 開展評判。如若超過，則保留合流管道，并適當(dāng)新建分流至污水管道及雨水管道。如若不超，則考慮廢除合流管道，全部新建分流制雨污水管道，合流系統(tǒng)分流針對性改造方案如圖1 所示。

圖1 合流系統(tǒng)分流針對性改造方案

3.2 管位與雨污水收集系統(tǒng)形式選擇

不同格局的城市道路，對于管網(wǎng)及雨污水收集系統(tǒng)有著不同的需求。對于城市主干路及支路而言，因道路四周建筑緊挨道路紅線，且地下管道會集中位于人行道下方，故而新建排水管道，可適當(dāng)選取布設(shè)在非機動車道下部，嚴(yán)格確保管道與路緣石相差距離大于1.5m；對于巷道這一格局體系，因其四周建筑物都緊鄰巷道，且周邊多以老舊小區(qū)為主，地下空間已基本被完全使用。為此，針對此等格局，落實雨污分流改造期間可重點采用如下兩種方式展開：①若可開發(fā)空間大于1m，要對現(xiàn)狀排水管道實施城市內(nèi)澇風(fēng)險評估。如若發(fā)現(xiàn)評估效果較佳，則保留使用，并將保留部分當(dāng)做分流制雨污水收集系統(tǒng)。如若不滿足保留條件，要考慮廢除全部新建雨污水管道。②若可開發(fā)空間明顯小于1m，要盡最大可能將現(xiàn)存排水管道設(shè)施全部保留，并借助定位修復(fù)、局部改造等行為，將其當(dāng)作分流式污水收集系統(tǒng)[4]。

同時還要具有統(tǒng)籌意識，完善整體的雨污分流系統(tǒng)設(shè)計格局，以本案例為例，本案例基于案例市的暴雨強度，優(yōu)化雨水系統(tǒng)設(shè)計布局，以盡可能避免城市內(nèi)澇等問題出現(xiàn)。本案例對應(yīng)城市暴雨強度公式如下。

式中：Q——降水現(xiàn)實強度，L/（s·hm2)；P——重現(xiàn)期，a，通常情況下，重現(xiàn)期采用3～5 年；t——降雨歷時。

基于對實際需要的分析，本案例設(shè)計了降雨預(yù)警結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格以城市常規(guī)流量為依據(jù)，對降雨量實現(xiàn)了預(yù)警，雨水優(yōu)化利用系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 雨水優(yōu)化利用系統(tǒng)

系統(tǒng)主要包括沉淀池、儲水池、預(yù)警池，為完善整體的設(shè)計格局，沉淀池上方要設(shè)置一定規(guī)格的進水管道及出水管道，以保障雨水順利進入沉淀池之后，能夠快速在底層匯集，順利實現(xiàn)雨水沉淀；經(jīng)由沉淀后，雨水會持續(xù)累積，并沿著上方輸送管道，向儲水池排放。在此時，存在雜質(zhì)的雨水會沉積在沉淀池底層。為保障工作有序推進，蓄水池上方也要設(shè)置一定規(guī)格的雨水進出水管道，進口處與沉淀池相連接，而出口處則與預(yù)警池相連接，待儲水池內(nèi)部已順利盛滿干凈雨水之后，即排向預(yù)警池，通過預(yù)警池的水位、流量達到雨量預(yù)警功效。在此種設(shè)計格局作用下，短歷時降雨將得到有效緩沖，可緩解城市內(nèi)澇，實效性顯著。

3.3 特殊節(jié)點附屬設(shè)施選擇

雨污分流進行期間，常會受上游、下游控制點的制約，使得污水管道標(biāo)高出現(xiàn)沖突問題，鑒于此情況，可采用交匯井手段，針對性處理交匯方式，可嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)高沖突是否可調(diào)整作為參考，決定是否新建豎向交匯井，以本案例為例，考慮到案例在具體進行期間標(biāo)高沖突，無法實現(xiàn)針對調(diào)整，故新建多個豎向交匯井。同時，為方便后期維修，還將橫穿管道緊靠在檢查井一側(cè)。后期經(jīng)投入使用后發(fā)現(xiàn)此等設(shè)計格局實用性較強，維修起來十分便利，有著可觀的經(jīng)濟價值。

再以多種類雨水排放管道設(shè)計為例，本案例基于實際需要，設(shè)計了3 種種類不同的雨水排放管道。多元雨水排放管道如圖3 所示。

圖3 多元雨水排放管道

其中，A 管道負(fù)責(zé)向污水管道排放合流管中的污水，B 管道負(fù)責(zé)雨水收集利用，C 管道則負(fù)責(zé)雨水排放進河流。未發(fā)生降雨時，B 管道處于關(guān)閉狀態(tài)，污水會通過A 管道排入污水系統(tǒng)，最終排入污水廠處理；一旦出現(xiàn)持續(xù)降雨，則關(guān)閉A 管道，開啟B 管道，使雨水能夠經(jīng)過B 管道排入雨水利用系統(tǒng)；需注意，如若出現(xiàn)暴雨等較極端天氣，發(fā)現(xiàn)僅將B 管道開啟，難以滿足城市排澇需要，則要將C 管道及B 管道同時開啟保障多余雨水能夠順利沿著管道實現(xiàn)有序排放[5]。

3.4 庭院出戶管接駁

庭院出戶管接駁這一工序也屬于雨污分流落實的重要一環(huán)。在對庭院落實針對性接駁期間，作業(yè)人員需嚴(yán)格基于庭院分流實況，實現(xiàn)細(xì)致化分類改造。

針對已順利完成雨污分流的庭院，要充分分析其雨污分流竣工數(shù)據(jù)，保障出戶管與道路順利落實完相應(yīng)的分流作業(yè)之后，再對接外圍雨污水管網(wǎng)，庭院出戶管一類的接駁落實如圖4 所示；針對已分片區(qū)建設(shè)完畢具體雨污水系統(tǒng)，但系統(tǒng)仍存在錯混接問題的庭院，要充分結(jié)合庭院錯混接節(jié)點設(shè)計思路，保證所有改造作業(yè)順利完成后，再封堵截流井內(nèi)污水截流管；針對那些未實現(xiàn)分流的庭院，相關(guān)作業(yè)人員需有提前意識，預(yù)先在排水系統(tǒng)末端，布設(shè)規(guī)格與國家標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一的雨水檢查井位置。隨后即可基于雨污分流設(shè)計發(fā)展需求，快速將庭院雨水系統(tǒng)與提前預(yù)留的對應(yīng)雨水井實現(xiàn)直接接駁操作。

圖4 庭院出戶管一類的接駁落實

4 結(jié)語

綜上所述，城區(qū)雨污分流改造是一項系統(tǒng)性工作，而本文基于環(huán)境保護視角對案例城市雨污分流工程加以研究，并以合流系統(tǒng)優(yōu)化改造方案落實、管位與雨污水收集系統(tǒng)格局模式設(shè)計、特殊節(jié)點附屬設(shè)施設(shè)計、庭院出戶管接駁針對性設(shè)計為切入點，制定的城市雨污分流設(shè)計格局，在環(huán)境友好型社會建設(shè)實施背景之下，能夠較好地滿足水資源持續(xù)利用需要，對城市可持續(xù)發(fā)展具有一定的參考意義。