基于環境保護理念的城市雨污分流設計分析

崔叔陽

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司華南分公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

某市內部含有多條自然河及人工河流，水流由西北向東南排入河流，市內現狀建有長度約600km 的主干河道，兩岸建有大量合流溝渠。根據城市污水收集率、污水廠進水濃度可知，現階段污水收集系統依舊存在雨水混流，污水處理廠高負荷、低濃度等問題，超標污染物溢流也使得受納水體內部生態系統遭受嚴重破壞，水環境問題日益嚴峻，在環境友好型社會建設思想推動下，基于環境保護理念視角，開展城市落實雨污分流優化設計至關重要。

1 雨污分流項目必要性

1.1 排水系統現狀

項目設計路段現狀存在多條污水管及雨水管，但點多面廣，地塊污水接雨水，雨水接污水等現象較多，使得污水管網混入雨水，導致污水處理廠運營成本高、處理效能低，溢流及問題頻發，水環境破壞問題日益嚴峻。據統計，城區內已建成分流制雨污水管網各為60.1km、61.0km，還存在約33km 的合流收集管渠，整體建成區雨污分流率小于70%，離預期目標存在一定差距。另外，該市已建成的2 座污水處理廠，進水濃度偏低，水量偏大。

1.2 存在的問題

（1）雨污分流與清污分流落實不徹底，依據對雨污水量多周期在線監測，筆者對本案例北片區及南片區的雨污系統平均日流量、COD 日平均濃度等參數具體數值實現預測，詳情如表1 所示。由表1 的預測數據來看，整體的運作性能依舊還存在較為明顯的上升空間，雨污混接嚴重，雨水管道旱季存在大量污水問題需重點關注。

表1 基于現實需求考量下的雨污水系統平均日流量、COD 濃度等情況預測

（2）污水處理廠長期處于高負荷、低濃度運行狀態，運行效率無法達到預期。根據污水處理廠處理水質水量數據，現有的兩座污水處理廠進水濃度分別為218.08mg/L、219.21mg/L，明顯低于我國進水濃度標準值291.65mg/L。城市雨污水混流問題使得污水處理廠難以擺脫高承載、低效能運作工況。

2 工程改造設計新思路

在對舊城區雨污分流落實改造設計期間，要首先對地下管線以及建筑內部的排水現狀實現細致物探調查，同時，還要基于具體的調查結果，完善整體的改造設計格局，并基于環境保護理念，設置專業儲存池及緊急排水管道。通過這種方式，可以合理強化城市排水能力，減少城市內澇問題出現頻次，最大化利用水資源，實現環境友好型設計建設目標[1]。

3 改造方案

考慮到本案例雨污分流地點多位于老城區，且整體的基礎配套設施完建時間較早，地下管線十分復雜，地下可用空間基本已被完全使用，故而在城市雨污分流設計期間，需嚴格基于環境可持續保護視角，充分考慮項目實施期間可能對自然、社會環境造成的影響，統籌分析，選取最適宜雨污分流設計及城市改造設計協同發展策略，以綜合效能的有效發揮，避免重復開挖作業出現，有效節約成本，提升城市雨污分流設計質量和效果[2]。

本案例北區，雖然大體已經完成雨污分流建造系統，但內部依舊存有錯接等問題，且很多混接節點都處于主干系統內部，整體的改造難度相對較高；南區問題則集中表現在合流系統、合流溝渠占比高，管渠檢查井破損，滲漏現象的嚴重，也使得整體的設計落實難度進一步提升。下面筆者將結合案例城市片區具體排查報告，以高效解決區域內多個排水分區問題為目標，詳細闡述如何基于環境保護理念視角，優化完善整體的城市雨污分流設計格局。

3.1 市政道路合流系統改造方案

在具體踐行合流系統改造期間，考慮到合流系統分流改造會受諸多因素的影響，為此不能僅將關注重點放在新建多品類污水管道及雨水管道上，還要充分基于現實發展特征，以系統評估數據為依據，以管渠破損狀況為考慮前提，以城市更新道路發展需要為準則，制定因地制宜的設計方案[3]。

首先對重現期是否滿足3 年的管網進行評估，如若滿足，則保留原有合流管道當做雨污分流后主雨水管道，并適當新建污水管；如若不滿足，則要依據對現實狀況需要，判斷是保留部分合流管道，將其當作分流污水管道，還是完全廢除河流管道，并新建兩套分流的雨污管道。其次還要對管線、檢查井修復占比是否超過一半開展評判，如破損占比小于50%，則保留原有合流管道，并適當新建分流至污水管道、雨水管道，如若大于50%，則要考慮廢除合流管道，并新建分流制雨污水管道。最后還要對道路提升改造之后管道覆土是否超過0.7m 開展評判。如若超過，則保留合流管道，并適當新建分流至污水管道及雨水管道。如若不超，則考慮廢除合流管道，全部新建分流制雨污水管道，合流系統分流針對性改造方案如圖1 所示。

圖1 合流系統分流針對性改造方案

3.2 管位與雨污水收集系統形式選擇

不同格局的城市道路，對于管網及雨污水收集系統有著不同的需求。對于城市主干路及支路而言，因道路四周建筑緊挨道路紅線，且地下管道會集中位于人行道下方，故而新建排水管道，可適當選取布設在非機動車道下部，嚴格確保管道與路緣石相差距離大于1.5m；對于巷道這一格局體系，因其四周建筑物都緊鄰巷道，且周邊多以老舊小區為主，地下空間已基本被完全使用。為此，針對此等格局，落實雨污分流改造期間可重點采用如下兩種方式展開：①若可開發空間大于1m，要對現狀排水管道實施城市內澇風險評估。如若發現評估效果較佳，則保留使用，并將保留部分當做分流制雨污水收集系統。如若不滿足保留條件，要考慮廢除全部新建雨污水管道。②若可開發空間明顯小于1m，要盡最大可能將現存排水管道設施全部保留，并借助定位修復、局部改造等行為，將其當作分流式污水收集系統[4]。

同時還要具有統籌意識，完善整體的雨污分流系統設計格局，以本案例為例，本案例基于案例市的暴雨強度，優化雨水系統設計布局，以盡可能避免城市內澇等問題出現。本案例對應城市暴雨強度公式如下。

式中：Q——降水現實強度，L/（s·hm2)；P——重現期，a，通常情況下，重現期采用3～5 年；t——降雨歷時。

基于對實際需要的分析，本案例設計了降雨預警結構，嚴格以城市常規流量為依據，對降雨量實現了預警，雨水優化利用系統如圖2 所示。

圖2 雨水優化利用系統

系統主要包括沉淀池、儲水池、預警池，為完善整體的設計格局，沉淀池上方要設置一定規格的進水管道及出水管道，以保障雨水順利進入沉淀池之后，能夠快速在底層匯集，順利實現雨水沉淀；經由沉淀后，雨水會持續累積，并沿著上方輸送管道，向儲水池排放。在此時，存在雜質的雨水會沉積在沉淀池底層。為保障工作有序推進，蓄水池上方也要設置一定規格的雨水進出水管道，進口處與沉淀池相連接，而出口處則與預警池相連接，待儲水池內部已順利盛滿干凈雨水之后，即排向預警池，通過預警池的水位、流量達到雨量預警功效。在此種設計格局作用下，短歷時降雨將得到有效緩沖，可緩解城市內澇，實效性顯著。

3.3 特殊節點附屬設施選擇

雨污分流進行期間，常會受上游、下游控制點的制約，使得污水管道標高出現沖突問題，鑒于此情況，可采用交匯井手段，針對性處理交匯方式，可嚴格依據標高沖突是否可調整作為參考，決定是否新建豎向交匯井，以本案例為例，考慮到案例在具體進行期間標高沖突，無法實現針對調整，故新建多個豎向交匯井。同時，為方便后期維修，還將橫穿管道緊靠在檢查井一側。后期經投入使用后發現此等設計格局實用性較強，維修起來十分便利，有著可觀的經濟價值。

再以多種類雨水排放管道設計為例，本案例基于實際需要，設計了3 種種類不同的雨水排放管道。多元雨水排放管道如圖3 所示。

圖3 多元雨水排放管道

其中，A 管道負責向污水管道排放合流管中的污水，B 管道負責雨水收集利用，C 管道則負責雨水排放進河流。未發生降雨時，B 管道處于關閉狀態，污水會通過A 管道排入污水系統，最終排入污水廠處理；一旦出現持續降雨，則關閉A 管道，開啟B 管道，使雨水能夠經過B 管道排入雨水利用系統；需注意，如若出現暴雨等較極端天氣，發現僅將B 管道開啟，難以滿足城市排澇需要，則要將C 管道及B 管道同時開啟保障多余雨水能夠順利沿著管道實現有序排放[5]。

3.4 庭院出戶管接駁

庭院出戶管接駁這一工序也屬于雨污分流落實的重要一環。在對庭院落實針對性接駁期間，作業人員需嚴格基于庭院分流實況，實現細致化分類改造。

針對已順利完成雨污分流的庭院，要充分分析其雨污分流竣工數據，保障出戶管與道路順利落實完相應的分流作業之后，再對接外圍雨污水管網，庭院出戶管一類的接駁落實如圖4 所示；針對已分片區建設完畢具體雨污水系統，但系統仍存在錯混接問題的庭院，要充分結合庭院錯混接節點設計思路，保證所有改造作業順利完成后，再封堵截流井內污水截流管；針對那些未實現分流的庭院，相關作業人員需有提前意識，預先在排水系統末端，布設規格與國家標準相統一的雨水檢查井位置。隨后即可基于雨污分流設計發展需求，快速將庭院雨水系統與提前預留的對應雨水井實現直接接駁操作。

圖4 庭院出戶管一類的接駁落實

4 結語

綜上所述，城區雨污分流改造是一項系統性工作，而本文基于環境保護視角對案例城市雨污分流工程加以研究，并以合流系統優化改造方案落實、管位與雨污水收集系統格局模式設計、特殊節點附屬設施設計、庭院出戶管接駁針對性設計為切入點，制定的城市雨污分流設計格局，在環境友好型社會建設實施背景之下，能夠較好地滿足水資源持續利用需要，對城市可持續發展具有一定的參考意義。