简阳市旧城区沱江水环境治理与合流制截污箱涵设计的思考

韦柳延

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司， 成都 610081）

1 项目背景

2017年8至9月，中央第五环境保护督察组对四川省开展了环境保护督察工作，并于2017年12月22日向四川省反馈了督察意见。简阳沱江段、绛溪河段均在整改方案要求范围。2018年四川省出台《沱江流域水污染防治规划(2017—2020年)》，明确到2020年，沱江流域纳入国家和省考核的监测断面水质优良率(Ⅰ-Ⅲ类)达65%以上，全流域劣V类水体基本消除。为保护沱江水环境，促进城市的社会经济与环境协调发展，治理地方水环境污染，控制旧城区合流制管网溢流污染，沱江截污箱涵的建设迫在眉睫。

2 国内外截污箱涵建设情况

我国深圳、广州、英国伦敦等建成时间较长的城区，早期多采用合流制排水体制。随着城市发展，为减少合流水对城市水体的污染，许多老旧城区大力开展雨污分流制改造。由于旧城区建筑林立，导致城市内部彻底的雨污分流改造工作进展困难。这些地区沿河修建了截污管涵，很大程度上缓解了溢流污染。深圳市观澜河干流截污箱涵，开建于2008年，2009年完工，总长度22千米，箱涵尺寸2.5m×2.0m～5.0m×4.0m，建设3处分散调蓄池，总调蓄容积48万m3，观澜河截污箱涵建成后，极大改善了观澜河长期以来的黑臭状况。我国广州市老城区大部分采用合流制排水系统，雨季合流水溢流频繁。2013年，广州市在地下修建8条深层截污隧道，总长86.4千米。该隧道主要解决老城区内涝和合流溢流污染问题，并相应提高了截流倍数，大幅度减少排入珠江的污染物。英国伦敦为改善泰晤士河道水质，伦敦市2007年启动建设泰晤士河深层隧道对合流水进行收集截流。

3 旧城区排水现状

简阳旧城区目前排水体制为雨、污合流制。旧城区市政道路下方已建设雨、污合流管道（方沟），纵横交错，管道规格为d300～d1000，沟渠规格为400×400，600×300，700×800等。沱江右岸的截污干管管径为d800、d1000、d1500；绛溪河右岸截污干管管径为d800；绛溪左岸的为d600～d800。

根据现场踏勘情况及实测地形图，沱江右岸现状合流排出口：16处；现状雨水排出口（目前无水）：2处（均位于简州大桥以北段）；沱江现状截流溢流口：14处。

简阳旧城区沱江截污干管主要存在以下问题：（1）截污干管全线处于满水运行；（2）截留溢流井全线普遍存在向河水中溢流的情况；（3）污水检查井普遍存在淤塞；（4）沿线较多水下溢流口；（5）经维修后的管道存在维修修补处出现较大漏点；（6）变形缝普遍存在漏水情况；（7）沿线大型截留溢流井堰口较低；（8）正在修建地下车库项目将截污干管破坏；（9）截流井与箱涵不恰当交接处理。

4 合流制截污箱涵规模设计

4.1 总体思路

旧城区人口密集，建筑林立，交通流量大，短期内无法实现完全雨污分流。项目在充分结合现状的情况下，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调蓄空间用以截流旧城区初期雨水，进而对合流制水体下河的污染物总量进行削减。

4.2 设计流量

截污箱涵除了考虑收纳旱季污水量，还考虑接纳服务范围内的初期雨水量。其中，旱季污水设计规模可根据面积比流量来确定；初期雨水降雨量按4mm计算。经计算，旱季污水量为738.2L/s，需要调蓄的初期雨水为16520.4m3。由于接纳初期雨水量，截污箱涵的尺寸适当放大，满足初雨调蓄量，具体计算尺寸如下表：

表4 .1 箱涵设计尺寸

4.3 截流倍数校核

上游段截污圆管涵实际输水能力为2949.51L/s，下游段截污箱涵实际输水能力7292.72L/s。根据 Qj=（n0+1）Qdr，上游段截污箱涵截流倍数为：；下游段截污箱涵的截留倍数为：

通过计算，设计截污箱涵的截流倍数高于国家相关规范取值2～5，可大幅度降低合流溢流水量对沱江的污染。

5 箱涵断面形式选择

箱涵一般采用矩形或方形断面，项目沱江下游段箱涵尺寸为2.5m×2.5m。考虑到旱流污水量较少，流速小，容易出现淤积现象，项目拟对箱涵断面进行优化。将2.5m×2.5m箱涵分为上部连通的两格，隔墙采用现浇混凝土，其中临堤防侧作为旱季污水舱，内部设置流槽，改善旱季时的水力条件；雨季水量大时，则通过隔墙进入临河侧的雨水舱。经过优化，旱流污水在污水舱内通过流速为v=0.88m/s，设计水深h=0.73m，大于优化前流速0.54m/s。

图3 截污箱涵断面形式

6 溢流方式的优化

目前简阳旧城区采用在截污干管设置截流溢流井的形式， 每隔一定距离设置一处，旱季污水通过截污干管送至城南污水处理厂，雨季超量合流水则直接溢出沱江。由于溢流井直接设置于临河干管，河水挟带的泥沙可进入截留井，造成截污干管泥沙沉积，最终排水不畅，出现堵塞淤积现象。

为了减少洪水期泥沙进入截污箱涵，项目结合预埋雨水管，将溢流途径改为由新建雨水管溢流的方式，雨季箱涵内超过截流量的合流水通过溢流连通管进入雨水管后排除。该方式可最大限度的减少洪水期合流泥沙进入箱涵。

7 截污箱涵的源头拦截

本项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。尽管新建箱涵过流断面较大，由于其本质上仍为合流制管涵，超过其容纳范围的雨水依然会溢流进入沱江。因此为进一步减少溢流水对沱江的污染，项目中对同步改造的市政道路雨水口增设滤桶。通过滤桶的拦截，有效去除雨水径流中的漂浮物、固体垃圾、油和油脂等污染物，减少雨水排水口出流的污染量。同时，雨水口内设防臭管，其管口朝下淹没在水中，油脂和浮渣等被拦截在井体内部，防止合流管道中的异味逸出。

8 初期雨水典型污染物削减量

通过上述技术措施，本项目对简阳旧城区降雨的径流污染物截流做以下粗略计算。项目中截污箱涵接纳的初期雨水总调蓄量为16926m3，而城南污水处理厂约有1.4万m3/d的富余量，因此本项目收集的初期雨水约有82.7%进入城南污水处理厂进行处理。

根据《简阳市水资源综合规划》，可得到简阳市1971-2016年多年平均降雨量数据，通过计算可得出旧城区降雨量及初期雨水调蓄水量。计算结果见表7.1。

表7 .1 简阳市多年平均降雨量（1971-2016）及初期雨水调蓄水量

由上表可知，本次设计截污箱涵调蓄并处理的雨量为每年247.2万m3，由于缺少当地初期雨水污染物浓度相关资料，故本次设计初期雨水污染物浓度参照现状城南污水处理厂进水浓度，初期雨水处理后浓度按一级A排放标准。初期雨水径流污染削减计算见表7.2。

表7 .2 初期雨水处理对径流污染削减成果

根据计算可知，通过本次设计截污箱涵对初期雨水进行调蓄并输送至污水厂进行处理后，径流污染物中COD削减量为741.6吨/年，削减率为70.84%；BOD5削减量为346.08吨/年，削减率为77.14%；SS削减量为61.8吨/年，削减率为59.03%；总磷削减量为615.53吨/年，削减率为82.31%；总氮削减量为49.44吨/年，削减率为47.23%；氨氮削减量为98.88吨/年，削减率为73.46%。

综上所述，本项目设计的截污箱涵不仅能解决旧城区污水排放问题，还能对雨水径流所产生的面源污染起到较好的去除效果，为沱江流域构建良好的水生态系统提供了坚实的基础。

9 结语

本研究通过对简阳市旧城区实际情况的分析，优化设计了符合当地实际情况的截污管涵，同时采取源头拦截以及末端截流的措施进一步有效地解决简阳旧城区雨污水排放问题，基本杜绝河道水体渗入截污干管以及污水渗出河道的现象，大大改善了沱江水体（简阳段）质量，为简阳人民创造了美好的人居环境。

虽然本项目截流式合流制箱涵减少了排入沱江的污染物，但仍然存在不足之处：中、小雨时雨水被截流至截污箱涵，流向城南污水处理厂，增加污水处理量；大到暴雨时箱涵中的水量猛增，污水和初期雨水会一并溢流至雨水管，排入沱江，对水体造成一定的污染。因此建议相关部门加大资金投入和配套制度建设，尽快完成旧城区雨污分流改造，保证从源头上污水不进雨水管，外水不入污水管；同时加强对管道的养护，定期清运管道内部的沉积物，减少雨水排出口的出流污染物，早日实现“清水绿岸，鱼翔浅底”的美好局面！