老城區(qū)合流排水改造設(shè)計分析

李寶玉

（山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西太原 030001）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和城市建設(shè)的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的追求也隨之提高。城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的是周邊基礎(chǔ)設(shè)施提升、社會資源豐富便捷以及居住環(huán)境的顯著改善。早期的城市建設(shè)，缺乏科學(xué)的設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃不合理，尤其是城市排水系統(tǒng)為合流排水，使大量未經(jīng)任何處理的污水隨著雨水直接排入河流，嚴(yán)重污染城市水體。老城區(qū)的城市排水管道提升改造受到建筑密集、老舊失修等原因影響而嚴(yán)重滯后，因此對老城區(qū)的排水設(shè)施進(jìn)行改造極為重要[1-2]。

1 北方城市對合流管道的改造策略

1.1 改造方法

北方城市由于雨季比較迅猛集中，同時地形寬闊、地勢平坦、排水管道較少、河床較高等特點，雨季來臨時城市排水不暢。將建筑密集的老城區(qū)現(xiàn)有的排水系統(tǒng)改造成分流排水系統(tǒng)，難度大、成本高，比較難以實現(xiàn)。

城市排水管網(wǎng)改造時要充分考慮城市發(fā)展速度，對于不加以改造的部分排水管道要定期清淤，并把現(xiàn)有的合流管道改成截流式合流管道。在河道兩岸增加管道截流污水，并在截流管道的主干管處增設(shè)溢流井，攔截污水并回收至污水處理廠。這樣原有的排水管道不需要較大改動，便可以起到過濾污水的作用，特別是能過濾下雨初期雨水中的漂浮物，極大地保護(hù)了城市水體不被污染。

1.2 對現(xiàn)有排水管道的利用

對現(xiàn)有合流管道常見的利用方式主要有污水管道和雨水管道，結(jié)合北方城市的特點，本文通過以下幾個方面對這兩種方式進(jìn)行比較：

1.2.1 對現(xiàn)有排水管道的利用

（1）保留原有合流管道的排水系統(tǒng)，最大限度利用現(xiàn)有的排水設(shè)施。鑒于原排水管網(wǎng)系統(tǒng)較健全，排水能力是按照雨水要求設(shè)計，能夠滿足排水需求，并且各雨水收水口和排水口都可保留，僅拓寬部分管徑較小的管道即可。

（2）將原排水管道改為污水管道，由于現(xiàn)狀排水為合流制管道，對于污水來說管徑過大（D800 以上），造成的問題就是流速較慢，污泥易堆積，長時間后造成管道堵塞。

1.2.2 新敷設(shè)管道

（1）新敷設(shè)污水管道。由于現(xiàn)有的合流管道較淺，而污水管道管徑相對雨水管道較小，掩埋較深的特點，新敷設(shè)的污水管道位于原排水管道下方，避免了原排水管道交叉沖突。

（2）新敷設(shè)雨水管道。現(xiàn)狀排水管道埋深較淺，雨水管徑較大，新敷設(shè)的雨水管道位于原管道上方以不太現(xiàn)實，因此規(guī)劃雨水管道埋深只能低于原管道，又因為地勢較為平坦，隨著管道的延長，埋深也迅速增大，勢必會為施工增加難度，并且排入河道時還需增設(shè)泵站。

2 工程概況

北方某城市，冬冷夏熱、氣候干燥，每年12 月—次年1 月全年溫度最低，6—8 月全年溫度最高。老城區(qū)的工業(yè)醫(yī)療、居民生活、建筑應(yīng)用等活動會產(chǎn)生不同類型的污水，且有不同的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前流入該市污水處理廠的污水濃度偏低，可以預(yù)知主河流及支流截污管網(wǎng)效果不佳，使大部分城區(qū)污水未經(jīng)處理直接流入河道內(nèi)，嚴(yán)重污染城市水體。

3 老城區(qū)排水現(xiàn)狀

3.1 水污染

該市的水系屬于黃河水系，水環(huán)境容量小、流量低、流速慢，城市污水的排入嚴(yán)重污染了城市水體，導(dǎo)致城區(qū)內(nèi)水質(zhì)差，枯水期更嚴(yán)重，嚴(yán)重影響居民正常生活。污水處理廠的處理能力不能完全滿足城市的污水排放需求，特別是老城區(qū)的城市合流管網(wǎng)設(shè)計不合理，使污水入廠水質(zhì)較差，因此改造壓力巨大。如何對現(xiàn)有的排水管網(wǎng)進(jìn)行升級改造，有效發(fā)揮排水管網(wǎng)排污分污功能，使城市污水得到有效處理，是當(dāng)前工程技術(shù)人員面臨的課題。

3.2 現(xiàn)狀排水管溝系統(tǒng)

該城市北城區(qū)為老城區(qū)，城區(qū)的排水系統(tǒng)，由北向南逐漸完善，一分支河流貫穿老城區(qū)，該支流承擔(dān)著老城的防洪排澇功能，沿岸兩側(cè)街道較窄，該區(qū)段成為城市內(nèi)澇較為嚴(yán)重的的支流，沿線生活污水均流入其中，周邊居民對此反應(yīng)強(qiáng)烈。

4 排水系統(tǒng)改造策略

4.1 確立排水體制

排水體制是排水系統(tǒng)的重中之重，其影響著城市規(guī)劃、環(huán)境評價、生態(tài)建設(shè)等領(lǐng)域，同時還涉及排水系統(tǒng)的施工、投資、維護(hù)、管理等方面，因此確定排水體制是第一步。本城市排水體制是新城區(qū)采取雨、污分流制，老城區(qū)用截流式合流排水制。計劃過渡階段將老城區(qū)排水系統(tǒng)改造成截流式合流管道，隨著老城改造逐步被分流制所取代。

把過渡式分流制定義為按遠(yuǎn)期污水量埋設(shè)污水干管，近期作截流干管用，并逐步改造成分流制。

改造流程：對截流管道進(jìn)行改造，并在排污口處加裝截流井，污水經(jīng)過截流管、截流井，流入相應(yīng)的污水處理廠，經(jīng)處理后再流入城市水體。無論雨季還是晴天均提高了城市污水的處理效率和質(zhì)量。

4.2 排水改造措施

（1）改造原則。考慮到近遠(yuǎn)期結(jié)合的需求，本片區(qū)污水管網(wǎng)原則上相對獨立，同時兼顧遠(yuǎn)期污水需求，重點解決該支流的污染問題。規(guī)劃污水管管徑原則上根據(jù)水力計算進(jìn)行確定，當(dāng)按計算所得的管徑小于最小管徑，則采用最小管徑。最小管徑按以下工況進(jìn)行確定：①當(dāng)污水排水方向與地面豎向同坡時，按D300 控制；②當(dāng)污水排水方向與地面豎向反坡時，按D400 控制。為便于平時維護(hù)管理，規(guī)劃污水管網(wǎng)原則上盡量減少穿越河道、道路等障礙物。

（2）改造布置。該支流承擔(dān)著雨水和污水排除，混流不利于污水的截流。該支流出水口斷面為8.0m×2.3m，出口渠底相對高程3.67m，低于主干管頂標(biāo)高4.16m。此處水面控制在4.00m，高于出口渠底相對高程3.67m，故目前出口設(shè)置一低壩（帶手動閘門）防止河水倒灌。在該支流水位下降時，打開閘門將支流水排出。該節(jié)點做法不僅不利于污水的收集，而且影響行洪。露天段長度占全長2/5，暗渠段占3/5。目前，該支流污水基本全部溢流到主河流，是造成主河流污染的主要污染源之一。對該支流污水的截流改造可考慮采用以下兩個設(shè)計方案，如圖1、2 所示。

圖1 低流槽斷面

方案一：首先，在支流與主河流交匯處將支流上游的山泉水從其他支流分流至主河流，減少山泉水與污水混流的比例，這樣既有利于支流出口的截流，又可提高支流的污水濃度；其次，為改善支流的水力條件，將露天河段底部清淤并構(gòu)建低流槽斷面，上覆蓋板，定時（1～2 次/d）引水沖淤，支流出口處截流至污水主干管。

方案二：支流沿線露天河段居多，露天段渠底部兩側(cè)敷設(shè)污水管，將兩岸原有合流管截流。晴天兩側(cè)污水全部收集，雨天混流水部分收集，剩余溢流入河。

圖2 截流式合流制

4.3 管網(wǎng)施工

目前，在改造排水管道方面，“出鏡率”較高的施工方法有三種，分別是：①管槽明挖；②拖拉管；③頂管。鑒于以上幾種埋管實施方案比較，此項目對截流污水管有需求的區(qū)域是沿河床底，對埋深不足3.5m 的管道而言，管槽開挖的難度普遍較小，成本也更低，若埋深超過3.5m，管槽開挖需要有關(guān)人員利用鋼板樁對其進(jìn)行支護(hù)，垮塌等問題時有發(fā)生，不僅安全性無法得到保障，周圍地區(qū)所受影響也極大，此時，便應(yīng)對非開挖技術(shù)加以運用。

5 改造效果

老城區(qū)排水系統(tǒng)作為市政工程的核心項目，改造完成后將會對城市建設(shè)發(fā)展影響深遠(yuǎn)，主要分為經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

經(jīng)濟(jì)效益：首先老城區(qū)河流污染現(xiàn)狀得到有效治理，河流生態(tài)系統(tǒng)得到改善，保障了城市居民的飲水安全；其次，重新布置污水排水系統(tǒng)，優(yōu)化了城市水體環(huán)境、提高了老城區(qū)土地價值，激活了老城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力。

社會效益：老城區(qū)排水系統(tǒng)改造是一項市政工程也是一項民生工程，改造排水系統(tǒng)有效改善了老城區(qū)水體污染現(xiàn)狀，水體資源得到有效保護(hù)，居民的健康飲水也得到保障，老城區(qū)居民的居住環(huán)境、自然環(huán)境得到顯著提高。

6 結(jié)論

老城區(qū)的排水系統(tǒng)改造一步到位難以實現(xiàn)，通過結(jié)合城市排水系統(tǒng)近、遠(yuǎn)期發(fā)展需求，制定適宜的城市發(fā)展步驟的排水體制和策略，使老城區(qū)的排水系統(tǒng)通過舊城改造逐步完善，并逐步改造成雨、污分離的分流制排水系統(tǒng)。進(jìn)一步提升城市的基礎(chǔ)建設(shè)，改善城市水體環(huán)境，增加城市居民的幸福感。