簡陽市舊城區(qū)沱江水環(huán)境治理與合流制截污箱涵設(shè)計的思考

韋柳延

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司， 成都 610081）

1 項目背景

2017年8至9月，中央第五環(huán)境保護督察組對四川省開展了環(huán)境保護督察工作，并于2017年12月22日向四川省反饋了督察意見。簡陽沱江段、絳溪河段均在整改方案要求范圍。2018年四川省出臺《沱江流域水污染防治規(guī)劃(2017—2020年)》，明確到2020年，沱江流域納入國家和省考核的監(jiān)測斷面水質(zhì)優(yōu)良率(Ⅰ-Ⅲ類)達65%以上，全流域劣V類水體基本消除。為保護沱江水環(huán)境，促進城市的社會經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，治理地方水環(huán)境污染，控制舊城區(qū)合流制管網(wǎng)溢流污染，沱江截污箱涵的建設(shè)迫在眉睫。

2 國內(nèi)外截污箱涵建設(shè)情況

我國深圳、廣州、英國倫敦等建成時間較長的城區(qū)，早期多采用合流制排水體制。隨著城市發(fā)展，為減少合流水對城市水體的污染，許多老舊城區(qū)大力開展雨污分流制改造。由于舊城區(qū)建筑林立，導(dǎo)致城市內(nèi)部徹底的雨污分流改造工作進展困難。這些地區(qū)沿河修建了截污管涵，很大程度上緩解了溢流污染。深圳市觀瀾河干流截污箱涵，開建于2008年，2009年完工，總長度22千米，箱涵尺寸2.5m×2.0m～5.0m×4.0m，建設(shè)3處分散調(diào)蓄池，總調(diào)蓄容積48萬m3，觀瀾河截污箱涵建成后，極大改善了觀瀾河長期以來的黑臭狀況。我國廣州市老城區(qū)大部分采用合流制排水系統(tǒng)，雨季合流水溢流頻繁。2013年，廣州市在地下修建8條深層截污隧道，總長86.4千米。該隧道主要解決老城區(qū)內(nèi)澇和合流溢流污染問題，并相應(yīng)提高了截流倍數(shù)，大幅度減少排入珠江的污染物。英國倫敦為改善泰晤士河道水質(zhì)，倫敦市2007年啟動建設(shè)泰晤士河深層隧道對合流水進行收集截流。

3 舊城區(qū)排水現(xiàn)狀

簡陽舊城區(qū)目前排水體制為雨、污合流制。舊城區(qū)市政道路下方已建設(shè)雨、污合流管道（方溝），縱橫交錯，管道規(guī)格為d300～d1000，溝渠規(guī)格為400×400，600×300，700×800等。沱江右岸的截污干管管徑為d800、d1000、d1500；絳溪河右岸截污干管管徑為d800；絳溪左岸的為d600～d800。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況及實測地形圖，沱江右岸現(xiàn)狀合流排出口：16處；現(xiàn)狀雨水排出口（目前無水）：2處（均位于簡州大橋以北段）；沱江現(xiàn)狀截流溢流口：14處。

簡陽舊城區(qū)沱江截污干管主要存在以下問題：（1）截污干管全線處于滿水運行；（2）截留溢流井全線普遍存在向河水中溢流的情況；（3）污水檢查井普遍存在淤塞；（4）沿線較多水下溢流口；（5）經(jīng)維修后的管道存在維修修補處出現(xiàn)較大漏點；（6）變形縫普遍存在漏水情況；（7）沿線大型截留溢流井堰口較低；（8）正在修建地下車庫項目將截污干管破壞；（9）截流井與箱涵不恰當交接處理。

4 合流制截污箱涵規(guī)模設(shè)計

4.1 總體思路

舊城區(qū)人口密集，建筑林立，交通流量大，短期內(nèi)無法實現(xiàn)完全雨污分流。項目在充分結(jié)合現(xiàn)狀的情況下，新建沱江右岸截污箱涵，在分流改造完成前收集合流水；分流改造完成后多余的調(diào)蓄空間用以截流舊城區(qū)初期雨水，進而對合流制水體下河的污染物總量進行削減。

4.2 設(shè)計流量

截污箱涵除了考慮收納旱季污水量，還考慮接納服務(wù)范圍內(nèi)的初期雨水量。其中，旱季污水設(shè)計規(guī)模可根據(jù)面積比流量來確定；初期雨水降雨量按4mm計算。經(jīng)計算，旱季污水量為738.2L/s，需要調(diào)蓄的初期雨水為16520.4m3。由于接納初期雨水量，截污箱涵的尺寸適當放大，滿足初雨調(diào)蓄量，具體計算尺寸如下表：

表4 .1 箱涵設(shè)計尺寸

4.3 截流倍數(shù)校核

上游段截污圓管涵實際輸水能力為2949.51L/s，下游段截污箱涵實際輸水能力7292.72L/s。根據(jù) Qj=（n0+1）Qdr，上游段截污箱涵截流倍數(shù)為：；下游段截污箱涵的截留倍數(shù)為：

通過計算，設(shè)計截污箱涵的截流倍數(shù)高于國家相關(guān)規(guī)范取值2～5，可大幅度降低合流溢流水量對沱江的污染。

5 箱涵斷面形式選擇

箱涵一般采用矩形或方形斷面，項目沱江下游段箱涵尺寸為2.5m×2.5m。考慮到旱流污水量較少，流速小，容易出現(xiàn)淤積現(xiàn)象，項目擬對箱涵斷面進行優(yōu)化。將2.5m×2.5m箱涵分為上部連通的兩格，隔墻采用現(xiàn)澆混凝土，其中臨堤防側(cè)作為旱季污水艙，內(nèi)部設(shè)置流槽，改善旱季時的水力條件；雨季水量大時，則通過隔墻進入臨河側(cè)的雨水艙。經(jīng)過優(yōu)化，旱流污水在污水艙內(nèi)通過流速為v=0.88m/s，設(shè)計水深h=0.73m，大于優(yōu)化前流速0.54m/s。

圖3 截污箱涵斷面形式

6 溢流方式的優(yōu)化

目前簡陽舊城區(qū)采用在截污干管設(shè)置截流溢流井的形式， 每隔一定距離設(shè)置一處，旱季污水通過截污干管送至城南污水處理廠，雨季超量合流水則直接溢出沱江。由于溢流井直接設(shè)置于臨河干管，河水挾帶的泥沙可進入截留井，造成截污干管泥沙沉積，最終排水不暢，出現(xiàn)堵塞淤積現(xiàn)象。

為了減少洪水期泥沙進入截污箱涵，項目結(jié)合預(yù)埋雨水管，將溢流途徑改為由新建雨水管溢流的方式，雨季箱涵內(nèi)超過截流量的合流水通過溢流連通管進入雨水管后排除。該方式可最大限度的減少洪水期合流泥沙進入箱涵。

7 截污箱涵的源頭攔截

本項目截污箱涵除收集旱流污水，很大一部分用于收集初期雨水。盡管新建箱涵過流斷面較大，由于其本質(zhì)上仍為合流制管涵，超過其容納范圍的雨水依然會溢流進入沱江。因此為進一步減少溢流水對沱江的污染，項目中對同步改造的市政道路雨水口增設(shè)濾桶。通過濾桶的攔截，有效去除雨水徑流中的漂浮物、固體垃圾、油和油脂等污染物，減少雨水排水口出流的污染量。同時，雨水口內(nèi)設(shè)防臭管，其管口朝下淹沒在水中，油脂和浮渣等被攔截在井體內(nèi)部，防止合流管道中的異味逸出。

8 初期雨水典型污染物削減量

通過上述技術(shù)措施，本項目對簡陽舊城區(qū)降雨的徑流污染物截流做以下粗略計算。項目中截污箱涵接納的初期雨水總調(diào)蓄量為16926m3，而城南污水處理廠約有1.4萬m3/d的富余量，因此本項目收集的初期雨水約有82.7%進入城南污水處理廠進行處理。

根據(jù)《簡陽市水資源綜合規(guī)劃》，可得到簡陽市1971-2016年多年平均降雨量數(shù)據(jù)，通過計算可得出舊城區(qū)降雨量及初期雨水調(diào)蓄水量。計算結(jié)果見表7.1。

表7 .1 簡陽市多年平均降雨量（1971-2016）及初期雨水調(diào)蓄水量

由上表可知，本次設(shè)計截污箱涵調(diào)蓄并處理的雨量為每年247.2萬m3，由于缺少當?shù)爻跗谟晁廴疚餄舛认嚓P(guān)資料，故本次設(shè)計初期雨水污染物濃度參照現(xiàn)狀城南污水處理廠進水濃度，初期雨水處理后濃度按一級A排放標準。初期雨水徑流污染削減計算見表7.2。

表7 .2 初期雨水處理對徑流污染削減成果

根據(jù)計算可知，通過本次設(shè)計截污箱涵對初期雨水進行調(diào)蓄并輸送至污水廠進行處理后，徑流污染物中COD削減量為741.6噸/年，削減率為70.84%；BOD5削減量為346.08噸/年，削減率為77.14%；SS削減量為61.8噸/年，削減率為59.03%；總磷削減量為615.53噸/年，削減率為82.31%；總氮削減量為49.44噸/年，削減率為47.23%；氨氮削減量為98.88噸/年，削減率為73.46%。

綜上所述，本項目設(shè)計的截污箱涵不僅能解決舊城區(qū)污水排放問題，還能對雨水徑流所產(chǎn)生的面源污染起到較好的去除效果，為沱江流域構(gòu)建良好的水生態(tài)系統(tǒng)提供了堅實的基礎(chǔ)。

9 結(jié)語

本研究通過對簡陽市舊城區(qū)實際情況的分析，優(yōu)化設(shè)計了符合當?shù)貙嶋H情況的截污管涵，同時采取源頭攔截以及末端截流的措施進一步有效地解決簡陽舊城區(qū)雨污水排放問題，基本杜絕河道水體滲入截污干管以及污水滲出河道的現(xiàn)象，大大改善了沱江水體（簡陽段）質(zhì)量，為簡陽人民創(chuàng)造了美好的人居環(huán)境。

雖然本項目截流式合流制箱涵減少了排入沱江的污染物，但仍然存在不足之處：中、小雨時雨水被截流至截污箱涵，流向城南污水處理廠，增加污水處理量；大到暴雨時箱涵中的水量猛增，污水和初期雨水會一并溢流至雨水管，排入沱江，對水體造成一定的污染。因此建議相關(guān)部門加大資金投入和配套制度建設(shè)，盡快完成舊城區(qū)雨污分流改造，保證從源頭上污水不進雨水管，外水不入污水管；同時加強對管道的養(yǎng)護，定期清運管道內(nèi)部的沉積物，減少雨水排出口的出流污染物，早日實現(xiàn)“清水綠岸，魚翔淺底”的美好局面！