成都市中心城区深层隧道排水系统规划研究

2017-06-26李莉陆柯

城市道桥与防洪 2017年6期

关键词：调蓄深层成都市

李莉，陆柯

（成都市市政工程设计研究院，四川成都610063）

成都市中心城区深层隧道排水系统规划研究

李莉，陆柯

（成都市市政工程设计研究院，四川成都610063）

“水少为忧、水脏为患、水多为灾”，近几年“水问题”成为了我国大多数城市可持续发展急待解决的一大难题。成都市中心城区经过多年的快速发展和高强度开发建设，也暴露出一些城市病。在城市排水系统和水环境方面，问题集中表现在排水管网及污水处理能力不足、城市排涝能力偏低、城市雨水径流污染问题突出、局部合流制系统与雨水下河口未得到有效整治4个方面。针对以上问题对标国内外先进城市建设经验，本次规划研究对浅层改造方案和深层隧道调蓄方案进行技术研究分析后，推荐采用“两环四射”深层调蓄隧道为核心的深层隧道排水系统，解决成都市中心城区当前以及远期发展将面临的城市排水系统问题及水环境问题。

深层隧道排水系统；浅层改造方案；深层隧道调蓄方案；模拟仿真

1 排水系统现状及存在的问题

1.1 污水系统

随着城市化进程的推进，城市人口不断增加，成都市中心城区（以下简称中心城区）范围内污水排放总量以每年约10万t/d的规模递增[1]（见图1）。根据成都市水务局的相关统计资料，截止2016年年底中心城区8座污水处理厂处理规模已达199万t/d，实际处理污水达173万t/d，基本可满足中心城区范围内污水排放的需求。但是，由于城市产业布局及人口分布不均衡，使得各污水处理厂来水量与处理规模不匹配，且各污水处理厂之间也缺乏必要的调配能力。同时，原有的管网建设标准与城市高密发展水平不匹配，使得已建污水管道管径偏小，大量外来水（地下水、河水、雨水等）渗入污水管道系统，使得污水管道存在瓶颈、淤积、破损、错接等问题。以上种种导致中心城区部分污水管道系统长期处于带压运行状态。根据成都市排水设施管理处的相关调查：带压运行污水管道系统的服务面积约341km2，约占总服务面积的61%；带压运行的污水主干管（d≥700 mm）长度约为205km，占污水主干管总长度的60%[2]，如图2、图3所示。

1.2 雨水及防涝系统

图1 成都市中心城区污水处理量递增趋势图

图2 成都市中心城区污水管道带压运行区域分布图

近几年成都市亦如国内其他城市一样内涝频发，给市民的生产生活和交通出行带来一定的影响。尤其是2011年“7.3特大暴雨”，中心城区6座车行下穿隧道出现严重积水，40条主要交通干道出现不同程度的积水[3]。根据最新《室外排水设计规范》（G B 50014—2006）（2016版）及《成都市中心城区排水（雨水）防涝综合规划》（2014年）[4]的相关要求，中心城区新建雨水管网设计重现期P需达3～5 a，重要地区需达到5～10 a。根据以上标准测算，既有城市雨水管网达标率仅为7%，既有车行下穿隧道雨水泵站达标率仅为4%。中心城区既有城市雨水管网和泵站系统的城市综合排涝能力仅为5～20 a，与《室外排水设计规范》（G B 50014—2006）（2016年版）以及国家对城市防洪排涝工作的要求尚有一定距离。

图3 成都市中心城区污水管道带压运行分阶图

1.3 水环境系统

根据成都市环保局《成都市2014年环境质量报告书》[5]，成都市地表水水质总体为中度污染，主要污染指标为总磷、氨氮和化学需氧量，主要污染河段出现在府河、南河、江安河，中心城区主要河道污染严重。影响中心城区河道水环境质量的主要因素有4类：分散排放工业企业及生活污水，城市径流污染（初期雨水污染），河道垃圾、底泥污染，污水处理厂排放的尾水。再从统计数据来看：雨水年径流量约为4.00亿m3，无序排放污水量约0.59亿m3，中心城区污水处理厂尾水约6.33亿m3（其中流经府河流域尾水有5.23亿m3）。影响中心城区水环境质量的主要污染源为雨水径流和污水处理厂尾水，其中雨水径流产生的C OD污染负荷占2014年C OD污染总负荷50%，并超过成都市限制C OD排污总量，雨水径流与污水处理厂尾水产生的氨氮污染负荷之和已接近成都市限制氨氮排污总量（见图4）。上述两类水中含有的C OD和氨氮是直接导致中心城区水环境质量难以再提升的根本原因。随着城市水环境治理向更深层次推进，由降雨径流冲刷引起的城市面源污染已经成为受纳水体水质安全的重要威胁，因此初期雨水径流污染的控制也成为提升城市水环境质量的关键措施。

1.4 局部老合流制排水系统及雨水下河口

图4 COD和氨氮各类污染负荷示意图

合流制排水系统对城市点源污染和面源污染具有双重影响，其污染来源的多样性和广泛性加大了城市黑臭水体的污染治理难度，因此合流制管道系统的溢流（C S O）污染对城市水体造成了严重威胁，成为了许多城市水体的主要污染源之一。目前中心城区城市排水管网雨污分流率已达到95%以上，但老城区如一环路内的金河、御河两条人工地下河以及一环路与二环路之间的砖头堰（暗河）[6],仍存在不少合流制排水口。由于上述合流制排水系统流经区域的人口密集、改造难度大，多年来无法采用常规手段直接进行雨污分流改造，使得大量污水未经处理而直接排入中心城区的主要河道。根据成都市水务局提供的最新调查资料，目前中心城区存在排污现象的雨水下河口共562个，且分布较为分散，污染源呈多样性；大量雨污水未经处理便直接排入水体，严重破坏了水环境功能，危害市民健康，因此加强对上述合流制排水系统与雨水下河口的控制和监督管理是城市水环境质量得以根本改善的重要途径。

2 规划总则

2.1 深层隧道排水系统

深层隧道排水系统是采用截流措施将现有城市排水系统中的超量雨污水，通过分级输送管道经综合设施汇入深层调蓄隧道，再通过深层调蓄隧道末端提升设施将雨污水分别送至污水处理厂或初期雨水处理厂进行处理，处理出水达标后排放或进行回用。其中深层调蓄隧道是深层隧道排水系统极其重要的组成部分（见图5）。

图5 深层隧道排水系统示意图

2.2 总体技术思路

总结分析东京、广州等国内外发达国家及城市的相关技术及工程案例，可通过“点、线、面”三种方法解决中心城区“排水管网及污水处理能力不足、城市排涝能力偏低、城市雨水径流污染问题突出、局部合流制系统与雨水下河口未得到有效整治”四方面问题。“点、线、面”三种方法以点状分散调蓄（点，浅层调蓄）、线状深隧调蓄（线，深层调蓄）、设施全面改造（面，浅层改造）解决上述问题为基本目标，经分析整合形成两类技术方案：（1）浅层改造方案，即浅层排水系统改造+新建点状分散调蓄设施，可同步提高河道等水体的防洪排涝能力，最终实现中心城区污染物减排及防汛标准提高的规划目标；（2）深层隧道调蓄方案，即部分浅层排水设施改造+新建线状深层调蓄隧道，综合考虑中心城区人口集中、路网密集、建设开发强度高的特点，在对市民生产生活影响最小化的前提下，考虑利用城市深层地下空间（地下40～60 m）建设深层调蓄隧道，配套建设相应的收集及输送管道、提升与处理设施，并结合海绵城市建设技术措施，将中心城区的污水、初期雨水以及涝水等进行收集、处理、调配，实现中心城区污水系统减压扩能、雨水系统防涝提标、面源污染控制及合流制系统与雨水下河口污染控制的综合目标。基于中心城区城市排水系统及水环境系统的现状及发展问题，本次规划研究提出集城市污水收集调度、初雨径流污染治理、防洪防涝等功能为一体的“多功能复合型深隧系统”技术概念，推荐采用以深层调蓄隧道为核心的深层隧道排水系统，解决中心城区当前以及远期发展所需解决的城市排水系统问题及水环境问题。

2.3 规划范围与规划期限

规划范围[7]：成都市中心城区范围为绕城高速以内（含道路外侧500 m绿化带），以及锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区绕城高速以外行政辖区和高新南区大源组团，面积约630km2。

重点研究范围：敏感识别区及试验段服务范围。

规划期限：近期2016～2020年，远期至2030年。

2.4 规划标准

规划标准见表1。

表1 规划标准

3 规划方案

3.1 方案构架

本次规划研究提出“两环四射”深层调蓄隧道为主要框架，整体上沿河、沿环路设置，主要考虑在一级深层调蓄隧道有效转输、截蓄初期雨水及解决污水管道带压问题的基础上，有效辐射整个中心城区，建立中心城区深层隧道排水系统。通过中心城区污雨水的有效调配，解决现有排水系统和水环境存在的问题，提高应对城市发展及人口流动变化的能力，确保城市排水系统和水环境不再增加新的问题。图6为成都市中心城区深隧排水系统总体规划方案。

图6 成都市中心城区深隧排水系统总体规划方案

3.2 整体排水分区

根据汇水走向，以沿府河、锦江布设的深层调蓄隧道作为中轴线，将中心城区深层隧道排水系统划分为东、西两个具备独立排水出路又可互相协调的大型排水分区。

3.3 排水出路

位于南绕城高速外侧的第九污水处理厂（即新生污水处理厂）及锦江为中心城区府河以西区域的排水防涝出路，位于东绕城高速内侧的第六污水处理厂（即龙潭污水处理厂）及马鞍山排洪河为中心城区府河以东区域的排水防涝出路。

3.4 分区连通调度

东、西两个排水分区分别通过位于南三环路天府大道绿地综合设施及东三环路城南高速绿地综合设施实现连通调度。根据污水系统和雨水防涝系统的实际需求进行东、西排水分区间的雨污水调度，为污水管网系统减压、污水处理厂之间水量调度及污水处理厂的远期搬迁、城市防洪排涝及初期雨水面源污染控制提供转输、截蓄的空间。

3.5 “两环四射”深层调蓄隧道规划方案

根据《成都市中心城区深隧排水系统规划》，“两环四射”深层调蓄隧道规划方案包括：

（1）府河—锦江中轴线：始于北府河犀安路南侧绿地综合设施，沿府河向南至三环路新成彭路西南侧绿地综合设施后，继续沿府河向南到达武丁路岁寒园绿地综合设施，再向东折转后继续沿府河至成华公园绿地、天仙南路滨江东路绿地，继续向南沿锦江穿过南三环科华南路绿地综合设施，最后止于绕城高速科华南路提升泵站，将该深隧内截蓄的水经泵站提升后送至新生污水处理厂。

（2）西三环线：始于三环路新成彭路西南侧绿地综合设施，沿西三环路向西经三环路清水河公园绿地综合设施，随后继续沿三环路向南汇入南三环科华南路绿地综合设施。

（3）东三环线：始于三环路新成彭路西南侧绿地综合设施，沿三环路向东经三环路成南高速绿地综合设施，随后继续沿三环路向南汇入南三环科华南路绿地综合设施。

（4）西线：始于连接江安河污水处理厂的三环路清水河公园绿地综合设施，沿清水河向东至琴台路文化公园绿地后，继续沿南河向东汇入天仙桥南路滨江东路绿地综合设施。

（5）东线：始于成华公园绿地，沿市政道路向东至第四污水处理厂，其后继续向东至三环路成南高速绿地综合设施，并向东延伸至第六污水处理厂。

（6）中环西线：始于武丁路岁寒园绿地综合设施，止于琴台路文化公园绿地综合设施。

3.6 工程效益

经水力模型软件X P S W MM模拟，该方案实施后可实现：易淹区改造治理达标104个，治理率为100%；污水带压区减少321.3km2，占总带压区面积94.2%；初期雨水治理率达到100%。