簡陽市舊城區(qū)沱江水環(huán)境治理與合流制截污箱涵設(shè)計的思考

韋柳延

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司， 成都 610081）

1 項目背景

2017年8至9月，中央第五環(huán)境保護(hù)督察組對四川省開展了環(huán)境保護(hù)督察工作，并于2017年12月22日向四川省反饋了督察意見。簡陽沱江段、絳溪河段均在整改方案要求范圍。2018年四川省出臺《沱江流域水污染防治規(guī)劃(2017—2020年)》，明確到2020年，沱江流域納入國家和省考核的監(jiān)測斷面水質(zhì)優(yōu)良率(Ⅰ-Ⅲ類)達(dá)65%以上，全流域劣V類水體基本消除。為保護(hù)沱江水環(huán)境，促進(jìn)城市的社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，治理地方水環(huán)境污染，控制舊城區(qū)合流制管網(wǎng)溢流污染，沱江截污箱涵的建設(shè)迫在眉睫。

2 國內(nèi)外截污箱涵建設(shè)情況

我國深圳、廣州、英國倫敦等建成時間較長的城區(qū)，早期多采用合流制排水體制。隨著城市發(fā)展，為減少合流水對城市水體的污染，許多老舊城區(qū)大力開展雨污分流制改造。由于舊城區(qū)建筑林立，導(dǎo)致城市內(nèi)部徹底的雨污分流改造工作進(jìn)展困難。這些地區(qū)沿河修建了截污管涵，很大程度上緩解了溢流污染。深圳市觀瀾河干流截污箱涵，開建于2008年，2009年完工，總長度22千米，箱涵尺寸2.5m×2.0m～5.0m×4.0m，建設(shè)3處分散調(diào)蓄池，總調(diào)蓄容積48萬m3，觀瀾河截污箱涵建成后，極大改善了觀瀾河長期以來的黑臭狀況。我國廣州市老城區(qū)大部分采用合流制排水系統(tǒng)，雨季合流水溢流頻繁。2013年，廣州市在地下修建8條深層截污隧道，總長86.4千米。該隧道主要解決老城區(qū)內(nèi)澇和合流溢流污染問題，并相應(yīng)提高了截流倍數(shù)，大幅度減少排入珠江的污染物。英國倫敦為改善泰晤士河道水質(zhì)，倫敦市2007年啟動建設(shè)泰晤士河深層隧道對合流水進(jìn)行收集截流。

3 舊城區(qū)排水現(xiàn)狀

簡陽舊城區(qū)目前排水體制為雨、污合流制。舊城區(qū)市政道路下方已建設(shè)雨、污合流管道（方溝），縱橫交錯，管道規(guī)格為d300～d1000，溝渠規(guī)格為400×400，600×300，700×800等。沱江右岸的截污干管管徑為d800、d1000、d1500；絳溪河右岸截污干管管徑為d800；絳溪左岸的為d600～d800。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況及實測地形圖，沱江右岸現(xiàn)狀合流排出口：16處；現(xiàn)狀雨水排出口（目前無水）：2處（均位于簡州大橋以北段）；沱江現(xiàn)狀截流溢流口：14處。

簡陽舊城區(qū)沱江截污干管主要存在以下問題：（1）截污干管全線處于滿水運(yùn)行；（2）截留溢流井全線普遍存在向河水中溢流的情況；（3）污水檢查井普遍存在淤塞；（4）沿線較多水下溢流口；（5）經(jīng)維修后的管道存在維修修補(bǔ)處出現(xiàn)較大漏點(diǎn)；（6）變形縫普遍存在漏水情況；（7）沿線大型截留溢流井堰口較低；（8）正在修建地下車庫項目將截污干管破壞；（9）截流井與箱涵不恰當(dāng)交接處理。

4 合流制截污箱涵規(guī)模設(shè)計

4.1 總體思路

舊城區(qū)人口密集，建筑林立，交通流量大，短期內(nèi)無法實現(xiàn)完全雨污分流。項目在充分結(jié)合現(xiàn)狀的情況下，新建沱江右岸截污箱涵，在分流改造完成前收集合流水；分流改造完成后多余的調(diào)蓄空間用以截流舊城區(qū)初期雨水，進(jìn)而對合流制水體下河的污染物總量進(jìn)行削減。

4.2 設(shè)計流量

截污箱涵除了考慮收納旱季污水量，還考慮接納服務(wù)范圍內(nèi)的初期雨水量。其中，旱季污水設(shè)計規(guī)模可根據(jù)面積比流量來確定；初期雨水降雨量按4mm計算。經(jīng)計算，旱季污水量為738.2L/s，需要調(diào)蓄的初期雨水為16520.4m3。由于接納初期雨水量，截污箱涵的尺寸適當(dāng)放大，滿足初雨調(diào)蓄量，具體計算尺寸如下表：

表4 .1 箱涵設(shè)計尺寸

4.3 截流倍數(shù)校核

上游段截污圓管涵實際輸水能力為2949.51L/s，下游段截污箱涵實際輸水能力7292.72L/s。根據(jù) Qj=（n0+1）Qdr，上游段截污箱涵截流倍數(shù)為：；下游段截污箱涵的截留倍數(shù)為：

通過計算，設(shè)計截污箱涵的截流倍數(shù)高于國家相關(guān)規(guī)范取值2～5，可大幅度降低合流溢流水量對沱江的污染。

5 箱涵斷面形式選擇

箱涵一般采用矩形或方形斷面，項目沱江下游段箱涵尺寸為2.5m×2.5m?？紤]到旱流污水量較少，流速小，容易出現(xiàn)淤積現(xiàn)象，項目擬對箱涵斷面進(jìn)行優(yōu)化。將2.5m×2.5m箱涵分為上部連通的兩格，隔墻采用現(xiàn)澆混凝土，其中臨堤防側(cè)作為旱季污水艙，內(nèi)部設(shè)置流槽，改善旱季時的水力條件；雨季水量大時，則通過隔墻進(jìn)入臨河側(cè)的雨水艙。經(jīng)過優(yōu)化，旱流污水在污水艙內(nèi)通過流速為v=0.88m/s，設(shè)計水深h=0.73m，大于優(yōu)化前流速0.54m/s。

圖3 截污箱涵斷面形式

6 溢流方式的優(yōu)化

目前簡陽舊城區(qū)采用在截污干管設(shè)置截流溢流井的形式， 每隔一定距離設(shè)置一處，旱季污水通過截污干管送至城南污水處理廠，雨季超量合流水則直接溢出沱江。由于溢流井直接設(shè)置于臨河干管，河水挾帶的泥沙可進(jìn)入截留井，造成截污干管泥沙沉積，最終排水不暢，出現(xiàn)堵塞淤積現(xiàn)象。

為了減少洪水期泥沙進(jìn)入截污箱涵，項目結(jié)合預(yù)埋雨水管，將溢流途徑改為由新建雨水管溢流的方式，雨季箱涵內(nèi)超過截流量的合流水通過溢流連通管進(jìn)入雨水管后排除。該方式可最大限度的減少洪水期合流泥沙進(jìn)入箱涵。

7 截污箱涵的源頭攔截

本項目截污箱涵除收集旱流污水，很大一部分用于收集初期雨水。盡管新建箱涵過流斷面較大，由于其本質(zhì)上仍為合流制管涵，超過其容納范圍的雨水依然會溢流進(jìn)入沱江。因此為進(jìn)一步減少溢流水對沱江的污染，項目中對同步改造的市政道路雨水口增設(shè)濾桶。通過濾桶的攔截，有效去除雨水徑流中的漂浮物、固體垃圾、油和油脂等污染物，減少雨水排水口出流的污染量。同時，雨水口內(nèi)設(shè)防臭管，其管口朝下淹沒在水中，油脂和浮渣等被攔截在井體內(nèi)部，防止合流管道中的異味逸出。

8 初期雨水典型污染物削減量

通過上述技術(shù)措施，本項目對簡陽舊城區(qū)降雨的徑流污染物截流做以下粗略計算。項目中截污箱涵接納的初期雨水總調(diào)蓄量為16926m3，而城南污水處理廠約有1.4萬m3/d的富余量，因此本項目收集的初期雨水約有82.7%進(jìn)入城南污水處理廠進(jìn)行處理。

根據(jù)《簡陽市水資源綜合規(guī)劃》，可得到簡陽市1971-2016年多年平均降雨量數(shù)據(jù)，通過計算可得出舊城區(qū)降雨量及初期雨水調(diào)蓄水量。計算結(jié)果見表7.1。

表7 .1 簡陽市多年平均降雨量（1971-2016）及初期雨水調(diào)蓄水量

由上表可知，本次設(shè)計截污箱涵調(diào)蓄并處理的雨量為每年247.2萬m3，由于缺少當(dāng)?shù)爻跗谟晁廴疚餄舛认嚓P(guān)資料，故本次設(shè)計初期雨水污染物濃度參照現(xiàn)狀城南污水處理廠進(jìn)水濃度，初期雨水處理后濃度按一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。初期雨水徑流污染削減計算見表7.2。

表7 .2 初期雨水處理對徑流污染削減成果

根據(jù)計算可知，通過本次設(shè)計截污箱涵對初期雨水進(jìn)行調(diào)蓄并輸送至污水廠進(jìn)行處理后，徑流污染物中COD削減量為741.6噸/年，削減率為70.84%；BOD5削減量為346.08噸/年，削減率為77.14%；SS削減量為61.8噸/年，削減率為59.03%；總磷削減量為615.53噸/年，削減率為82.31%；總氮削減量為49.44噸/年，削減率為47.23%；氨氮削減量為98.88噸/年，削減率為73.46%。

綜上所述，本項目設(shè)計的截污箱涵不僅能解決舊城區(qū)污水排放問題，還能對雨水徑流所產(chǎn)生的面源污染起到較好的去除效果，為沱江流域構(gòu)建良好的水生態(tài)系統(tǒng)提供了堅實的基礎(chǔ)。

9 結(jié)語

本研究通過對簡陽市舊城區(qū)實際情況的分析，優(yōu)化設(shè)計了符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的截污管涵，同時采取源頭攔截以及末端截流的措施進(jìn)一步有效地解決簡陽舊城區(qū)雨污水排放問題，基本杜絕河道水體滲入截污干管以及污水滲出河道的現(xiàn)象，大大改善了沱江水體（簡陽段）質(zhì)量，為簡陽人民創(chuàng)造了美好的人居環(huán)境。

雖然本項目截流式合流制箱涵減少了排入沱江的污染物，但仍然存在不足之處：中、小雨時雨水被截流至截污箱涵，流向城南污水處理廠，增加污水處理量；大到暴雨時箱涵中的水量猛增，污水和初期雨水會一并溢流至雨水管，排入沱江，對水體造成一定的污染。因此建議相關(guān)部門加大資金投入和配套制度建設(shè)，盡快完成舊城區(qū)雨污分流改造，保證從源頭上污水不進(jìn)雨水管，外水不入污水管；同時加強(qiáng)對管道的養(yǎng)護(hù)，定期清運(yùn)管道內(nèi)部的沉積物，減少雨水排出口的出流污染物，早日實現(xiàn)“清水綠岸，魚翔淺底”的美好局面！