老城区合流排水改造设计分析

李宝玉

（山西中方森特建筑工程设计研究院，山西太原 030001）

0 引言

随着城市化进程的加快和城市建设的发展，人们对生活品质的追求也随之提高。城镇化发展带来的是周边基础设施提升、社会资源丰富便捷以及居住环境的显著改善。早期的城市建设，缺乏科学的设计，基础设施规划不合理，尤其是城市排水系统为合流排水，使大量未经任何处理的污水随着雨水直接排入河流，严重污染城市水体。老城区的城市排水管道提升改造受到建筑密集、老旧失修等原因影响而严重滞后，因此对老城区的排水设施进行改造极为重要[1-2]。

1 北方城市对合流管道的改造策略

1.1 改造方法

北方城市由于雨季比较迅猛集中，同时地形宽阔、地势平坦、排水管道较少、河床较高等特点，雨季来临时城市排水不畅。将建筑密集的老城区现有的排水系统改造成分流排水系统，难度大、成本高，比较难以实现。

城市排水管网改造时要充分考虑城市发展速度，对于不加以改造的部分排水管道要定期清淤，并把现有的合流管道改成截流式合流管道。在河道两岸增加管道截流污水，并在截流管道的主干管处增设溢流井，拦截污水并回收至污水处理厂。这样原有的排水管道不需要较大改动，便可以起到过滤污水的作用，特别是能过滤下雨初期雨水中的漂浮物，极大地保护了城市水体不被污染。

1.2 对现有排水管道的利用

对现有合流管道常见的利用方式主要有污水管道和雨水管道，结合北方城市的特点，本文通过以下几个方面对这两种方式进行比较：

1.2.1 对现有排水管道的利用

（1）保留原有合流管道的排水系统，最大限度利用现有的排水设施。鉴于原排水管网系统较健全，排水能力是按照雨水要求设计，能够满足排水需求，并且各雨水收水口和排水口都可保留，仅拓宽部分管径较小的管道即可。

（2）将原排水管道改为污水管道，由于现状排水为合流制管道，对于污水来说管径过大（D800 以上），造成的问题就是流速较慢，污泥易堆积，长时间后造成管道堵塞。

1.2.2 新敷设管道

（1）新敷设污水管道。由于现有的合流管道较浅，而污水管道管径相对雨水管道较小，掩埋较深的特点，新敷设的污水管道位于原排水管道下方，避免了原排水管道交叉冲突。

（2）新敷设雨水管道。现状排水管道埋深较浅，雨水管径较大，新敷设的雨水管道位于原管道上方以不太现实，因此规划雨水管道埋深只能低于原管道，又因为地势较为平坦，随着管道的延长，埋深也迅速增大，势必会为施工增加难度，并且排入河道时还需增设泵站。

2 工程概况

北方某城市，冬冷夏热、气候干燥，每年12 月—次年1 月全年温度最低，6—8 月全年温度最高。老城区的工业医疗、居民生活、建筑应用等活动会产生不同类型的污水，且有不同的排放标准。目前流入该市污水处理厂的污水浓度偏低，可以预知主河流及支流截污管网效果不佳，使大部分城区污水未经处理直接流入河道内，严重污染城市水体。

3 老城区排水现状

3.1 水污染

该市的水系属于黄河水系，水环境容量小、流量低、流速慢，城市污水的排入严重污染了城市水体，导致城区内水质差，枯水期更严重，严重影响居民正常生活。污水处理厂的处理能力不能完全满足城市的污水排放需求，特别是老城区的城市合流管网设计不合理，使污水入厂水质较差，因此改造压力巨大。如何对现有的排水管网进行升级改造，有效发挥排水管网排污分污功能，使城市污水得到有效处理，是当前工程技术人员面临的课题。

3.2 现状排水管沟系统

该城市北城区为老城区，城区的排水系统，由北向南逐渐完善，一分支河流贯穿老城区，该支流承担着老城的防洪排涝功能，沿岸两侧街道较窄，该区段成为城市内涝较为严重的的支流，沿线生活污水均流入其中，周边居民对此反应强烈。

4 排水系统改造策略

4.1 确立排水体制

排水体制是排水系统的重中之重，其影响着城市规划、环境评价、生态建设等领域，同时还涉及排水系统的施工、投资、维护、管理等方面，因此确定排水体制是第一步。本城市排水体制是新城区采取雨、污分流制，老城区用截流式合流排水制。计划过渡阶段将老城区排水系统改造成截流式合流管道，随着老城改造逐步被分流制所取代。

把过渡式分流制定义为按远期污水量埋设污水干管，近期作截流干管用，并逐步改造成分流制。

改造流程：对截流管道进行改造，并在排污口处加装截流井，污水经过截流管、截流井，流入相应的污水处理厂，经处理后再流入城市水体。无论雨季还是晴天均提高了城市污水的处理效率和质量。

4.2 排水改造措施

（1）改造原则。考虑到近远期结合的需求，本片区污水管网原则上相对独立，同时兼顾远期污水需求，重点解决该支流的污染问题。规划污水管管径原则上根据水力计算进行确定，当按计算所得的管径小于最小管径，则采用最小管径。最小管径按以下工况进行确定：①当污水排水方向与地面竖向同坡时，按D300 控制；②当污水排水方向与地面竖向反坡时，按D400 控制。为便于平时维护管理，规划污水管网原则上尽量减少穿越河道、道路等障碍物。

（2）改造布置。该支流承担着雨水和污水排除，混流不利于污水的截流。该支流出水口断面为8.0m×2.3m，出口渠底相对高程3.67m，低于主干管顶标高4.16m。此处水面控制在4.00m，高于出口渠底相对高程3.67m，故目前出口设置一低坝（带手动闸门）防止河水倒灌。在该支流水位下降时，打开闸门将支流水排出。该节点做法不仅不利于污水的收集，而且影响行洪。露天段长度占全长2/5，暗渠段占3/5。目前，该支流污水基本全部溢流到主河流，是造成主河流污染的主要污染源之一。对该支流污水的截流改造可考虑采用以下两个设计方案，如图1、2 所示。

图1 低流槽断面

方案一：首先，在支流与主河流交汇处将支流上游的山泉水从其他支流分流至主河流，减少山泉水与污水混流的比例，这样既有利于支流出口的截流，又可提高支流的污水浓度；其次，为改善支流的水力条件，将露天河段底部清淤并构建低流槽断面，上覆盖板，定时（1～2 次/d）引水冲淤，支流出口处截流至污水主干管。

方案二：支流沿线露天河段居多，露天段渠底部两侧敷设污水管，将两岸原有合流管截流。晴天两侧污水全部收集，雨天混流水部分收集，剩余溢流入河。

图2 截流式合流制

4.3 管网施工

目前，在改造排水管道方面，“出镜率”较高的施工方法有三种，分别是：①管槽明挖；②拖拉管；③顶管。鉴于以上几种埋管实施方案比较，此项目对截流污水管有需求的区域是沿河床底，对埋深不足3.5m 的管道而言，管槽开挖的难度普遍较小，成本也更低，若埋深超过3.5m，管槽开挖需要有关人员利用钢板桩对其进行支护，垮塌等问题时有发生，不仅安全性无法得到保障，周围地区所受影响也极大，此时，便应对非开挖技术加以运用。

5 改造效果

老城区排水系统作为市政工程的核心项目，改造完成后将会对城市建设发展影响深远，主要分为经济效益和社会效益。

经济效益：首先老城区河流污染现状得到有效治理，河流生态系统得到改善，保障了城市居民的饮水安全；其次，重新布置污水排水系统，优化了城市水体环境、提高了老城区土地价值，激活了老城区经济发展的动力。

社会效益：老城区排水系统改造是一项市政工程也是一项民生工程，改造排水系统有效改善了老城区水体污染现状，水体资源得到有效保护，居民的健康饮水也得到保障，老城区居民的居住环境、自然环境得到显著提高。

6 结论

老城区的排水系统改造一步到位难以实现，通过结合城市排水系统近、远期发展需求，制定适宜的城市发展步骤的排水体制和策略，使老城区的排水系统通过旧城改造逐步完善，并逐步改造成雨、污分离的分流制排水系统。进一步提升城市的基础建设，改善城市水体环境，增加城市居民的幸福感。