河網(wǎng)型黑臭水體截污設(shè)計(jì)思路的探討

李湘溪

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

目前我國水體污染形式嚴(yán)峻，根據(jù)“全國城市黑臭水體整理信息發(fā)布”平臺(tái)公布的信息顯示，截至2016 年4 月15 日，在全國295 座地級(jí)及以上城市中，有超過七成的城市存在黑臭水體，在全部黑臭水體中，河流數(shù)量占比最高達(dá)86.1%[1]，其中控源截污應(yīng)作為城市水體綜合整治的優(yōu)先措施，需建立完善的污水截流與收集系統(tǒng)[2]。因此研究河網(wǎng)型河涌的截污工程對于黑臭水體防治具有較大意義，本文以廣東省某市河網(wǎng)型黑臭水體的截污工程為例，以近期保障旱季污水不溢流，遠(yuǎn)期達(dá)到清污分流效果為目標(biāo)，探索了一條適合河網(wǎng)型河涌經(jīng)濟(jì)可行的設(shè)計(jì)思路，為后續(xù)工程實(shí)施墊底了可靠的理論依據(jù)。

1 區(qū)域概況

本項(xiàng)目涉及58 條黑臭水體整治的民生工程，項(xiàng)目總體治理任務(wù)繁重，工期緊張。需治理的河涌A、B、C 是位于某市市轄區(qū)交界處，其中河涌B 和C 為斷頭河涌，其末端均與河涌A 相連，河涌A 上下游與其他河涌相連。3 條河涌平均寬度為10～15m，長度在0.8～1.5km，現(xiàn)狀水質(zhì)均為劣Ⅴ類，周邊均有可接駁的現(xiàn)狀市政污水管網(wǎng)。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)建設(shè)單位要求，近期工程需實(shí)施后能盡快實(shí)現(xiàn)河涌旱季消黑消臭，滿足斷面考核要求，遠(yuǎn)期工程實(shí)施后能滿足徹底解決雨后返黑返臭現(xiàn)象。

2.2 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)業(yè)主要求、相關(guān)規(guī)劃及現(xiàn)狀條件，本工程的設(shè)計(jì)原則如下。

（1）應(yīng)根據(jù)溯源成果，將屬于同一污染源區(qū)域河涌納入同一工程子項(xiàng)，共同設(shè)計(jì)、推進(jìn)和實(shí)施，達(dá)到節(jié)省投資、簡化建設(shè)流程、縮短建設(shè)周期等目標(biāo)。

（2）工程設(shè)計(jì)方案采取近遠(yuǎn)期結(jié)合，分步實(shí)施的原則。結(jié)合工程實(shí)際情況，在近期不具備永久方案實(shí)施條件的地區(qū)，采取過渡方案，待實(shí)施條件具備后實(shí)施永久解決方案。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行國家的現(xiàn)行法規(guī)和規(guī)范，在滿足功能要求的前提下，提供優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，保護(hù)生態(tài)環(huán)境及水資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。

（4）截污方案應(yīng)復(fù)核截污的水量對接駁污水管及末端處理廠處理負(fù)荷能力的影響。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況和現(xiàn)狀資料，方案設(shè)計(jì)重難點(diǎn)、技術(shù)路線、污染源分析、重要設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、截污方案設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)期工程銜接均是該工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3.1 設(shè)計(jì)方案重難點(diǎn)

（1）市區(qū)河涌直排口種類及數(shù)量較多，溯源范圍大，為保證截污效果和經(jīng)濟(jì)效益，需采用多種截污方式進(jìn)行靈活組合。

（2）現(xiàn)狀存在合流暗渠與河涌相連，對其截污過程中需充分考慮對泄洪排澇功能的影響及防倒灌措施。

（3）由于遠(yuǎn)期雨污分流改造工程實(shí)施后，近期工程方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如何繼續(xù)有效利用近期工程新建截污管和設(shè)施，避免造成已建管網(wǎng)和設(shè)施閑置或浪費(fèi)。

3.2 技術(shù)路線

本工程在河涌區(qū)位復(fù)雜、排口種類及上游溯源成果等多方面影響下，以“系統(tǒng)思維做統(tǒng)籌、現(xiàn)場調(diào)查明情況、遠(yuǎn)近結(jié)合固成效”為原則[3]，制定了技術(shù)路線，并從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等角度分析其合理性，確保工程的投資可控、目標(biāo)可達(dá)及采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適用。本工程的技術(shù)路線主要包括現(xiàn)場踏勘及調(diào)研、溯源成果分析、重要參數(shù)選取及截污方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容。截污工程技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 截污工程技術(shù)路線

3.3 污染源分析

根據(jù)污染源溯源成果分析，河涌A、B、C 的染源主要是生活污染源，同時(shí)也存在工業(yè)污染源和面源污染源。生活污染源主要以城中村、居住小區(qū)為主，大量生活污水通過暗渠或排口排入河涌，雨天雨污合流廢水夾帶淤泥直排河涌是造成河涌返黑返臭的主要原因。河涌A、B、C 的生活污染源均來自同一片區(qū)的城中村，因此3 條河涌可通過對同一城中村進(jìn)行雨污分流改造實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期治理目標(biāo)；工業(yè)污染源主要以涌邊零星工廠為主，需相關(guān)部門加強(qiáng)監(jiān)管，對不合法工業(yè)排口進(jìn)行封堵和責(zé)令相關(guān)企業(yè)盡快整改；面源污染源主要為部分農(nóng)林廢水直排河涌，由建設(shè)單位協(xié)調(diào)鎮(zhèn)區(qū)配合整改并落實(shí)處理，本工程不再考慮。

3.4 重要設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

（1）污水量計(jì)算。根據(jù)該市中心城區(qū)規(guī)劃污水量和中心城區(qū)規(guī)劃用地面積進(jìn)行測算，中心城區(qū)平均日單位建設(shè)用地綜合污水量指標(biāo)為0.36L/（hm2·s）。

（2）地下水滲入量。按設(shè)計(jì)污水量的10%計(jì)算。

（3）截留倍數(shù)。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，截流倍數(shù)一般取2～5，本工程截流倍數(shù)取n=3。

（4）設(shè)計(jì)流速。污水管道在設(shè)計(jì)充滿度下最小設(shè)計(jì)流速為0.6m/s，合流管在滿流時(shí)最小設(shè)計(jì)流速為0.75m/s，非金屬管道最大設(shè)計(jì)流速5m/s，金屬管道最大設(shè)計(jì)流速10m/s。

3.5 截污方案設(shè)計(jì)

3.5.1 截污管網(wǎng)布置

本工程根據(jù)污染源分析及現(xiàn)狀排口特點(diǎn)，采取總口截污、溯源小區(qū)錯(cuò)混接整改、鎮(zhèn)區(qū)協(xié)調(diào)同步整改等組合方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

總口截污：主要針對污染源為城中村的生活污水直排口，此類排口整體實(shí)施難度較大，為達(dá)到近期治理目標(biāo)，采用總口截污方式。沿涌邊新建DN300～DN400截污管道，通過設(shè)置傳統(tǒng)截流井及智能截流井，將污水就近接入現(xiàn)狀污水管網(wǎng)，最終排至附近污水處理廠進(jìn)行處理。其中截污管網(wǎng)布置路線在滿足就近原則和經(jīng)濟(jì)性條件下，應(yīng)盡量布置在污水管支干管空白區(qū)域。

溯源小區(qū)錯(cuò)混接整改：主要針對污染源為新建小區(qū)的生活污水直排口，新建小區(qū)基本按雨污分流進(jìn)行管網(wǎng)建設(shè)，存在部分埋地管道錯(cuò)混接導(dǎo)致污水直排河涌。針對此類排口采用錯(cuò)混接整改處理，可從源頭達(dá)到雨污分流的效果。因此在污水管錯(cuò)接至雨水管前一個(gè)污水檢查井中，進(jìn)行封堵錯(cuò)接管口，并新建污水管就近接至可接駁的現(xiàn)狀污水檢查井中，達(dá)到錯(cuò)混接整改的目的。

鎮(zhèn)區(qū)協(xié)調(diào)同步整改：主要針對近期排水改造工程推進(jìn)困難的老舊小區(qū)、廠房和部分直排河涌的農(nóng)林廢水，由鎮(zhèn)區(qū)同步協(xié)調(diào)整改，按時(shí)按質(zhì)完成相關(guān)工程建設(shè)和整改任務(wù)。

3.5.2 截流井設(shè)計(jì)

截流井在截流式合流制排水系統(tǒng)中起到關(guān)鍵性的作用，其設(shè)計(jì)的時(shí)候需滿足以下功能。①將截流的污水輸送至截污系統(tǒng)，達(dá)到整治水環(huán)境的目的。②需設(shè)計(jì)相關(guān)溢流措施，保證在雨季時(shí)過量的雨污合流水能順暢排至河涌等其他自然水體，避免造成上游污水反冒和對下游污水處理廠帶來沖擊等問題。本工程設(shè)置傳統(tǒng)截流井及智能截流井兩種截流井，其中DN＜1200mm 的合流排口設(shè)置傳統(tǒng)截流井，DN≥1200mm 的合流排口和暗渠設(shè)置智能截流井。

（1）截流井設(shè)置的原則如下：①在合流管渠上截流污水，應(yīng)設(shè)置截流井。截流井的位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀接駁污水管與合流管渠的位置關(guān)系、溢流管下游水位高程和周邊環(huán)境等因素確定。②截流井溢流管管徑應(yīng)不小于原合流管，井內(nèi)溢流水位應(yīng)根據(jù)原合流管水位確定，并宜在設(shè)計(jì)洪水位和截污限流管道管頂標(biāo)高以上。當(dāng)不能滿足要求時(shí)，在不降低原有合流管的排水能力的前提下，應(yīng)設(shè)置鴨嘴閥、拍門等防倒灌設(shè)施。③截污限流管管徑應(yīng)根據(jù)旱流污水量和截流倍數(shù)計(jì)算確定。截污限流管的起點(diǎn)標(biāo)高應(yīng)結(jié)合原合流管內(nèi)污水流水位標(biāo)高和截污干管高程確定，高程允許時(shí)，優(yōu)先采用槽式截流井，截污限流管水管頂標(biāo)高一般比截流處合流管管底標(biāo)高低0.1m。④在長距離截污干管上，應(yīng)在原有污水分區(qū)基礎(chǔ)上，根據(jù)高差情況再相應(yīng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置溢流井，溢流井設(shè)置限流管和溢流管，以免截污干管下游呈現(xiàn)壓力流態(tài)。

（2）截流井設(shè)計(jì)方案。①傳統(tǒng)截流井設(shè)計(jì)方案。旱季時(shí)通過截污槽及截流管將旱季污水全部截流至污水管道，同時(shí)設(shè)置可提升的格柵防止大顆粒砂礫等污染物進(jìn)入截污限流管；雨季時(shí)，過量的雨污合流水溢流至河涌等自然水體，并對位于洪水位以下的排口設(shè)置鴨嘴閥，防止外水倒灌至截流管內(nèi)。截流井內(nèi)設(shè)有兩個(gè)井室，分別能檢修截流格柵及鴨嘴閥。傳統(tǒng)截流井平面示意圖和剖面示意圖分別如圖2 和圖3 所示。②智能截流井設(shè)計(jì)方案。智能截流井是將污染截流量控制及溢流污染物攔截、沉積物去除、防止河水倒灌三大功能集為一體的智慧截流井。進(jìn)截留管前端設(shè)置一個(gè)電動(dòng)或者液動(dòng)的限流閥，作用是實(shí)現(xiàn)截流量控制；溢流管道前端設(shè)置一個(gè)下開式堰門，實(shí)現(xiàn)防倒灌功能。智能截流井示意圖如圖4 所示。

圖2 傳統(tǒng)截流井平面示意圖

圖3 傳統(tǒng)截流井剖面示意圖

圖4 智能截流井示意圖

3.5.3 管材標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件較差的特點(diǎn)，本工程新建管徑均小于DN600 重力流截污管，采用中空壁塑鋼纏繞聚乙烯管道，埋深＜4m，在非機(jī)動(dòng)車道下采用環(huán)剛度SN=8kN/m2，在機(jī)動(dòng)車道下采用環(huán)剛度SN=12.5kN/m2；埋深≥4m，采用環(huán)剛度SN=12.5kN/m2。

中空壁塑鋼纏繞聚乙烯管應(yīng)符合《中空壁塑鋼纏繞聚乙烯管道》（T/GBMA 003—2019）的要求。所有管道要求出廠前每一根管道均應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)合格后填寫合格證書方可使用，產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，其性能指標(biāo)應(yīng)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5.4 遠(yuǎn)期工程銜接

根據(jù)本工程現(xiàn)狀特點(diǎn)，將河涌A、B、C 共同污染源的城中村片區(qū)1#納為遠(yuǎn)期工程實(shí)施，并提供設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)近期工程與遠(yuǎn)期工程之間的有效銜接。

（1）遠(yuǎn)期工程設(shè)計(jì)方案：城中村片區(qū)1#現(xiàn)狀為合流制，現(xiàn)狀立管為合流立管。由于現(xiàn)狀合流管功能性和結(jié)構(gòu)性相對完好，將作為污水管繼續(xù)使用，并通過新建雨水管實(shí)現(xiàn)雨污分流的目的。同時(shí)應(yīng)對合流立管進(jìn)行改造，將連接天面雨水斗的合流立管從建筑頂層處截?cái)啵尤胄陆ㄓ晁⒐苤校呀財(cái)嗪蟮慕ㄖ⒐茉诮ㄖ鈮π陆ㄍ饪冢鳛槲鬯⒐苁褂谩?/p>

（2）近遠(yuǎn)期工程銜接：首先對城中村片區(qū)1#污水量進(jìn)行計(jì)算，并同步復(fù)核是否超出擬接駁污水管和末端污水處理廠正常工作的污水負(fù)荷量。遠(yuǎn)期工程實(shí)施后，將傳統(tǒng)截流井進(jìn)行截污管口封堵，截污管作為污水管繼續(xù)使用；對于排口和暗渠上的智能截流井，通過智能化模塊調(diào)整，將其保留作為智能蓄水排澇的“閘門”使用。

4 結(jié)語

城市黑臭水體依然是現(xiàn)代化城市建設(shè)及其可持續(xù)發(fā)展的重要阻礙因素，黑臭水體治理作為一項(xiàng)艱巨的系統(tǒng)化工程[4]，需制定科學(xué)詳細(xì)周全的治理方案[5]。本工程為了解決河網(wǎng)型黑臭水體治理的問題，采用社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益較好的多河共治設(shè)計(jì)思路，近期方案從多方面進(jìn)行分析，并與遠(yuǎn)期方案充分銜接，鞏固了黑臭水體系統(tǒng)性治理的效果。