平顶山市湛河末端截流排水系统设计

朱新锋，殷世强，魏淑珍，陈云鹏，高小涛，马 浩

( 1.河南城建学院 市政与环境工程学院，河南 平顶山 467036；2．河南省城镇综合设计研究院，河南 平顶山 467036； 3. 舞阳县环境保护局监测站，河南 舞阳 462000；4．黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

平顶山市湛河末端截流排水系统设计

朱新锋1,2，殷世强2，魏淑珍3，陈云鹏2，高小涛4，马 浩4

( 1.河南城建学院 市政与环境工程学院，河南 平顶山 467036；2．河南省城镇综合设计研究院，河南 平顶山 467036； 3. 舞阳县环境保护局监测站，河南 舞阳 462000；4．黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

为改善城区水环境、削减排入湛河污染物总量，2013年平顶山市对湛河进行了水环境综合整治。结合平顶山市现状实际情况，以前期调查为基础，全面考虑各种影响因素，通过综合比选，确定末端截流合流制作为主要方案。详细介绍了污水截流工程设计，包括工程总体方案的确定、截流井的设计等。

合流制排水系统；末端截流；截污；设计

湛河横贯河南省平顶山市中心城区，属于沙河水系。湛河发源于境内宝丰县马跑泉村北，呈西北-东南流向。湛河上游又称乌江河，上游末端至郝堂称湛河，东入卫东区、高新区境，注入沙河，干流全长40.2 km2，两侧支流20余条，流域面积218.57 km2，见图1。

湛河从平顶山市区中央穿过，平顶山市地形呈现北部高、西部高，同时由于湛河主河道及其支沟缺少截污设施而导致两岸大量污水进入河道，河流污染严重。平顶山市湛河综合治理工程，通过对点、面源污染治理、排污管网建设，杜绝城市污水直接排入河道，恢复各类水体功能，提高城市水的循环利用率，保护河道水系的生态环境[1-2]。根据平顶山市湛河治理现状存在的主要问题，2013年平顶山市启动了湛河综合治理工程，任务为治污体系、防洪体系、景观生态三大体系的建设与完善。

图1 湛河主河道及支流概况图

1 平顶山市排污系统现状及分析

由于城市雨污管网建设滞后，加上北部矿区等工矿企业没有完全实现达标排放，形成支流沿岸的生活污水、工业污水加上雨水一起排入湛北排污暗涵或湛河，经过多年初步治理，目前平顶山市排水系统不是很完善，特别是新老城区交界以及北部矿区的污水排放主要由明、暗沟渠及管道直接排入市主渠道。河道内日常径流混有大量的污水，河道本身自净能力较弱，纳污容量偏小，污染严重。随着城市规模的不断发展以及平顶山特有北部矿区的存在，大量工业废水与生活污水直接排入，水体污染程度加剧。

平顶山市目前基本形成了两个污水排水系统，一是湛北排水系统，二是湛河以南排水系统。湛北排水系统位于湛河北岸，共分为五期建设，其中已运行段为一期～三期暗涵，四期～五期暗涵2015年已经建成使用。一期～三期暗涵起点为乌江河入湛河处，终点为吴寨沟西，主要收集湛河以北、大乌路以西的区域及乌江河段全段污废水(包括矿区尾水)。起端在乌江河入湛河口处上游建设有截流堰，截取乌江河河水进入暗涵。一期～三期暗涵尺寸为(2 000×1 500 mm～2 300×1 700)mm。一期～三期暗涵和湛北干管在吴寨沟西侧入湛河处汇合，之后倒虹吸穿越湛河进入平顶山市第一污水提升泵站，穿越湛河管道采用两根DN1 400玻璃钢管。吴寨沟以东至科技路的湛北四期～五期暗涵终点为湛北路与科技路交叉口东北的平顶山市第二污水提升泵站。起点为吴寨沟上游91.91 m(即三期暗涵的终点)，暗涵尺寸为(1 400×1 800 mm～2 400×1 800)mm，i=0.000 3。湛南排水系统在湛南路(凌云路-第一污水提升泵站)铺设有湛南路污水干管，管径为DN 800～DN 1 650。沿南北向凌云路、光明路、新华路等道路铺设有污水干管，由南向北进入湛南路污水干管。湛南路污水干管与湛北暗涵倒虹吸穿河管道一并接入位于湛河南岸、湛南路东段的平顶山市第一污水提升泵站，污水经提升后，沿铺设在湛河南岸的DN 2 000钢筋混凝土排水管道进入平顶山市第一污水处理厂。

目前存在问题是污水管网系统不完善，污水管网的建设与城区道路建设不同步，乌江河口以上没有污水管道，平顶山市区西部、北部矿区工业废水、生活污水及尾矿水未经处理直接排入河道内造成了市区内河道的污染；湛南叶刘西沟的污水直接从湛河南岸排入湛河；开源路湛河桥南西侧的雨水排水口混接污水直排湛河；新华路湛河桥南东侧的雨水排水口混接污水直排湛河；诚朴路东侧排污口的雨水排水口混接污水直排湛河，这4处的污水量均较大，且由于高程问题，无法将其截流至湛南路干管。湛北暗涵容量不足，现平安大道以南、大乌路以西、湛河以北城区污水管道管径不能承担转输平安大道以北规划区的污水任务。同时污水管网系统中存在着雨污水管道混接、雨污合流、污水排入河道等问题。虽然大部分街道均建有雨污管道，按分流制设计，但仍因部分雨污管道交叉，存在排水管道混接等情况。加之1999年湛河市区段进行治理，将湛河以北老城区污水管道均接至湛北干管，雨水管道均接至湛北暗涵，造成实际上的雨污合流。

2 工程总体设计方案

2.1 排污口调查

排污口调查是设计工作的基础，目的是摸清区域内排污口的位置、排污方式、主要污染物排放浓度、排放总量等数据。在前期的调查摸底工作中，从徐洼村到许南路桥两侧所有的出水口进行了调查、测量，共发现两侧排污口100处，同时对排水出口管道管径、标高、位置进行测量，现状排污口可分为如下几类：

(1)常流污水排污口。此类排污口有连续污水流出，此类排污口必须进行截流处理。这种排污口又分为两类，一类为紧邻河道的村庄各家各户的小型排水口，另一类是街道的排水口。

(2)常流污水排污沟。这一类是从北部山区下来的小溪，由于两岸污水汇入形成的排水沟。

(3)雨污混流口。此类排出口平时就有污水流出，主要是由于雨污不分造成，该类别的出水口要进行截流处理。

(4)雨水排水口。此类排水口平时无污水流出，主要为雨季排水出口，该类别的出水口可进行初期雨水的截流处理。

2.2 排水体制选择

合理地选择排水体制是城市排水系统规划和设计的重要问题之一，它不仅影响排水系统的设计、施工及维护管理，而且也影响城市规划和环境保护。环境保护是选择排水体制时所考虑的一个主要问题。采用合流制排水体制，将城市生活污水、工业废水和雨水全部送至污水处理厂进行处理后排放，对防止水体污染效果较好，但这样管网，污水厂规模变大，建设费用也相应增高。分流制排水体制将城市污水全部送入污水厂进行处理，但初期雨水未经处理就直接排入水体，对城市水体也会造成污染。目前分流制国内应用比较广泛[2-3]。

通过对比，目前解决平顶山市污水收集系统存在的问题有两种方案：雨污分流制与截流式合流制( 湛河两侧污水截流管道)。雨污分流要在城区现状道路下重新敷设雨水管道和污水管道，建设费用高。主城区建筑密集的居民区道路狭窄，管道敷设空间受限，同时新建污水管道需要与居民建筑的污水管道衔接，建设周期较长，施工期间对居民的日常生活影响大。平顶山市大部分建成区已按雨、污分流制建设，但存在污水乱接、乱排，使得污水支管未能全部接入污水管道，而且由于系统管理和监管问题等因素，错接问题不可能在短期内得到解决。因此雨污分流制短时间内很难实现。截流式合流制( 湛河两侧污水截流管道) 方案近期沿现状的湛河建设污水截流管道(本次设计管道尽量往湛河外侧敷设，避免湛北暗涵在雨季溢流的现象)，仅针对现状合流制管道末端排出口进行截流，无需对居民建筑污水排出管道进行改造，对周边居民的日常生活影响较小。鉴于此，对于建成区的排水体制采用了分流制与截流式合流制相结合混合制排水体制。即保留已建成的分流制排水系统，利用现状湛北暗涵和新建湛北干管、湛南暗涵等排水管渠系统，截留进入湛河的污水，提高污水收集率，降低城区河道受污染程度。

结合《平顶山市排水专项规划》近远期建设的规划，综合比较两种方案，推荐采用截流式合流制的排水体制。

2.3 截流污水量

截流的污水量规模应该由现各排污口排水量累计测算，但对所有排污口排水流量进行累计连续精确监测测量难度太大，数据相对缺乏。因此本次污水量测算中采用行性研究报告的结果和实际供水量两种方法进行综合确定，先确定旱季污水流量，再据此测算出污水截流量。

方法一：利用《平顶山市排水专项规划》以及《平顶山市湛河治理可行性研究报告》中的相关成果计算该规划中列出了各区近远期的污水量，按照该污水量同比例折算出截流的污水量。与本次污水截流工程相关的排水分区合计近期旱季污水总量Qh= 2.03×105m3/d。

方法二：根据平顶山市自来水公司提供的数据， 2013 年供水总量为3.9×105m3/d。该部分供水量包括全市所有区域的供水量，按比例分配，本工程范围内的日平均供水量为2.42×105m3/d。污水综合排放系数取0.8，则本工程范围内总污水量应为1.94×105m3/d，即近期污水截流管道中收集的旱季污水总量为1.94×105m3/d。

取截流倍数n0= 2，则截流污水总量QZ= (n0+ 1)Qh= 3×2×105m3/d。结合规划与两种计算结果，确定旱季污水流量为2×105m3/d，总截流规模为6×105m3/d。

2.4 污水截流管道设计

平顶山市污水截污管道总体思路是“西分、北截、南调、中加强、源头综合治理”。 所谓“西分”就是利用新建约20 km2的乌江河北干管、平郏路干管、平安大道西延干管等，把平顶山西北部(即第二分区)约28 km2区域，近期3万t/d，远期17.5万t/d的污水分入新城区污水厂，可使污水就近处理，合理利用中水资源，为湛河主河道提供稳定的补水水源。所谓“北截”，就是规划平安大道干管，截留平顶山市北部的污水，防止污水进入市区，同时为城市北扩奠定坚实的基础，但是不在本次建设中。所谓“南调”，就是建设湛南暗涵，解决南岸污水进入湛河的问题，同时调部分湛北污水进入湛南暗涵，合理调配高峰时期湛北暗涵的污水。所谓“中加强”，是指对湛北暗涵进行清淤、维修、改造、延长，保证其发挥功能，提高过流能力。截污管道主干部分有四部分，第一部分是徐洼村沟—石桥营沟—新城区污水厂截污工程(乌江河北干管部分)，此段管道主要沿乌江河北侧布置，在徐洼村沟至石桥营沟至香山沟采用规格DN 1 000～DN 1 400的Ⅲ级钢筋混凝土承插口管共7 305 m，污水排入新城区污水厂。起端管底高程为102.24，末端管底高程91.56。第二部分是湛北暗涵西延干管(新城区污水厂～三江源)共7 205 m。其中规格DN 1 200～DN 1 800的Ⅲ级钢筋混凝土承插口管共2 835 m，规格为DN 1 200～DN 1 800的Ⅲ级钢筋混凝土(顶管专用)共4 370 m。起端管底高程为89.20，末端管底高程82.80。第三部分是三江源至稻田沟段管径采用DN 1 800、坡度采用i=0.000 5。本段暗涵高程与上游湛北暗涵西延干管高程相衔接，并兼顾干管沿线现状排水口及远期规划排水口高程接入的要求，确定起点高程82.80 m，终点高程82.38 m。此段污水在稻田沟西侧通过倒虹吸进入湛南，作为第四部分湛南暗涵起端，湛南总干管共15 461 m。其中规格为DN 1 800～DN 2 000的Ⅲ级钢筋混凝土承插口管共1 565 m，规格为DN 2 200～2 400的Ⅲ级钢筋混凝土(顶管专用)共6 235 m，规格为B×H=(2 800×2 400) mm箱涵共6 860 m，规格为B×H=(2 800×2 400) mm箱涵(顶进箱涵)共110 m。此段起端高程为80 m，到国铁桥76.40 m，末端管底高程为74.10 m，本次截污工程分布见图2。

图2 排污主干布置图

2.5 截流井设计

截流井是截流式合流制排水体系中的重要构筑物, 它不但要对旱季污水进行截流, 同时要将超出一定截流倍数的合流污水排入水体。湛河的排污口数量多，种类各异，有雨污合流管、沟，纯污水口，部分污水沟，同时还紧邻河道的村庄分散排污口。目前平顶山市雨污合流制完全改造成雨污分流制难度较大，在选择对这些老城区排水体制进行改造的方式上，绝大部分地区采用截污式合流制。为了减少对河床断面的影响，本工程实施过程中尽量减少溢流井的数量。根据排污口不同类型设计了不同类型的截留溢流井，同时溢流井设置简易活动格栅以拦截可能进入截污管的生活垃圾等固体废物。对于特殊节点村庄段，首先把各个小的排污口串联起来，再进入排污管道，见图3。

图3 村庄段排污口接入主干管示意图

3 结论

结合平顶山污水排放现状、老城区改造困难等因素综合考虑，采用末端截流的合流制排水体制，在主河道的污水出口处设置污水截流井，对进入河道的污水进行截流，最大可能地收集污水。污水截流管道的建设对河道的行洪能力造成的影响有限。目前截污工程项目已经完成，上游乌江河口以上管道已经贯通，与湛北暗涵连接完成，同时第二泵站已经建成使用，目前旱季污水能够全部进入管网系统。湛河水质目前已经变清，生态系统基本恢复，出水断面稳定达标，不仅改善了市区人居环境, 还大大削减了湛河的污染物总量。

[1] 牛云峰, 张改红, 赵凡, 等. 湛河水质综合评价及保护对策研究[J]. 河南城建学院学报，2009,18(4):32-35

[2] 许俊鸽, 曾朝银. 因地制宜的末端截流排水系统设计方案探讨[J].中国给水排水,2013,29(22)：33-36

[3] 谭琼, 李田, 徐月江, 等. 苏州河沿岸合流制系统雨天溢流频率及其启示[J]. 同济大学学报：自然科学版, 2008, 36( 9): 1232-1236.

DesignschemeofcombinedsewersystemwithendinterceptioninPingdingshan

ZHU Xin-feng1,2, YIN Shi-qiang2, WEI Shu-zhen3, CHEN Yun-peng2, GAO Xiao-tao4, MA-Hao4

(1.CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China; 2.HenanUrbanComprehensiveDesignandResearchInstitute,Pingdingshan467036,China; 3.WuyangEnvironmentalProtectionBureauMonitoringStation,Wuyang462000,China; 4.YellowRiverEngineeringConsultingCo.Ltd,Zhengzhou450003,China)

In order to improve the water environment and reduce the total amount of pollutants discharged into Zhan River, a comprehensive water environment renovation was carried out in 2013 Pingdingshan. Combined with the actual situation of Pingdingshan, based on the preliminary investigation, all kinds of influencing factors are considered comprehensively, and the combined system of end closure is selected as the main scheme. The design of sewage interception is introduced in detail, including the determination of the overall project plan and the designing of the intercepting well.

combined sewer system; end interception; sewage interception; design

2017-07-21

河南城建学院科研能力提升工程项目

朱新锋(1978—)，男，河南叶县人，博士，副教授。

1674-7046(2017)05-0074-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.05.014

TU992

B