智能分流井在流域治理中的设计应用及思考

王绍贵，周 蓉

（广东省冶金建筑设计研究院有限公司 广州 510080）

0 引言

近年来，生活污水收集处理设施建设不断提速，尤其是“十三五”阶段补齐城镇生活污水收集管网的短板，地级及以上城市水体环境质量明显得以改善。然而，除国内一线城市推行了源头立管及排水单元雨污分流改造等措施外，大部分城镇仍以截流式合流制收集生活污水。部分区域即使已完成雨污分流改造，初期雨水对城市水环境的污染仍占有很重要的地位［1-2］。

在城镇流域治理时，对沿河排污口进行控源截污，可有效遏制水体进一步黑臭，而要实现水质提升、长制久清的治理目标，存在一定难度。往往运维管理中稍有疏忽，晴天污水跑冒滴漏、雨天污水溢流导致的返黑返臭现象就将出现。因此，为解决雨水管（渠）混接污水及初雨污染的问题，除了对其进行清污分流改造及精细化运维管理等措施外，在排污口截污整治时截流井的选择也至关重要。

1 截流井型式

1.1 常规截流井

在截流式合流制排水系统中，截流井是核心附属构筑物，常规的截流井有槽式、堰式及槽堰结合式3种型式。晴天时，合流污水通过截流井输送至污水厂处理，雨天时，截流倍数范围的合流污水及部分初期雨水被截留进污水收集系统，超量的合流污水则进入初雨调蓄设施、溢流控制处理设施或直接排入水体［3-4］。

常规截流井应用场景广，建造成本低，构造简单，但存在以下缺点：①截污管容易淤堵；②合流污水直接溢流至自然水体，造成溢流污染；③存在河水倒灌进污水管的风险；④堰式截流影响行洪排涝，易导致内涝；⑤截流管流量不易控制，无法实现精细化控制和管理，在运行效果和数字化管控方面存在明显不足［5］。

1.2 智能分流井

根据《多功能清污分流井技术规程：T/CECS 1135—2022》，智能分流井主要有下开式堰门分流井、柔性阀分流井和一体化分流井（或液动限流阀分流井、自动浮控阀分流井）等［5-6］。其限流装置主要由液动限流阀（或柔性阀）、流量计、超声波液位计、自控系统等组成，运行方式为基于测量的流量、液位及设定的限制流量和液位［6］，通过自动调节限流装置，精准控制截流管的过流量，确保不超过水位阈值。智能分流井的选型可根据现状排水管管径进行确定，当排水管管径DN≤800 时，可选择一体化分流井；当排水管管径1 000≤DN≤1 500时，可选择下开式堰门分流井或柔性阀分流井；当排水管管径DN＞1 500 时，可选择下开式堰门分流井。

与传统截流井相比较，智能分流井建造成本相对较高，但智能化程度高，能够通过传感器、监控探头等设备实时监测水流状态，并根据实际情况智能调控分流井阀门，实现精准的水流控制，其优势主要体现在以下几方面：①截流管前装有限流装置，能够控制截流量；②堰板高度可以根据需求进行设定，防止河涌水倒灌进污水管；③可根据实际应用场景，采用液位法、水质法、流量法、时间法和雨量法等综合考虑进行调控阀门启闭；④可根据晴天、雨天、潮汐影响等不同工况进行智能控制［7-8］。

2 工程案例

2.1 项目概况

本项目建设地点位于湛江市绿塘河下游段，起点为人民大道，终点为排海口，河段全长2.2 km，河道平均水力坡降为i=0.33%，平均河宽4.0～9.2 m。下游段有2 处暗渠汇入及10 处沿河排污口，其分布位置如图1所示，沿线排污口具体参数如表1所示。

表1 绿塘河调查排污口情况一览Tab.1 List of Survey Discharge Outlets in Lvtang River

图1 绿塘河下游段排污口分布示意图Fig.1 Schematic Diagram of Sewage Outlet Distribution in the Lower Reaches of Lvtang River （mm）

绿塘河下游段南侧已建污水主管，上游接驳人民大道污水主管，沿绿塘河南侧敷设，污水管管径为φ1 000～φ1 200，管道长约3.5 km，下游接驳海景路污水主干管，绿塘河南侧沿线污水排口均已进行截流改造，未出现晴天污水溢流的现象。北侧沿绿华路已建成污水支管，起点为乐怡路，沿线接驳乐金路、明理路、明哲路等污水支管，终点于海滨大道处接入南侧污水主管。因北侧已建污水管网存在大量错、混、漏接，导致现状雨水管（渠）均变成合流管（渠），即使在晴天，仍有大量合流污水溢流至绿塘河，导致水体黑臭。

通过分析周边排水管网资料及现场调查可知，除LT9 为污水直排口外，其余排污口均为合流排口。如LT7、LT8 等建设时为雨水箱涵，因上游存在错、混接现象，导致晴天出现污水直排。

据潮汐数据，湛江港潮汐为不规则半日潮，每天有两次高潮和两次低潮，潮差为1～2 m，平均高潮位为3.51 m（国家85高程系，下同），历年最高潮位为8.0 m。由于绿塘河终点与海湾直接连通，且排海口未设置防倒灌闸门及排涝设施，绿塘河的水位受潮汐影响较大，尤其是LT6～LT10 排污口，几乎每天在高潮位时存在河水倒灌的情况。

2.2 设计内容

本项目治理目标为工程实施后实现晴天污水不入河，雨天污水少溢流，基本消除水体黑臭的考核要求。结合项目考核目标，以问题和目标为导向，通过梳理绿塘河主要污染来源，分析黑臭水体的成因，从流域综合治理视角出发，遵循“源、厂、网、河”系统性思维，提出控源截污、暗渠清污分流［9］、河道清淤、活水保质、生态修复等综合治理措施。综合考虑现状污水收集设施、项目投资、工程可实施性等因素，在控源截污措施方面设计拟沿绿塘河北侧新建污水主管，分别接入海滨大道、海景路污水主干管，沿线污水直排口接驳进污水主管，合流排污口通过设置截流井的方式收集合流污水及初期雨水，如图2所示。

图2 绿塘河下游段污水收集管网设计示意图Fig.2 Design Sketch of Sewage Collection Pipe Network in the Lower Reaches of Lvtang River

2.3 排污口截流形式设计分析

沿河排污口截流井的选择是控源截污重要措施之一，对流域治理效果的影响至关重要。根据绿塘河下游段排污口的服务范围、断面尺寸、管（渠）内底标高、河涌水位、潮位影响等因素，设计截流井选择需综合考虑多项因素，选取合理可行的截流井形式。LT1～LT3排污口，内底标高均在历年高潮位8.0 m以上，即使在降雨且受潮位顶托时，河水倒灌的几率极低，可选择槽式截流井。LT4～LT5 排污口，内底标高在平均高潮位3.51 m之上，在历年高潮位8.0 m以下，日常受潮位影响较小，但在降雨且受潮位顶托或天文大潮时，存在河水倒灌风险，可选择带拍门的槽式截流井或智能分流井。LT6～LT8 排污口，内底标高在平均高潮位3.51 m之下，选择槽式截流井时河水倒灌的几率极高，尤其是LT7、LT8 排污口断面尺寸较大，河水倒灌时，对污水主管水质水量的影响较大，容易导致上下游污水主管冒溢的现象，可选择智能分流井或堰式截流井，但是选择堰式截流井在雨天时易导致上游内涝。LT9 为污水直排口，应予以封堵，将污水就近接入市政污水管网。LT10内底标高在平均高潮位3.51 m 之下，应选择智能分流井或堰式截流井，然而受周边建设用地限制，只能选择堰式截流的方式将污水收集至污水管网。因此，各排污口的截流井设计选型如表2所示。

表2 绿塘河排污口整治情况一览Tab.2 List of the Treatment of Sewage Outfall of Lvtang River

现以排污口LT8 截流改造为例，说明智能分流井在排口改造中的应用。如图3、图4 所示，现状排水口尺寸为B×H=4 500 mm×2 500 mm，原建设为雨水箱涵，然而现状却是晴天仍可见污水排出。通过地下管线探测及排水溯源摸查，发现上游存在多处错、混接的情况。受项目建设范围、内容、资金及工期等综合因素的限制，方案论证时建议近期完成排污口的合流制截流式改造，远期逐步完善雨污分流改造。排污口改造措施为箱涵末端处设置下开式堰门的智能分流井JWA8，近期将箱渠内的污水截流至污水主管，待远期完成上游雨污水错混接改造，并结合绿塘河综合治理措施实施后，实现雨天时将初期雨水截流至污水主管。

图3 智能分流井JWA8的平面示意图Fig.3 Plan Diagram of Intelligent Intercepting Well JWA8

图4 智能分流井JWA8的剖面示意图Fig.4 Profile Diagram of JWA8 Intelligent Diverter Well （mm）

JWA8下开式堰门分流井进出水管渠尺寸为4500mm×2 500 mm，井底标高维持原标高1.83 m。根据其汇水面积范围预测的污水量及截流倍数计算确定截流管管径，管径不宜取值过大，避免截流量远超设计值，影响污水主管上下游污水收集，计算复核设计截流管管径为DN600。下开式堰门的顶部标高（4.53 m）应大于河道的防洪标准的高水位标高（3.69 m），减少极端天气导致的河水倒灌现象。

下开式堰门智能分流井在实际运行管理时，需根据设计参数进行运行调试，即：通过下开式堰门前后的液位、下游污水井的液位、进水水质浓度、雨天溢流量及浓度等数据，调整下开式堰门及电动限流阀的启闭，初雨时减少对水体的溢流污染，雨中可降低汇水范围内水浸的风险，雨后防止水体倒灌进污水管的冲击，同时通过数据动态采集、远程操控及在线视频监控，提高运维管理水平，实现数字化管控，从而精准控制截流量及减少污水溢流量，实现流域水环境持续改善的治理效果。

2.4 实施效果

工程实施后，绿塘河下游段沿河的污水直排口实现晴天污水不入河，雨天污水少溢流，水体黑臭现象基本消除的治理目标，顺利通过广东省及生态环境部的考核评估。通过表3项目实施前后的监测数可知，水质得到极大的改善，由重度黑臭提升至V类水标准。

表3 绿塘河治理前后主要污染物检测结果分析Tab.3 Analysis of Detection Results of Main Pollutants before and after Treatment of Lvtang River

3 反思

绿塘河综合治理于2020年5 月开始设计、施工建设，2021 年初主要建设内容完成，进入试运行阶段。在工程完成的近两年内，绿塘河水质明显改善。然而从2022 年底开始，通过环保部门对绿塘河水质定期监测数据显示，部分河段出现返黑返臭现象。结合智能分流井在流域水环境治理中的应用，从项目设计角度分析，笔者认为可从以下几点进行反思：

⑴流域水环境治理是个综合性、系统系的工程，要彻底改善河涌水质，必须从控源截污、内源治理、活水保质、生态修复等多方面综合施策。从控源截污角度，应尽量消除排入河涌的污水，就排污口截流改造而言，仍需在以下几方面的进一步完善：①项目建设范围仅对河道排污口进行沿河截流改造，仍需对上游市政道路的雨污水管道的错、混、漏接及社区、城中村等排水单元雨污分流进行改造；②未对下游污水主干管进行检测分析，评估其污水输送能力及缺陷；③绿塘河排海口未设置排涝闸门及泵站，河水受潮汐影响较大，导致雨天溢流进河道的污水、污泥难以转移输出，沉积于河底导致黑臭。

⑵在流域治理中，对上游尚未完成雨污分流改造的大型排污口设置截流井改造时，应考虑同步实施合流制溢流（CSOs）污染控制措施，如设置溢流调蓄池、以过滤技术为主的CSOs处理装置或初雨处理设施等，减少CSOs 污染负荷对河道水质的影响。如2022 年7 月某场雨导致溢流污染，雨后河道内滞留大量黑泥，如黑芝麻糊状，导致河涌水质近一个月都处于劣V类标准。

⑶对沿河的排污口进行截流改造仅能实现阶段性目标，为实现流域治理长制久清，应根据城市总规、排水专规等要求，结合城市发展实施系统性污水管网完善工程：①要完善市政雨污水管网的错、混、漏接的改造；②要开展流域范围内排水单元（社区、城中村、企事业单位等）的源头精准截污，有条件时实施完全雨污分流改造；③要治理流域范围的面源污染，如城市“小散乱”污水排入雨水系统、初雨污染、城市垃圾等。

4 结语

相较于常规截流井，智能分流井具有智能化程度高，可随运行工况进行灵活切换不同模式，远程操控及数字化运维的优势，且可与其他治理设施实现联动，保障设备的稳定性和可靠性，减少维护和故障，在流域水环境治理中对主要排污点源及初雨面源的污染控制可发挥重大作用［10］。本文通过介绍下开式堰门截流井在沿河主要排污口中的应用，证实智能分流井在防止河水倒灌及溢流污染控制方面的巨大优势，能够有效减少河水倒灌和溢流污染，改善水质，提高水环境的治理效果，为其他水环境治理项目提供借鉴。同时，提出沿河排污口截流改造仅是水环境治理的措施之一，从控源截污角度出发，要实现水环境的长制久清，应考虑同步实施合流制溢流CSOs 控制措施，完善市政道路下的雨污分流错混漏接改造、排水单元的源头精准截污或雨污分流改造等。