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城市雨污分流的改造设计

2023-08-20陈家平丁晓涛

黑龙江科学 2023年14期
关键词:雨污检查井庭院

高 翔,陈家平,丁晓涛

(云南省设计院集团有限公司,昆明 650100)

0 引言

随着城市建设的发展,污水收集与处理设施也在不断完善。《2018年城乡建设统计年鉴》数据表明,至2018年底,全国城镇污水收集率为95.49%,污染物负荷收集率为61%[1]。但现阶段,城镇污水收集处理系统仍存在大量雨水混流、雨季污水管渠浓度低且运行水位高、污水处理厂常年高负荷运行、进水浓度低、运营成本高、处理效能低下等问题,雨水收集系统存在污水混入问题,导致河道水质恶化。

高原湖泊经过多年的全域治理,水质已经逐渐好转并趋于稳定,但部分城市湖泊出水河道存在水质超标严重的情况。超标污染物主要包括氨氮、总磷、化学需氧量,原因主要是城市雨污分流不彻底,面源污染得不到有效控制,雨水系统不满足直排湖泊的条件,沿湖建设排水主干系统,系统雨污水管渠浓度接近,污水通过主干系统转输至湖泊下游污水处理厂,雨水通过主干系统转输至湖泊出水河道下游排放。而城市长期面临污水处理厂高负荷低浓度运行、收纳水体生态系统遭受严重破坏等问题。

以某高原湖泊城市为例,根据其排水系统运行情况指出存在的问题,结合雨污分流改造过程中的难点,分析设计要点,为类似工程实践提供参考。

1 排水系统现状及其存在的问题

1.1 排水系统现状

收集系统:城市建成区已建分流制污水收集管61.1 km,分流制雨水收集管62.1 km,合流收集管渠32.1 km,城市建成区雨污分流率<50%。雨污水主干系统:根据城市地形及主要河道划分为北区、南区两个片区,分别沿河湖岸边建设有排水双舱箱涵(雨水舱与污水舱之间设置有隔墙),箱涵总长12.76 km,城市建成区全部污水与部分雨水均通过箱涵转输至湖泊出水河道下游,雨水直排河道,污水进入污水处理厂。城市建有2座污水处理厂。

1.2 存在的问题及分类

主要存在以下问题:①雨污分流与清污分流不彻底。城市污水均排至沿河湖岸边建设的排水主干系统中,通过离线模型与在线模型法对雨污水量进行规模预测及在线监测,根据水质水量监测数据与规模预测数据对比分析,得到城市北区与南区雨污主干系统平均日流量、平均日COD浓度与雨污水混流及清污混乱的预测情况详见表1。②污水处理厂长期高负荷、低效率运行。根据污水处理厂水质水量在线监测数据,2座污水处理厂运行水量负荷分别为79.63%、94.67%,水厂COD进水平均浓度分别为218.38 mg/L、219.19 mg/L,BOD浓度分别为80.8 mg/L、81.10 mg/L,污水处理厂长期存在运行负荷较高、进水浓度偏低的情况。

表1 雨污水主干系统平均日流量、平均日COD浓度与雨污水混流及清污混乱情况预测

通过上述数据分析可以看出,城市雨污水混流与清污混乱的情况较严重,大量清水与雨水混入污水收集系统,导致污水收集系统与污水处理厂长期处于高负荷、低效能的运行工况。大量污水混入雨水收集系统,末端直排收纳水体,对城区水体生态系统造成严重破坏。结合排水系统GIS数据、管线初排情况及排水主干系统的服务范围,将城市建成区共划分为12个排水分区,根据河湖沿岸主干系统与城区市政雨污水收集干管的水质水量监测数据及报告,对12个排水分区问题进行分级,对问题严重的区域进行管道清淤与CCTV全线检测。通过深入摸排及对排水系统的评估分析,将主要问题分为以下几类:①老城区雨污分流不彻底、清水入渗严重。城市南区作为该城市最早的经济中心,大部分基础设施建设时间较早,该片区排水系统的主要问题为排水系统以合流制为主(合流制占比>50%),排水管道管材以钢筋混凝土管道为主,大口径管道为平口管,接口脱落情况严重。排水检查井基本是砖砌井,检查井渗漏情况严重,南北片区现状排水管道共发现结构性缺陷与功能性缺陷5998处。排水系统缺乏定期的维护管理,导致管网病态较严重,城区又紧邻湖泊,地下水位较高,大量地表水、地下水通过破损的砖砌井、管道结构性缺陷节点进入管道内,导致污水收集系统长期处于高运行水位、低浓度的情况。②雨污分流片区错混接严重。北区开发建设相对南区要晚,排水体制已基本实现了雨污分流,但通过排查分流制排水系统发现存在大量的错混接,雨污分流管网发现错混接节点49处(不含庭院错混接),导致整个片区雨污水收集主系统浓度基本一样。

2 改造方案

雨污分流与清污分流的核心及难点集中在老城区,该区域以老旧小区及城中村为主,市政基础配套设施建设时间早,已无法满足城市的发展需求,地下管线繁多杂乱,巷道地下空间已基本全部使用。雨污分流改造是一项涉及范围广、地下空间利用高的工程,项目实施对自然环境、社会环境都有一定的影响,需同步分析雨污分流改造与城市更新改造及老旧小区改造,发挥综合效能,节约成本,避免城市短期内的反复开挖,实现统筹协调,提升城市居民的幸福感及获得感。

设计方案以排查出的问题及绩效目标为导向,通过对问题的分级,以工程措施为主要抓手,对问题清单进行逐项消除。结合各片区排查报告及诊断分析报告,对12个排水分区问题进行分级,根据问题等级、绩效贡献率及城市更新实施计划进行分项、分阶段实施。城市北区已基本完成雨污分流,但存在错混接严重的情况,错混接节点大部分位于主干系统,虽然问题点位较分散,但改造难度较小,绩效贡献较高。南区主要问题为合流系统占比较大、排水沟渠占比较高、管渠及检查井破损渗漏情况严重,改造难度大且周期长。结合问题类别及区域特点,优先实施绩效贡献率高、具有实施条件的市政道路雨污分流及错混接改造,再逐步推进巷道及庭院雨污分流,从末端到源头逐步推进。

2.1 市政道路合流系统改造方案

市政道路合流系统分流改造影响因素较多,方案的确定不能盲目考虑新建污水管道或雨水管道,需结合系统分析及评估数据确定。结合系统内涝风险评估情况、管渠破损情况及城市更新市政道路要求,制定改造方案见图1。

图1 市政道路合流系统分流改造方案Fig.1 Diversion reconstruction scheme of municipal road confluence system

2.2 管位与雨污水收集系统形式的选择

城市主次干道与支路。道路周边建筑紧邻道路红线,地下管线集中布设于人行道下,建筑物往人行道方向>2 m的地下空间均布设有管线,行人道下已不具备埋设排水管道的条件。新建排水管道可选择布设于非机动车道或机动车道下,管道与路缘石净距宜≥1.5 m,防止灯杆及交通杆件等地上设施离沟槽太近,增加施工安全隐患及工程费用。新系统建成后,可废除人行道下原有系统,并将该管位作为城市更新中其他管线的改造管位。

巷道。工程范围内现状巷道宽度为4~8 m,巷道内人车混行,周边建筑紧邻巷道,且周边建筑以自建房及老旧小区为主,地下管线主要包括给水管线、燃气管道及排水管渠,地下空间已基本被使用。针对巷道内的雨污分流改造,采用以下几种方式:可开挖空间≥1.0 m,对现状排水管渠进行内涝风险评估及结构性破损分析,若可保留使用,将其保留作为分流制雨水或污水收集系统,再新建一根排水管道,若不具备保留条件,则将其废除,并新建雨污水管道。可开挖空间<1.0 m,现状排水设施需进行保留,通过修复或局部改造作为分流制污水收集系统,污水收集系统不宜采用盖板明渠,沿路侧新建雨水收集边沟。

2.3 特殊节点附属设施的选择

雨污分流过程常会受上下游控制点影响,导致雨污水管道标高冲突的情况,或因巷道可使用空间狭窄,雨污水管道紧邻,管道与检查井位置冲突。结合上述情况,采用交汇井形式进行处理,交汇方式如下:

标高冲突且无法调整的,新建竖向交汇井,小口径排水管道从交汇井中横穿,交汇井则作为大口径管道的沉泥井。该交汇井需注意以下设计要点:横穿排水管道在井内不能有管道接口,横穿管道应靠检查井一侧,且与井筒反向,方便后期检修维护。交汇井需根据最大埋深管道设置沉泥槽。做法详见图2。

图2 交汇井做法Fig.2 Convergent well pattern

管位空间有限,排水管道之间存在管道与检查井冲突的情况,采用平行交汇井,调整检查井尺寸,令管道直接从检查井内横穿,检查井流槽作为横穿管道支墩[2]。

2.4 庭院出户管的接驳

在市政道路雨污分流过程中,针对庭院出户管的接驳,需集合庭院的分流情况进行分类改造:

D-1类:庭院已完成雨污分流,依据庭院雨污分流竣工资料及排查情况,将出户管与市政道路分流后,对雨污水管网进行正确接驳。

D-2类:庭院已经分别建设雨污水系统,但存在错混接的情况,雨污水正常接驳市政雨污水管道,雨水出户管末端检查井设置为截流井。结合老旧小区改造对庭院错混接节点改造,改造完成后将截流井内污水截流管进行封堵,拆除截留堰。

D-3类:庭院未分流,在现状排水系统末端设置截流井,在庭院排口位置或庭院大门处预留雨水检查井。结合老旧小区改造对庭院进行雨污分流改造,改造完成后将截流井内雨水溢流管进行封堵,拆除截留堰,庭院雨水系统直接接驳市政雨污分流预留雨水井。

以D-1类为例,改造如图3所示。

图3 D-1类改造Fig.3 Category D-1 reform

庭院出户管接驳难点在于如何判定庭院的分流情况,建议在人工摸排的基础上结合QV、CCTV及水质水量监测等情况,对庭院分流情况、出户管属性进行准确判定。

3 结束语

老城区雨污分流改造是一项精细化的工作,了解并摸清现状是项目改造成功的重要前提,若发生错接或漏接,将导致项目成效大打折扣,严重影响进度。雨污分流改造要保证达到提质增效的目标,故尝试采用CCTV检测进行项目验收,清楚掌握实施效果及质量,提升验收质量管控水平。

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