防汛泵站放江污染削減對策探索

顧一鳴，馬 艷

(1. 上海城投水務〈集團〉有限公司，上海 200002；2. 上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司，上海 200082)

近年來，我國出臺《水污染防治行動計劃》《關于推進海綿城市建設的指導意見》《城市黑臭水體整治工作指南》等一系列文件，加強了對河道溢流污染的重視，“問題在水里，根源在岸上，核心在管網，關鍵在排口”已成為各方共識。點源、面源、內源、外源污染物輸入是上海河道污染的成因[1-2]。防汛泵站承擔著城市防汛安全保障和城市正常運行的重要職責，但在放江過程中，大量下水道還原性污染物、有機營養物、重金屬、致病微生物也一同排放入河[3]。本文對上海市城區防汛泵站放江污染關鍵問題現狀開展分析，梳理自國家“水十條”頒布以來，在技術改造、管理優化、精準調度、規劃實施、法規政策相關層面，從源頭到終端防汛泵站排口放江污染削減主要對策，梳理定量評價指標，并對上海市XJ河沿線分流制地區防汛泵站的放江特征、對策與改善效果開展討論。

1 關鍵問題與治理對策

1.1 排水管網源頭分流

上海市中心城區，排水系統水位偏高是較普遍現象，有些防汛泵站常水位甚至可達3 m(絕對標高)，還有些地區降雨時污水系統水量和水位也會顯著提升。排水系統水位偏高主要有以下3個原因。(1)分流制地區雨污混接。這其中既有大量生活污水接入雨水管，也有雨水錯接入污水管的情況，較為突出的是居民陽臺的洗衣機水、街邊餐飲水、洗車水等污水進入雨水管道；還有部分企事業單位、居住小區因歷史原因存在的內部管網合流問題，外接市政管網后導致混接。(2)管網滲漏。地下水滲入量的大小與建設年代、管材、接口、土壤入滲率、地下水位等密切相關。王夢江等[4]曾對上海市內的典型管段、封閉小區和合流一期工程的地下水滲入進行調查分析，合流一期工程范圍內平均滲入量為27%，蘇州河以北平均為23%，蘇州河以南平均為31%。(3)河水倒灌。河水通過入河排口、破損的倒虹管、高潮位倒灌等方式進入雨水系統或污水管網也時有發生。排水系統長期高水位會產生4個不利現象：一是不利于控制泵站旱天放江，造成混接地區的居民小區排水困難和路面污水冒溢；二是不利于提升管網通溝污泥清撈效率，通溝污泥含水率高；三是增大雨天的污水輸送總量，提高水量變化系數，同時降低污水濃度，不利于平穩輸送和末端污水處理；四是擠占雨水管網存蓄水空間，遭遇暴雨時影響防汛安全。

排水系統水位偏高的主因是外水侵入，治理關鍵是聚焦管網，源頭治理，讓雨水、污水各行其道，減少外水侵入。

上海市水務部門治理措施如下。一是啟動大規模雨污分流排查和改造工作。專項編制了《上海市分流制地區雨污混接調查技術導則》，規范排查統計方法，截至2017年，共查出混接點1.29萬個，郊區多于中心城區。混接點包括市政項目、住宅小區、企事業單位、沿街商戶和其他(露天洗車、餐飲排檔)，其中，企事業單位和沿街商戶占71%。針對大規模的混接點改造，計劃2019年完成全部企事業單位、沿街商戶的混接整治，截至2020年底基本完成上海市雨污混接整治工作，按“一點一措施”開展改造工作。二是通過大規模的入河排污(水)口調查和“一河一策”編制，對河道內的每一個排口逐一進行登記，上門調查排口管理單位掌握排放特征，對污水直排口或可能存在河水倒灌的排口進行封堵或改造。三是加強老舊雨污水管網的巡檢排查，結合道路改造工程加快老舊管網的更新，應用內襯法、固化法、涂層法等非開挖修復技術對老舊管道、檢查井等設施進行修復。推廣應用新型接口的管材，一體化預制型排水井等，減少因管網滲漏造成的地下水侵入。四是通過立法建立長效機制。2019年12月19日新修訂通過的《上海市排水與污水處理條例》進一步明確：(1)市、區水務部門應當加強源頭減排，加強雨污分流等排水知識的宣傳；(2)在雨水、污水分流地區，雨水管道和污水管道不得相互混接。

1.2 加強管泥清撈和垃圾攔截

排水泵站的污染物均來源于管網，這其中既有管道沉積的污泥，也有通過路面雨水口或其他渠道進入管網的垃圾。管網垃圾導致入河漂浮垃圾和污染物增多，使水體黑臭影響感觀。此外，垃圾和管道沉積物增加易淤塞小口徑管道，甚至損壞水泵設備，造成設備停運隱患。主要表現在：(1)高水位地區管道的沉積污泥較稀薄，不易撈取，通溝污泥含水率高，運輸和處理困難。(2)馬路雨水篦子攔截功能不佳或損壞，路面垃圾易進入雨水管道。(3)泵站雨水格柵間距一般為6～10 cm，難以對小型輕質漂浮垃圾、浮泥浮渣進行攔截。

在通溝污泥清撈和處置方面有以下措施。(1)提升排水行業考核標準，在疏通率定額基礎上進一步提高管道疏通頻率。同時，管內積泥深度由原標準低于管徑高度的20%為合格提高到10%。(2)加大對雨污水調蓄池、泵站集水井的垃圾、淤泥沉砂的清撈頻次，要求防汛泵站每年汛前和汛中各清撈1次，水環境敏感區域進一步提高頻次。(3)改進清撈方式，針對高水位地區排水管道，部分采用兩頭封堵、中間抽水后沉淀清撈或啟用聯合疏通車處理，禁止“一沖了之”的情況。(4)規范處理處置，嚴禁對通溝污泥隨意傾倒和堆放，加快通溝污泥處理能力建設，規劃新建9座標準化泥、水、渣分離的通溝污泥站，寶山地區還建成了日處理量為133 t的通溝污泥熱脫附處理示范項目，未建處理站的地區通過購買服務規范處理處置。

在垃圾漂浮物攔截方面有以下措施。(1)推廣道路雨水口垃圾攔截裝置，并列入排水行業年度考核，盡量減少地表徑流攜帶的垃圾進入管道。(2)在防汛泵站推廣集水井水面垃圾清撈裝置和排口漂浮物攔截裝置技術改造。集水井水面垃圾清撈裝置利用水的表面張力與水泵抽吸，形成漏斗區域，將集水井區域漂浮垃圾吸入收集筒并通過機械提升自動傾倒，大幅改善清撈效率。(3)推廣泵站排口漂浮物攔截裝置。該裝置可把放江后進入河道的漂浮垃圾、浮泥等集中在排口區域防止擴散，與河道保潔部門建立信息互通，放江結束后盡快清撈。

1.3 完善泵站截污和試泵運行設施

防汛泵站設施不完善導致旱天放江主要有2種情況：(1)建設年代較早的防汛泵站，沒有配套建設截流設施，或截流能力偏小，截流出路不暢，當服務地區旱天水位偏高時，容易出現旱流放江;(2)部分泵站因缺少試泵回籠設施，在按規定試泵期間出現旱天放江。

相關運行管理單位開展對中心城區部分防汛泵站的截污設施與回籠水設施的改造工作。一是對有條件的泵站開展截流小泵換大泵或增加截流裝置的措施，并完善截流外排管網翻排新建。二是受場地限制無法增設回籠水設施的泵站，通過改造加裝變頻試泵設備，在低轉速下試泵并保證泵站存水不外流。三是對于無法實施截流改造且有旱流放江的防汛泵站，對其排水系統梳理后實施停運或遷建。四是對泵站進、出水閘門、拍門等進行全面自查，對未安裝出水閘門或存在操作機構不靈、關閉不嚴密的出水閘門、拍門逐步開展更新改造。五是在部分區域探索試點就地一體化水處理裝置，最大日處理能力為5 000 m3，對旱天混接水中的污染物削減有一定效果。

1.4 運行調度思路轉變與升級

在水環境整治工作開展之前，防汛泵站的運行調度總體思路是“水安全優先，兼顧水環境”，具體體現在：(1)保證高水位地區不發生道路積水和排水類投訴，實施旱流放江降低水位;(2)設施檢修期間的檢修放江、服務范圍內的配合放江、暴雨前的預降水位放江執行標準相對寬松;(3)對泵站排口環境面貌和放江水質監測無具體要求。

在治理對策中體現“兩水平衡、精準調度”的工作理念。根據“旱天不放江、雨天多截流”的總體要求，泵站運行管理單位運行思路轉變為“水環境保護”與“水安全保障”相融合的運行調度策略：在非汛期或小到中雨階段，以保障“水環境”優先，兼顧防汛安全；在汛期暴雨、臺風階段以保障“水安全”優先，兼顧“水環境”。在具體操作中，一是全面實施了“運行水位摸底”，查找歷史數據庫確定每個排水系統的最佳運行水位，編制成“一站一策”的運行方案。二是嚴格規范檢修放江、配合放江、預降水位放江等工作流程，根據運行平臺統一調度指揮，嚴控不合理的泵機操作，雨后必須關閉出水閘門，遇應急情況放江及時匯報排水主管部門和環保部門備案。三是密切關注天氣預報和雷達云圖變化，并判斷可能出現的雨量、雨型、過程時段。泵站運行單位由泵站值班員按水位自行開泵調整為上級統一集中調度，不同時段差異化控制精準施策。四是充分運行使用調蓄設施，增加使用頻率，提升降雨期間的調蓄總量，部分參與旱天干線平穩輸送調峰填谷。五是完善信息平臺開發，在原有基礎上擴展接入500余個上游易積水點和管網水位，為合理開泵提供重要依據。六是實施對每場降雨的放江水質檢測，規范采樣標準和間隔時間，人工采樣監測和在線監測相結合，同時接受政府主管部門監管。七是在排口安裝視頻監控或拍攝雨后河道圖片，及時傳入調度中心供調閱。此外，水利管理部門針對不同區域也制定專項引水方案，在暴雨臺風等災害性天氣影響過后，積極開展河道引清調水，有條件的實施兩潮引排水，關閘時可利用水利泵站實施動力引排水。

1.5 暢通出路提升截流運行效果

2015年—2019年，隨著污水收集系統不斷完善，小型污水廠功能調整和泵站截流設施改造擴容，上海市中心城區日均污水輸送總量已由510萬m3/d提升至570萬m3/d，降雨期間其最大日輸送量可達800萬m3/d以上，雨天和旱天污水量最大變化系數接近1.5，部分末端污水廠還存在旱天處理能力不足的情況。環保部門對污水處理廠的尾水達標監管為瞬時量達標，因此，在降雨階段，控制好污水廠上游干線截流總量和進水峰值至關重要。與此同時，末端峰值限流會影響部分上游防汛泵站截流設施能力的發揮。還有些截流設施，因下游污水輸送能力不足、截流管口徑偏小、無調蓄設施等造成截流運行受限。

若要全面發揮截流設施最大功效，必須完善和升級與其相匹配的下游污水輸配、初雨調蓄和終端處理能力,主要對策如下。一是擴建初雨調蓄設施。2014年至今，中心城區已新增建成投運新大連、大定海、新宛平3座合流初雨調蓄池，還新建成泰和、虹橋、石洞口3座干線污水調蓄池；目前，正在開展結合天山、桃浦、曲陽等 6 座污水處理廠功能調整為調蓄池，帶動周邊 24 個排水系統初期雨水調蓄及系統提標工程。容量為50萬m3的竹園調蓄池以及大武川、肇嘉浜、桃浦智慧城等分散調蓄設施也已在加緊建設。二是開展終端處理設施擴容建設與規劃。2017年和2019年相繼建成投運虹橋、泰和2座污水處理廠，新增日處理能力60萬m3，竹園片區四期120萬m3/d的污水處理設施也已啟動建設程序。三是在《上海市污水處理系統及污泥處理處置規劃(2017—2035年)》中，要求建設城鎮污水處理廠出水水質執行不低于一級A排放標準，區域污水處理廠應滿足1.5倍日均污水量穩定達標的要求。初雨截流控污按合流制11 mm、分流制地區5 mm進行規劃，全市強排系統初期雨水截流量約為300萬m3。

1.6 “海綿城市”助力削減徑流

海綿城市建設遵循生態優先原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保防澇安全的前提下，最大限度實現雨水在城市區域的滲透、調蓄和凈化，改善城市下墊面不透水面積，削減初期徑流污染，促進雨水資源的利用和生態環境保護。根據上海市海綿建設總體目標，到2020年，基本形成生態保護和低影響開發雨水技術與設施體系。試點區域年徑流總量控制率不低于80%，新建和改建地區年徑流污染控制率分別不低于80%和75%。在綠地系統建設、建筑與小區、道路與廣場建設中廣泛推進海綿建設理念，確保建成區綠地率不低于34%，新建和改建項目透水鋪裝率分別不低于50%和30%，支持鼓勵綠色屋頂改造，使雨水調蓄設施與綠地、水體的建設相結合。在改造策略中：一是結合城市升級，在地區整體更新改造或地塊更新改造過程中施行海綿理念建設；二是結合灰色基礎設施工程，帶動已建成區域的綠色基礎設施完善更新。

2 定量評價指標

防汛泵站排口放江污染削減關鍵是解決兩個問題：減少泵站放江水量和改善泵站放江水質。針對上海地區現狀，9個定量指標可用于綜合評價放江改善效果：泵站旱天水位、放江水質質量濃度、截流量、初雨截流能力、旱天放江量、降雨放江閾值、降雨放江次數、年徑流總量控制率和年徑流污染控制率，分別對應6條治理對策(表1)。

表1 放江污染削減定量評價指標Tab.1 Quantitative Evaluation Index of Discharge Pollution Reduction

定量指標對比評價應在固定范圍和時段內，對比工程性措施或非工程性措施實施后的效果。針對泵站降雨放江的2個指標，即降雨放江閾值和降雨放江次數，建議在小到中雨期間或非汛期等雨強較小的雨型下統計分析。當遇到較強降雨如汛期中大到暴雨，因運行調度策略不同不建議采用。

3 案例分析

3.1 放江量削減案例

XJ河位于上海市中心城區西部，總長度為11.37 km，河道平均面寬為20 m。河道沿線有10個分流制市管防汛泵站，服務范圍為17.92 km2，綜合徑流系數為0.6。2015年運行資料顯示，在10座泵站中，5座泵站未配備截流設施，1座泵站存在試車放江。

本案例雨量采用沿河區域2個特征站點平均雨量。選取2015年非汛期小到中雨期間特征日的XJ河沿線泵站截流量和放江量進行統計(圖1)。日累計雨量按升序進行排列，泵站平均截流量為1.44萬m3/d，當降雨量達到2.7 mm時有泵站出現放江。在降雨放江日中，最少時有1座泵站放江，最多時有6座泵站放江。此外，1座泵站因試泵回籠設施不完善，2015年—2016年試車放江年均約8萬m3。在治理對策中，泵站運行管理單位新增完善了泵站的截流設施、截流輸送管和回籠管設施，并對下游污水接納能力進行了評估復核。新增14個管網水位監測點水位接入信息平臺，并結合泵站水位開展精準調度，根據天氣預報和實時雨量圖，在非汛期和汛期的不同雨型或雨量下，實施差異化水位控制放江策略，在保證排水安全的同時，最大限度控制泵站放江次數和放江總量。

圖1 2015年(小到中雨期間)XJ河沿線泵站放江特征Fig.1 Discharge Characteristics along XJ River in 2015 (Light and Moderate Rain)

選取2019年非汛期小到中雨期間特征日的XJ河沿線泵站截流量和放江量進行統計(圖2)。日累計雨量按升序進行排列，泵站平均截流量為3.75萬m3/d，當降雨量達到15 mm時有泵站出現放江，且只有2座泵站有降雨放江。泵站平均截流總量較之前提升160%，降雨放江閾值提升到13 mm，過程平均雨強為1.5 mm/h。在此類雨型降雨階段，防汛泵站進行高水位控制，10座泵站前池水位分別抬升0.3～1.1 m。計算降雨徑流理論總量，分析樣本日降雨量在13～15 mm時，估算徑流總量扣除日截流量和放江量后，城市下墊面和管網存蓄量為10.5萬m3，計算2015年2.7 mm放江時該數值為0.9萬m3，同比提升9.6萬m3。

圖2 2019年(小到中雨期間)XJ河沿線泵站放江特征Fig.2 Discharge Characteristics along XJ River in 2019 (Light and Moderate Rain)

匯總2015年XJ河沿岸非汛期降雨日共46次，其中，放江45次，放江總量為261萬m3。按優化運行后可達到的降雨量13 mm設定降雨放江閾值，小于13 mm的29個降雨日按實際放江量扣除，可削減88萬m3；大于13 mm的17個降雨日按日雨量估算徑流總量，取城市下墊面和管網存蓄量(10.5萬m3)與日截流量(3.75萬m3)合計值，計算按2019年優化運行下的理論放江量，估算可削減70萬m3(圖3)。通過優化運行，2015年非汛期的降雨中理論能削減放江量合計158萬m3，削減60%，放江次數下降63%，取得明顯成效。

圖3 優化運行后放江削減估算量Fig.3 Discharge Reduction Estimate after Optimization

在汛期中，防汛泵站調度以保障“水安全”優先，兼顧“水環境”。對比非汛期和汛期不同雨量和雨型下泵站運行水位，2019年2月13日站點降雨量為14 mm，過程雨強為1.55 mm/h，在運行監測中，泵站水位由1.84 m抬升至2.73 m，未進行泵站放江，服務區域無冒溢報告。2019年8月18日，站點降雨量為43 mm，過程雨強為37 mm/h，泵站水位抬升至2.11 m后啟動泵站放江，確保地區防汛安全。

3.2 小結

(1)防汛泵站通過截流設施和回籠水設施改造，消除因設施短板造成的放江，并在深入分析確保防汛安全的基礎上，根據天氣預報和歷史分析經驗，對不同時段、不同雨型下防汛泵站放江水位進行差異化控制，最大限度挖掘城市下墊面和管網存蓄能力，延長截流設備運行時間，能有效控制削減放江總量。

(2)XJ河沿線排水系統依然存在常水位偏高現象，暴雨后停泵約2 h，水位從停泵水位回升常態，若繼續開泵則判定旱天放江。因此，關鍵要解決源頭減量。一是要減少地下水、河水、混接污水等進入雨水管網。二是要推進海綿城市建設，進一步擴展城市下墊面存蓄能力，削減徑流的產生。三是進一步提升地區調蓄工程、截流外排和終端處理能力，確保排水出路通暢并最終得到處理。四是考慮地表雨水漫流下滲等因素，研究較大降雨雨停后一定時段內的高水位放江可參照降雨放江判定，盡可能排空管道存水。

4 結論與展望

本文對上海市城區防汛泵站排口放江污染的關鍵問題和治理對策進行研究，總結綜述管網源頭分流、管泥清撈與垃圾清撈攔截、完善截污和試泵設施、運行思路轉變升級、暢通截流出路和海綿城市建設6項對策，并梳理了9個定量指標用于評價泵站放江改善效果。分析上海XJ河沿線分流制地區防汛泵站運行案例，通過泵站改造和優化調度方案，并充分利用城市下墊面和管網存蓄水能力，放江量削減效果顯著。

防汛泵站排口放江污染問題的改善，從理念轉變升級到合理統籌規劃，既要在雨污分流、清污分流、源頭減排、設施升級、技術創新等工程性措施上下功夫，也要在部門聯動、強化監管、精細管理、提升養護等方面非工程性措施上出力氣，“灰-綠-藍-管”方式相結合，城市運行中的精細管理相配套，系統性、整體性、長期性、持續性地治理排水泵站放江污染難題。

后續對泵站放江污染削減開展的工作中，一方面應進一步聚焦強化上游管網系統治理力度，拒絕外水和污水進入雨水管道，降水位、撈管泥、重維修，提升初雨截流效果[5]，是長期奮斗的目標；另一方面可以學習國外的溢流削減治理經驗，制定混合溢流雨污水的就地快速處理、污水廠雨季超負荷處理的政策和標準，轉變治理思路，在大流量時段允許污染物總量削減運行策略，進一步發揮截流設施最大能力和污染物減排總量。