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案例:有时候,就要坚持合流制排水系统!


  导读
  住房和城乡建设部最近在污水处理提质增效要求中提出,加强排水管网改造和完善。排水体制有合流制和分流制两种,上海市中心城区有较多的合流制排水系统,20世纪末对合流制溢流污染采取调蓄池控制及合流制排水系统改为分流制系统等内容进行了研究,并在服务范围202hm²的汉阳排水系统开展实践,经过10多年的建设,最终仍然决定采用合流制排水系统。研究结果可为城市中心城区合流制改造提供借鉴。
  张 辰 上海市政总院党委书记/总工,全国勘察设计大师
  前言
  我国合流制排水系统雨天溢流污染是城市水环境质量难以持续提升的重要原因之一,迫切需要解决。国内外合流制溢流污染控制的手段多种多样,有采取彻底的“合流制改为分流制”策略;有采取完善合流制管道系统并提高截流倍数;也有采用设置溢流污染调蓄池控制CSO。美、日、德等发达国家在20世纪80年代开始开展了一系列的“合流制改为分流制”研究和实践,始终关注完善排水系统,加强城市雨水的综合管理,对雨水径流和CSO进行控制,并提出合流制系统全年排放污染物削减总量和分流制污水管道排放的削减总量相同为目标。上海从20世纪90年代开始对合流制排水系统雨天溢流污染开展系统研究并进行综合治理,通过合流污水治理一期工程截污系统,使旱流污水截流到污水处理厂处理,通过苏州河环境综合整治工程对中心城区苏州河沿线的37个合流制排水系统进行了改造,建设了梦清园等6座合流制雨天溢流调蓄池,水环境质量得到大大改善,苏州河黑臭问题得到解决。同时上海也结合实际,开展排水系统雨污混接研究,并对合流制改分流制方案进行了实践,汉阳排水系统合流制改造是研究过程中的重要一步。
  1 国际上许多大城市仍然保留相当范围的合流制排水系统
  根据美国环保局2004年统计,美国合流制排水系统服务人口4 000万~5 000万人,有32个州存在合流制排水系统,共有9 348个溢流口,每年溢流污水量约为8 500亿gal(约合32亿m³),费城、纽约、华盛顿特区、波特兰、西雅图等所应用系统都是以合流制为主的排水系统。费城城市建成区总面积约为334 km²,建成区内约70%以上的排水管网为合流制排水系统,中心城区均为合流制系统。纽约是美国第一大城市和第一大港,其人口密度高出美国城市平均水平,城市建成区面积约为790 km²,城区合流制排水系统约占60%。
  欧洲国家的很多城市都有合流制排水系统。英国、法国合流制排水系统比例约为70%。1990年初英国大约有25 000处合流制管道。德国从20世纪80年代开始重视城市雨水径流和CSO污染的控制,并且保留了大量合流制排水系统,根据2013年的统计数据,合流制服务人口比例平均约为54%,南方各州合流制比例高于北方地区,汉堡等城市合流制系统服务人口超过90%。
  日本的多数城市仍然保留了合流制管道系统。采用合流制的城市共192个,其中12个人口100万以上采用合流制系统的城市中,合流制排水系统服务面积占城市总面积的比例平均为47.6%。东京都地区更是以合流制为主,合流制服务面积的比例占到82%。大阪市约97%的地区采用合流制管道系统。
  显然,合流制排水系统仍然是国际上许多城市的选择,特别是历史悠久的大城市和其老城区及合流制系统比较完善的城区。
  2 上海汉阳排水系统改造方案
  2.1 排水系统概况
  上海汉阳排水系统位于上海市虹口区北外滩,为中心城区62个合流制排水系统之一,建设之初服务面积为91 hm²,雨水管渠设计重现期为P=1年。2004年服务范围调整为202 hm²,雨水管渠设计重现期为P=3年,新建汉阳泵站雨水泵站雨水规模为18.5 m³/s,截流污水泵规模为0.8 m³/s,雨水排入黄浦江。与汉阳排水系统相邻的排水系统有大名、虹镇和大连排水系统,均为已建合流制排水系统,汉阳排水系统服务范围见图1。
  图1 汉阳排水系统服务范围
  2.2 合流制改为分流制方案设计
  2004年,为配合北外滩“高起点、高标准”的建设要求,规划对汉阳排水系统进行合流制改为分流制改造。根据当时的北外滩总体规划,汉阳排水系统内超过90%的地区和道路规划重建,最有条件实施合流制排水系统改为分流制排水系统。当时的北外滩开发建设初步安排为3年内建成标志性建筑,5年内初具规模,10年全面完成综合开发。对排水系统而言,污水管可以重力接入地区已建污水干管,不需设污水泵站,对分流制改造十分有利。雨水管渠设计重现期可以提高至P=3年的标准,规划原有管道基本废弃,新建污水管道8 km,污水重力接入两港截流总管,最终至竹园污水处理厂处理;新建雨水管道10.9 km和雨水泵站1座,雨水泵规模18.5 m³/s,雨水排入黄浦江,系统总管走向及泵站位置见图2。
  图2 雨污水总管布置
  汉阳排水系统合流制改分流制提出规划设计方案分2个阶段实施。第一阶段为过渡期,采用分流制改造和合流制并存模式。该阶段结合地区开发和道路建设,新建雨水系统总管和泵站,新建污水收集系统。雨水泵站内按照合流制截流标准设置污水截流泵,截流泵出水总管和新建污水系统总管合建,过渡期间雨水系统总管作为合流总管使用,雨水泵站截流合流污水。第二阶段为全面建成期,全面完成雨污水管道和泵站建设,严格实施雨污水管道混接断接,雨水泵站内截流设施改为初雨截流。
  2.3 合流制改为分流制工程实践和问题分析
  根据规划设计方案,北外滩地区从2004年开始实施地区开发和排水系统改造。经过5年的开发建设,至2009年地区开发率仅为10%左右,雨污水管道实施率仅为13.3%,系统雨污水总管尚未实施,仅完成雨水泵站土建建设,期间仍依靠老汉阳泵站排水,地区开发和合流制系统改造进度大大滞后于原计划。
  汉阳排水系统近5年的“合改分”过渡期系统改造过程中,除了建设进度外,还面临了一些技术问题:
  (1)系统间的雨污混接情况无法控制。本系统和周边大名、虹镇和大连3个合流制系统管道均由连通管连接,如虹镇排水系统和汉阳排水系统在路口处有10处管道连通;大连排水系统和汉阳排水系统因排水方向相反,管道混接情况稍好,也有3个路口处存在管道连通情况。
  (2)保留地块的合流管道无法纳管。部分老旧小区规划保留,小区内合流制管道难以同步改造尚需保留,这些地块面积约占系统服务面积的15%,2010年控规调整后更是达到47.9%。
  (3)地块开发和市政管道无法同步改造。分流制雨污水管道按照地块开发和道路建设情况分别进行建设,而不是按系统建设,导致分流制污水管道建成后无出路,只能封堵,已建雨水管道建成后只能暂时接入现状合流污水管道,又造成新一轮的混接。
  (4)老城区的道路下的管位非常紧张。由于老城区建成较早,周围建筑物密集,道路一般较为狭窄,如采用合流制,仅需1根合流管道的管位,而改用分流制,需考虑雨水、污水2套管道的管位,还要保留合流污水管,甚至施工期还需考虑临时的合流输送管,因此管位非常紧张,几乎无法落地。
  (5)运行管理上的难度大大增加。需严格控制施工过程的雨污混接,做好在过渡期中分流制管道和合流制管道连通点的记录,便于日后改接;需对老旧小区进行彻底的雨污水管道改接。由于改造周期长,可能由不同的建设单位管理,不同的设计单位设计,不同的施工单位施工,在污水系统全面建成后,需要有一个单位统一将所有混接的点理顺。
  2.4 通过研究和实践仍然恢复合流制排水系统
  2010年,结合前5年实际开发情况,北外滩控规进行了修编,保留用地面积大大增加,占建设地块总面积的47.9%。地区开发进度放慢,地区整体开发周期放长。地区建设条件发生了重大调整,因此汉阳排水系统的规划布局方案也需要调整。
  结合当时的地区开发和分流改造建设情况、面临的实际问题,从建设目标、建设费用、道路建设条件、建设过渡期、雨污混接、地下管位等多方面对排水系统采用何种排水体制进行了综合评估,如表1所示。
  表1 汉阳排水体制方案适用情况比较
  考虑地区开发周期较长,雨污混接改造难度巨大,雨污分流的过渡期将超过10年,长时间的过渡期带来一系列问题,汉阳排水系统最终经专家组研究,仍恢复合流制排水系统,通过提高截流倍数减少溢流。雨水管渠设计重现期提高至P=3年,截流倍数提高至n=5。泵站雨水泵规模仍为18.5 m³/s,截流污水泵为0.8 m³/s。
  3 合流制排水系统改为分流制的策略研究
  3.1 树立正确理念
  合流制和分流制排水系统只是排水体制在因地制宜原则下的选择,不存在先进和落后之分,只有适合和不适合。国际上发达国家和城市的排水设施现状和发展趋势也证实了上述观点。当前我国的排水设施建设和改造任务繁重,特别是管网系统,理应遵循可持续发展和海绵城市建设理念,结合污水处理提质增效和黑臭水体治理等重点工作,不要“一刀切”要求合流制改为分流制,而是应该结合当地的实际情况和经济能力,合理确定排水体制,秉持厂网一体化原则,注重管网建设,建成完全的分流制,雨、污水管道完全分流,也可以建成完善的合流制,系统包括完善的污水截流设施。
  3.2 明确体制规划
  应该在规划阶段明确排水体制,规划确定的分流制排水系统,应从建设初期按完全的分流制进行建设,合理确定建设顺序,确保分流制系统发挥效能;规划确定合流制系统,应建设完善的合流制排水系统,包括能不断提升截流倍数的污水截流系统和溢流污染控制措施。
  对于已建合流制排水系统的改造,应该以污染物总量控制目标、投资效益等方面进行量化分析,从建设工程量、道路建设条件、建设过渡期、雨污混接、地下管位等多方面对进行充分评估,同时应贯彻海绵城市理念,从源头尽量削减雨水径流污染,科学确定排水体制。
  3.3 划清系统边界
  根据规划确定的排水体制,必须划清合流制排水系统和分流制排水系统的边界,避免排水系统之间的雨污混接。对于需要改造为分流制的排水系统,必须理清本系统和周边排水系统的关系,明确雨污水的最终出路。
  3.4 系统实施改造
  合流制改造成分流制建设中,排水系统无论服务范围大小,划清边界后,在市政雨污水管网分流改造时,需要从源头开始,全面考虑住宅内部混接、住宅小区管网混接、排水系统内部管网混接和排水系统之间混接4种情况,摸清现存混接情况,系统确定改造计划,有序推进雨污分流改造,有效发挥各阶段工程效益,完成系统整体改造。
  3.5 编制过渡方案
  合流制改分流制的建设周期较长,宜结合地区建设开发计划分期建设,在系统布局时应充分考虑雨污水系统改造和地区开发的关系,关注改造过渡期间的污染控制和排水安全保障,设置必要的过渡期截污设施,考虑各阶段系统排水方案,最大程度发挥各期工程效益,同时保障过渡期间的排水安全。
  3.6 智慧排水
  充分利用智慧化手段,搭建智慧管理平台,为污染物迁移过程监测和控制提供支持。建立智慧监测、管理平台,通过平台实时监测水量、水质,评估合流溢流污染控制效果,评估雨污分流效果,追溯混接源头,记录混接点,为彻底分流提供数据支撑,并且根据评估结果进行系统设施完善和运行模式的优化。
  4 小结
  (1)中心城区合流制排水系统溢流污染控制是改善城市水环境的重要举措,排水系统改造应结合系统自身特点综合分析慎重考虑,因地制宜确定排水体制。
  (2)合流制改造成分流制,需要从源头开始,划清边界、系统施策,贯彻海绵城市建设理念,同时重视雨污混接改造和建设期的过渡方案,采取智慧排水系统建立一套完善的分析监测、控制和管理保障机制,从现状排摸、规划、设计、建设、运行管理全过程管控,才能高效地完成雨污分流改造。
来源:给水排水