沈陽市南運河系統排水改造設計

郭勇

【摘 要】沈陽市南運河排水系統為合流制排放體系，本次改造旨在改善南運河水質、提高南部排水系統排放標準。設計中充分利用了現狀排水系統，遵循循序漸進、保護老城區基礎設施及環境的原則，合理制定設排放標準及施工工藝，滿足了設計要求；同時避免了拆遷、排遷、毀綠、擾民現象，城市交通及現狀排水設施也未受影響，改掉了老城區排水系統改造工程中的一些頑疾，供類事工程參考。

【關鍵詞】老城區排水系統改造 設計標準提標 二次稀釋 盾構法施工

老城區的排水分流改造是一項周期長、投入大的系統工程，必須堅持保護生態環境的理念，采用近遠期結合、合理制定排放標準的思路逐步實施。本次結合南運河排水系統改造，對老城區排水改造工程進行探索。

1南運河概述

南運河位于沈陽市南部主城區，全長14.7公里，底寬14～24米，設計流量47m3/s，至東向西依次流經大東、沈河、和平區，于龍王廟匯入渾河。1984年，南運河實施了第一次綜合治理，運河兩岸形成了15～30米綠廊及萬泉湖、萬柳塘湖、青年湖、南湖等4個大型水面。改造后，南運河成為市區內重要的景觀性河流，同時擔負著南部城區的雨水排放功能。

1.1現狀排水系統

沈陽市南部排水系統依托南運河，形成旱季截流城市污水進入沈水灣污水處理廠，雨季合流污水溢流南運河的合流制排放體系。南運河系統污水匯水面積42.40平方公里（其中東部29.60平方公里，西部12.80平方公里），雨水匯水面積27.6平方公里（其中東部14.80平方公里，西部12.80平方公里）。東部截流系統旱季污水經五愛泵站提升進入渾河截流系統，雨季合流污水一部分經五愛泵站提升進入渾河截流系統，其余部分溢流南運河；西部截流系統旱季污水進入渾河截流系統，雨季合流污水溢流南運河，最終流入渾河。

1.2 現狀排水系統存在問題

（1）管網設計標準低。原合流系統雨水設計重現期P=0.33年、綜合徑流系數Ψ=0.42；隨著城市的發展，綜合徑流系數大幅提高，原排水系統已無法滿足雨水排放要求，城區積水點增多。

（2）南運河污染嚴重。2006年至2011年，南運河水質僅2007年達到Ⅴ類水質水平，其余年份均為劣Ⅴ類，距Ⅳ類水質要求相差甚遠。具體指標見表1。

表1 2006年至2011年南運河水質監測結果

年份

監測指標

化學需氧量

生化需氧量

高錳酸鹽指數

氨氮

總磷

石油類

2006

28

7

6.3

2.3

0.25

0.6

2007

24

7

4.5

1.75

0.19

0.5

2008

40

6

5.3

3.82

0.30

0.6

2009

18

6

4.8

1.76

2.77

0.1

2010

22

7

7.0

4.01

0.33

0.2

2011

24

8

6.7

3.21

-

-

地表水Ⅳ類標準

30

6

10

1.5

0.3

0.5

地表水Ⅴ類標準

40

10

15

2.0

0.4

1.0

2 南運河系統排水改造設計

設計原則：南運河系統遠期規劃為雨污分流制，本次僅對排水干線進行改造。現狀合流管道做為污水干線；新設計雨水管道，遠期做為雨水干線、近期做為雨污合流干管。

2.1 污水流量確定及現狀合流干管流量校核

南運河截流管修建于上世紀70～90年代，設計標準已不適合，需重新確定設計污水量。南部系統污水為生活污水，其總變化系數按照《室外排水設計規范》2011年版選取。詳見表2。

表2 綜合生活污水量總變化系數

平均日流量（L/S）

5

15

40

70

100

200

500

≥1000

總變化系數

2.3

2.0

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

污水流量確定。公式參數：Q= q0 F Kz（q0—比流量，F —區域面積， Kz —總變化系數）。

平均日污水量：Q= 0.6×4240×86400×10-3≈22×104m3/d。

管道設計流量：Q= 0.6×4240×1.3×10-3≈3.31m3/s（東部2.31 m3/s，西部1.0 m3/ s）。

渾河截流下游污水泵站旱季日平均提升污水為21.30萬m3/d，與設計平均日污水量22萬m3/d相差3.1﹪，經與規劃、水務等部門協商，同意以我院的計算結果為設計依據。

現狀東部截流干線最大斷面為2.4m×2.4m拱渠，設計流量Q=8.1m3/s ；當設計充滿度為0.75時，設計流量Q=6.1m3/s，大于新設計東部污水量（2.31 m3/s）。因此東部截流干管可以做為遠期污水干線，同時近期還可額外承擔5.79 m3/s的雨水排放。

現狀西部截流干線最大斷面為雙孔2.4m×2.05m暗渠，設計流量Q=14.7m3/s ；當設計充滿度為0.75時，設計流量Q=11.07m3/s，大于新設計西部污水量（1. 0 m3/s）。因此西部截流干管可以做為遠期污水干線，同時近期還可額外承擔13.70 m3/s的雨水排放。

2.2 雨水流量計算

公式參數：；其中，q=167A1（1+ClgP）/（t+b）n。計算結果見表3。

q—暴雨強度，沈陽地區參數：167A1=1825，C=0.774，b=8，n=0.724。

t—設計降雨歷時；P—設計重現期；Ψ—徑流系數，Ψ=0.6； F—匯水面積，分段累加。

表3 南運河系統雨水設計流量（m3/s）

區域

P=3年

P=1年

P=0.5年

P=0.33年

P=0.2年

現狀雨水排放能力

東部系統

38.6

27.2

21.6

17.7

12.9

5.79

西部系統

33.4

24.4

18.7

15.3

11.2

13.7

根據表3數據，現狀南運河東部系統雨水排放能力低于0.2年，西部系統雨水排放能力低于0.33年；雨季大量的混合污水溢流南運河，污染河水，嚴重影響城市景觀及生態環境。

2.3 雨水干線確定

遠期分流后，雨水設計標準為P=3年。東部雨水系統雨水干線設計：起點D=2m鋼筋混凝土管，設計坡度I=0.6‰；終點雙排D=3.5m鋼筋混凝土管，設計坡度I=1‰，設計流量Q=41.2m3/s。西部雨水系統雨水干線設計：起點D=2m鋼筋混凝土管，設計坡度I=0.6‰；終點雙排D=3.5m鋼筋混凝土管，設計坡度I=0.7‰，設計流量Q=34.5m3/s。終端雨水提升泵站：東部保留原五愛污水泵站；新建五愛雨水泵站，設計規模40m3/s；西部新建龍王廟雨水泵站，設計規模34m3/s。兩座泵站提升后的雨水進入渾河。

2.4 近期實施方案

因沈陽市未完成雨污分流改造，本次改造暫時保留合流制排放體系，現狀合流管與新設計雨水干線聯合工作。雨水干線雙排D=3.5m管道近期實施一排，相應排水標準為東部系統P≈1年，西部系統P≈3年；雨水泵站亦分期實施，以減少投資。本工程實施后，遠期可消除了污水對南運河的污染；近期混合污水首先溢流至新建雨水干線二次稀釋、再溢流南運河，減少污水污染運河的頻率和污染物濃度。

2.5 線位及施工工藝確定

沈陽老城區建筑物密集、道路下布滿管網，拆遷、排遷造價高，道路紅線、綠線內實施排水改造工程難度大。經市建委、市規劃局等部門共同研討，管道線位設于南運河綠化帶內。

南運河沿岸綠化帶已形成近30年，是市民休閑、健身、娛樂的主要場所，如采用明挖施工將完全破壞近14公里城市綠廊（管道埋深大于11米）。因此，普通管徑（D=2.0m～2.8m）采用長距離頂管，頂距大于120米；大管徑（D=3.5m）采用盾構法施工，盾構機進出井距離大于1000米，檢查井與觀測井、通風井合并預留。

盾構法施工優點如下：（1）盾構掘進不受天氣、地形、地貌、水域等地表環境限制。（2）應用于埋深大、地下水位高的條件下，相對而言施工成本低。（3）適用地質情況范圍寬，軟土、砂卵土、巖層均可使用。（4）對環境及基礎設施影響小，不影響交通及商鋪營業。

3 結語

老城區排水分流宜循序漸進、分期建設。實施中充分利用現狀合流管道、優先修建雨水干線；雨季混合污水先溢流至新建雨水干線二次稀釋、再溢流城市水體，減少污水污染運河的頻率和污染物濃度，既能提高排水標準、提升運河水質、節省工程照價，又不影響城市的排水系統正常工作。

排水干線管道管徑大、埋設深，不適合開挖施工，宜采用盾構法等深遂工藝施工。