初雨截留系統在河道水環境綜合整治工程中的應用分析
——以深圳某河道水環境綜合整治工程為例

雷聲楊,丁時偉,胡東起

(中電建生態環境集團有限公司，廣東 深圳 518107)

水環境污染是當前城市面臨的一個十分突出的環境問題，不僅受到城市居民的普遍關注，還是衡量城市可持續發展和宜居程度的重要指標[1]。隨著我國城市經濟的快速發展和城市規模的擴張，城市環境的基礎設施數量和規模無法滿足城市快速發展的需求，導致城市污水排放量不斷增大，河流水體污染嚴重，出現季節性或終年黑臭的狀況[2-3]。近年來，國家提出了一系列關于生態文明建設的新理念、新思想、新戰略，生態文明建設關系到一個城市可持續發展的根本。深圳作為先行示范區，在全國范圍內率先吹響了水環境治理的號角，要求2017年底前基本消除黑臭水體，2020年底前完成黑臭水體治理目標，河道水質達到地表水Ⅴ類，基本消除劣Ⅴ類水體[4]。

1 工程概況

某河道位于深圳市光明區公明核心片區范圍，為茅洲河中游一級支流，渠道起自后底坑水庫，主河道沿松白路一側布置，至公明北環大道處匯入茅洲河干流，流域面積為15.32 km2，全長為6.24 km， 河道比降約2.3‰。該河道沿岸排水口較多，主要收集片區生活污水及雨水，匯入干流河道。該河道水體黑臭，淤泥上浮，下游垃圾淤積嚴重，入河排污口共計70個。沿岸垃圾、黑臭水、淤泥等散發出刺鼻氣味，嚴重影響附近居民生活。

該河道要求防洪建設標準達到50 年一遇，通過沿河道兩岸污水管網完善工程及初雨截流工程，使旱季污水的收集率達 100%；消除點源污染，控制面源污染，消除黑臭，從而進一步改善渠道水質，在再生水補水(補水水質為 Ⅳ類水)條件下河道水質達到Ⅴ類水。

本工程結合河道改造對沿河市政污水管網進行補充完善，對河道沿線漏排污水排口、雨污混流口進行截排，分段接入現狀已建污水干管，截排入河污水，減少河道污染負荷，使河水水質得到改善，從而改善河道周邊環境。同時根據《深圳市2019年全面消除黑臭工作指引》[5]，沿河道兩岸新建初雨截流系統，控制初期雨水帶來的面源污染。主要包括對河道進行清淤、護岸修復重建、排口接駁和初雨截流系統建設、景觀提升等內容。

2 初雨概念

雨水是自然界水循環系統中的重要環節，對調節、補充地區水資源和改善及保護生態環境起著極為關鍵的作用[6]。城市化快速發展導致地面的滲透能力急劇下降，地面污染物堆積，經過雨水沖刷后帶走了大量的污染物。因此，初期雨水中所含有污染物較高、對河道水質沖擊負荷較大，通常含有難以溶解的懸浮污染物、溶解或膠體狀的污染物，易對河道水質造成較大影響。

初雨就是降雨初期時的雨水，一般指地面10～15 mm厚已形成地表徑流的降水，由于降雨初期，雨水沖刷屋面、路面等使得雨水中含有大量污染物質，前期雨水的污染程度較高，甚至超出了普通城市污水的污染程度[7-8]。目前國內外相關規范、標準及學者對初雨相應量化的界定方式見表1所示。

表1 不同規范、標準及學者對初期雨水的界定

3 初雨截留系統的布置及應用形式

該河道沿線排口較多，多為混流排口，漏排污水得不到有效控制。另外初雨入河加劇了面源污染，河道水質難以達到“不黑不臭”。根據《深圳市2019年全面消除黑臭水體工作指引》，沿河全段兩側新建初期雨水截流管，控制初雨面源污染，初雨截流管沿該河道經北環大道南側埋管接入上下村調蓄池，在調蓄池經過處理后排放入茅洲河。

初雨截留系統主要由河道兩側的初雨截留管、截留井及限流管構成，初期雨水通過截流井中限流管流入初雨截留管收集后排入初雨調蓄池，待雨量較大時通過截流井溢流流入河道。該河道流域范圍經過配套的雨污分流工程已經實現了徹底的雨污分流，上游的污水已基本剝離，雨季雨水通過市政雨水系統匯集后排入河道。在該河道上游后底坑水庫起始至與南光高速交叉處河段，沿河道兩側布置兩條初雨截留管，因該河道在南光高速交叉處至下游河口左岸約1 km的范圍無排口，故將該處左岸初雨管跨河接入右岸初雨管，初雨截留系統接入了該河道所有的雨水排口，在每個雨水排口處設置初雨截流井。依據室外排水設計規范GB 50014—2006(2016版)取7 mm對初期雨水進行截留，截留倍數n0取2～5，經過初雨截留系統匯集后最終流入上下村調蓄池，經過處理后排入茅洲河。該河道初雨截留系統平面布置示意如圖1所示。

圖1 該河道初雨截留管斷面示意

該河道匯水面積為7.76 km2，經SWMM模型(暴雨洪水管理模型)計算，本工程初雨設計總流量為21 141.70 m3，峰值流量為4.71 m3/s，在河道邊坡坡腳兩側布置 DN600-DN1500的混凝土管，采用混凝土包封，初雨截留管墊層澆筑10 cm厚C25素混凝土，包封選用C25混凝土，每間隔1 m布置一道箍筋進行定位。河道初雨管典型斷面示意見圖2。

圖2 該河道初雨截留管典型斷面示意

4 初雨截留系統對河道水質提升效果分析

該河道為光明區公明核心片區內的排洪渠，上游無水源流入，因茅洲河常水位高于該河道下游河口高程約1.5 m，在入茅洲河河口處有一道橡膠壩閘門長期處于關閉狀態，待下雨水位高過茅洲河常水位 2.5 m 時才會啟動閘門進行排洪。故該河道長期處于封閉狀態，無其他水體交換，在綜合整治之前，全線黑臭，沿線70%的排口為雨污合流排口，周邊污水錯接亂排，直接排入河道造成河道污染嚴重，是光明區典型的“黑臭”河道。

為了保障河道水質達標，在本工程實施的同時，同步對片區范圍內的工業廠區及居民小區實施雨污分流、生態補水等相關工程，在其他工程實施完畢后，在雨后對實施初雨截留系統前后的各個河段取水質進行檢測，因雨后河道透明度普遍較差，沒有參考意義，故本次樣品主要檢測了氨氮、溶解氧以及氧化還原電位3個水質指標，驗證初雨截留系統對河道水質的提升效果。初雨截留系統實施前后水質對比分析見表2。

表2 初雨截留系統實施前后水質對比分析

從表2中可以看出，在初雨截留系統實施前，上游河道水質相對較好，從上游到下游隨著雨水將地面的污染物沖刷入河后水質逐漸變差；而初雨截留系統實施之后，其中河道上下游的氨氮含量對比實施之前有明顯下降，溶解氧和氧化還原電位均有不同程度效果的提升，并且從河道上游至下游效果逐步提升。另外，從表中可以發現，實施初雨截留系統之前，河道下游的水質在雨后已呈現輕度黑臭狀態，實施初雨截留系統后，能夠較好的保證河道水質在雨后不黑不臭。由此可見，初雨截留系統能夠較好地抵抗雨季地面污染負荷對于河道的沖擊，對河道水質的提升起到了非常重要的作用。

5 初雨截留系統建設經濟性分析

本工程主要包括截污、河道治理、管線改簽、景觀綠化以及初雨截留工程，初雨截留工程主要沿著該河道兩側新建10.93 km的初雨截留管。建筑安裝工程費用總計25 497.77 萬元，初雨截留工程總計6 664.85萬元，占工程總價的26.14%。由第4節可知，初雨截留系統對于雨后河道水質的提升有著顯著的效果，對河道氨氮的去除率約在29.27%。本工程通過較小的工程代價實施初雨截留系統，對保障河道雨后水質起到了較好的作用，有效的防止河道雨季出現“返黑返臭”的現象，實現河道的長治久清。

該河道位于城區中心地帶，綜合整治河段長度6.24 km，在綜合治理完成后，改善了河道流域的水環境， 使河道成為一條具有安全、生態、景觀的生態河道，實現了“水清岸綠、魚翔淺底”的場景，極大的提高了河道流域人居環境，并消除現有黑臭水體對沿岸居民身體健康造成的不良影響，兩岸的土地價值也會隨之上升，社會、生態、環境、健康效益巨大。故從經濟性及河道水質提升的角度出發，在河道水環境綜合整治工程中建設初雨截留系統是必要的。

因此，對于河道水質要求較高的部分地區，可以采用三水分離(雨水、污水、初期雨水徹底分離)的建設思路，實施初雨截留系統，同時相關的配套工程如初雨調蓄池、雨污分流、生態補水等工程的建設應及時規劃，同步實施，以保障河道水質，提升社會效益。

6 結語

1) 經過本工程初雨截留系統的運行分析，初雨截留系統可以較好的控制雨季河道水質，對于河道氨氮、溶解氧及氧化還原電位等指標有著較大提升，能夠較好的保障河道水質。

2) 對于河道水質要求較高的部分地區，可以采用“三水分離”的建設思路，實施初雨截留系統，同時相關的配套工程應同步規劃實施，以保障河道水質，提升社會效益。

3) 本工程成功采用初雨截留系統來提升河道水質，并運行良好，驗證了初雨截留系統對河道水質提升的良好效果，可為河道水環境綜合整治項目提供技術性參考。