古城區河湖水系雨季初期雨水控制方案

韓建設

（開封市城區黑崗口引黃管理處，河南 開封 475002）

1 前言

開封市古城區內分布著龍亭湖、包公湖、廣濟河、利汴河等河流湖泊，水域面積約達220hm2，約占開封古城區建成區面積的1/10，素有“北方水城”之稱，承載了海綿城市、居民生活環境改善、國家級旅游風景區、歷史文化傳播等重要功能。

2 存在問題

開封古城區建成時間早，水資源用水利用水平較低、河湖水體流動性差、常年未開展污染治理、內源污染嚴重，由于市區特殊結構性，雨污管網合流，大雨之后污水滿溢，對古城區環境帶來嚴重影響，淺層地下水也已受到不同程度的污染。水質監測歷年結果表明，開封古城區水系總體水質較差，主要超標因子為總磷、化學需氧量和氨氮，部分河段達到黑臭標準。古城區內產業以旅游業、服務業、餐飲業等第三產業為主，居民生活因常年水污染超標存在極大隱患。

3 截流整治思路

根據河道治理任務及截流整治水系選擇原則、排水口分布及水體污染情況，確定截流整治水系為龍亭湖、包公湖和鐵塔湖。結合區域現狀及規劃，外源減排截流管道沿湖路布置，截流初期雨水污染物經市政污水管道入污水處理廠處理。見圖1。

圖1 初期雨水設計流程圖

4 初期雨水控制總體方案

4.1 截流方案比選

截流河道污水一般采用傳統截流、帶調蓄池高倍數截流及雨水泵站前池截流3種方式。

4.1.1 傳統截流

截流式合流制通常適用雨污合流制的區域，把截流干管設置在合流管排入河流前，旱季時污水和小雨量初期雨水全部截流至污水處理廠，超出管道負荷的大降雨量雨水通過溢流管排溢入河。截流倍數宜采用2～5；截流倍數偏低會造成截流效果不明顯，起不到治理污染河道作用；截流倍數偏大會造成截流管徑增加，并且增加污水處理廠負荷。

對于范圍較小且沿河狹長分布的棚戶區，大部分雨水以地面徑流方式排出，污水通過管道下河，此情況僅對區域內合流污水進行截流，采用傳統截流方式。

4.1.2 調蓄池高倍數截流

相比傳統截流方式，除在截流河岸修建截流干管外，并修建雨水調蓄池，將合流污水及初期雨水截流至調蓄池，多余雨水溢流至河道，調蓄池內污水通過泵提升或重力流緩慢釋放至現狀污水管道。本質上看，調蓄池高倍數截流系統為傳統截流方式的升級版，主要優點有：一是可以提高調蓄池進水管道（截流干管）截流倍數，從而減少降雨時進入河道的污水量；二是降低調蓄池出水管道截流倍數，降低下游污水處理系統負荷，從而可以充分利用現有污水管網富裕的能力將污水送至污水廠，無須專門修建較長下游截流干管，還可削減污水廠進水量峰值。但是需要修建體積調蓄池，投資較高，對管理要求也較高。

4.1.3 雨水泵站前池截流

對雨水泵站進行改造，在原有雨水泵站的基礎上增設污水泵站，非降雨期間及初雨階段，運行開啟污水泵，將合流水抽至污水管網，送至污水處理廠進行處理，雨量增大或長歷時降雨時運行雨水泵，抽排河水至外河。此方案改造量小，投資小，但是沒有從根源改變河道污染問題，相反，平時將大量河水抽送至污水處理廠，現有污水處理廠規模無法滿足要求，同時造成污水廠進水濃度偏低。初期雨水截流系統主要考慮內河水質改善，因此雨水泵站前池截流方案不適合。

根據以上3種方案比較，針對開封市現狀排水口收集情況、現狀場地條件分析，受限于現場場地條件，采用傳統截流方式對初期雨水收集處理。

4.2 管道敷設方案

4.2.1 方案1

包公湖、龍亭湖沿著湖岸現有市政道路，湖岸邊有寬度不等的人行游覽步道，鐵塔湖現狀雖未有市政道路，但有較寬的濱湖陸岸，故優先考慮將排口截流管線設置在現有環湖道路或濱湖路岸上。

4.2.2 方案2

考慮到包公湖、龍亭湖現有市政道路較窄，地下管線資料不清，可能會對新增污水管網位置造成障礙，在現有濱湖路面無法滿足新增污水管網管線位置時，可將其截流管線設置于湖泊內沿。管道敷設方案比選見表1。

表1 管道敷設方案比選表

考慮到古城區水系主要是旅游景區，湖泊水面面積不易縮小，且污水入湖后再截流，涉及防滲、抗腐蝕等問題，工程造價高，后期維護成本也高，故采用岸上截流方案，結合市政道路改造，在入湖前實現截流。

4.3 管材的選擇

考慮施工方式、經濟因素、管線綜合交叉等各方面因素，管道采用HDPE通用增強型結構壁管。

4.4 初期雨水截流相關參數

污水管道設計充滿度按不滿流進行設計，其關系見表2。

表2 管（渠）最大設計充滿度表

采用DN500的管道設計管徑，坡度為0.1 2%，充滿度按規范取值為0.70 ，管道輸水能力為142.28 L/s，流速為0.9 7m/s。

4.5 系統設計

4.5.1 鐵塔湖系統設計

鐵塔湖匯水面積約1km2，沿岸現有6個雨污合流制排水口，主要集中在湖岸西側沿線，設計截流水量約為22L/s，截流管道管徑考慮DN500，截流管長度約380m，根據現狀排水口高程、水體及岸上高程，截流管道起點設計底高程為68.3 0m，坡度為0.1 3%，終點設計底高程為67.8 0m，區間設置截流井數為6座。由于鐵塔湖周邊無排水管網系統，故考慮將其排口初期雨水截流后就地采用一體化處理設備處理后進入生態調蓄濕地處理，最后排入北支河，經設置于北支河的水生態修復系統進行深度處理以增加水質保障。

4.5.2 龍亭湖系統設計

龍亭湖匯水面積約2.70 km2，沿岸現有12個雨污合流制排水口，主要集中在龍亭東路湖岸沿線。考慮沿著龍亭東路沿線排水口位置設置初期雨水截流干管，通過在排水口附近位置設置截流井，將污水和初期雨水轉接入龍亭東路500m處城東街排水管渠，設計截流水量約為31L/s，截流管長度約790m，截流管道管徑DN500，根據現有排水口高程，截流管道起點設計底高程為67.6 0m，坡度為0.1 3%，設計終點底高程為66.5 7m，區間設置截留井數為12座。

4.5.3 包公湖系統設計

包公湖匯水面積約4.60 km2，沿岸現有33處雨污合流制排水口，主要沿包公湖周圍，初期雨水量為420L/s。考慮沿著包公湖環湖路設置初期雨水截流管道，截流管道分東西2個方向布置，自迎賓路向西向南側長度約1800m，自迎賓路向東向南側長度約1500m，總長度約3300m，截流管道管徑DN500，根據現狀排水口高程，向西側截流管道起點設計底高程為67m，設計坡度0.0 8%，終點設計底高程為65.3 0m，設置截留井11座，檢查井17座；向東側截流管道起點設計底高程為67m，設計坡度0.1 0%，終點設計底高程為65.3 0m，設置截留井20座，檢查井2座。東、西向截流管道在包公湖雨污水調蓄池北側匯合后向南進入調蓄池，穿越調蓄池管道長度約160m，設置檢查井2座，調蓄池末端管道底部高程為65.1 6m。最后在調蓄池內經現狀泵站抽排至護城河濱河路主干排水管渠（B×H=1800×1800）。

5 結語

根據建設海綿城市要求，控制與管理好城市雨水徑流的排放，提升城市排澇防洪能力，通過截流排水口，截流區域雨季初期雨水不入湖，從源頭減少入湖污染物量，從而減少雨季溢流量，提高污水收集率，有效消減徑流污染、高效利用雨水資源，促進改善水環境，建成生態和諧的北方水城具有重要意義。