深圳茅洲河流域暗涵雨污分流改造實踐

全康環(huán)保:導讀：本文針對城市暗涵內(nèi)排水口雨污混流嚴重的問題，以深圳市茅洲河流域某暗涵整治為例，從暗涵排口調(diào)查、排口分類及排口整治三個方向，介紹了暗涵雨污分流改造的實施方法，可為水環(huán)境治理、暗涵整治等相關(guān)工程提供設(shè)計思路和經(jīng)驗。

暗涵作為城市中普遍存在的一種排水構(gòu)筑物，是污水直排、雨污水混接錯接的重災區(qū)，也是排水系統(tǒng)改造的難點。在以往的工程項目中，為了確保暗涵中混流的污水不進入河道，常常采用暗涵末端設(shè)置總口截流的方式對污水進行收集。這種方法雖然在旱季有一定的作用，但是雨季時會有大量的污水溢流至河道中，并且降雨時雨水會通過截流管進入污水處理廠，對管道和污水處理廠造成沖擊。為了落實提質(zhì)增效方案，進一步提高污水收集率，杜絕污水直排和錯接混接現(xiàn)象，本文以深圳茅洲河流域暗涵整治為例，介紹了相應(yīng)改造的技術(shù)路線和工程實施效果，旨在為暗涵整治和排水管網(wǎng)提質(zhì)增效相關(guān)工作提供可借鑒的案例。

1工程概況及暗涵現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀暗涵主要問題

大多數(shù)城市地下暗涵是由于城市地塊開發(fā)過程中采用加蓋硬化等人工措施對自然河道、溝渠進行改造而形成的排水渠道、涵洞。隨著城市化的不斷發(fā)展，越來越多的城市內(nèi)河空間被侵占，河道逐漸失去自然生態(tài)斷面而被改造為暗涵化河道，僅保留了基本的行洪能力。暗涵作為雨水行洪通道，在城市防洪排澇方面發(fā)揮著重要的作用，但其作為排水通道也存在諸多的問題。

（1）暗涵內(nèi)排口調(diào)查難度大

城市地下暗涵尺寸范圍廣，大到寬十余米、高三四米，小到寬和高在1m以內(nèi)。相較于傳統(tǒng)的市政排水管道來說，部分暗涵長距離沒有檢修口，其內(nèi)部環(huán)境封閉，含有大量的有毒有害氣體，在不采取必要的相關(guān)措施條件下，無法通過人工或CCTV檢測等常規(guī)手段對暗涵內(nèi)部進行排查，因此獲取暗涵內(nèi)部排口信息需要花費較大代價。

圖1 長距離地下暗涵無檢修口

（2）暗涵中污水橫流影響下游河道水質(zhì)

城市地下暗涵往往分布于河道上游或兩側(cè)，屬于河道水系范圍的一部分，起到了匯集轉(zhuǎn)輸雨水的功能。但在實際情況中，城市地下暗涵除承接雨水以外，還可能包含了山溪水、地下水、墻壁滲水、污水等其它水體，其中污水的排放會直接影響暗涵下游的河道水質(zhì)，使河道水體發(fā)生嚴重惡化，影響周邊水環(huán)境質(zhì)量。

圖2 暗涵內(nèi)部污水橫流影響下游河道水質(zhì)

（3）地下暗涵運維管理難度大

暗涵相較于市政排水管道，上部覆土通常比較淺，并且部分暗涵距離建筑物比較近，使得暗涵兩側(cè)排水單元或建筑私接、亂接的現(xiàn)象非常嚴重。根據(jù)茅洲河流域管渠排查結(jié)果顯示，暗涵的混接錯接情況，要比雨水管道更加嚴重。地下暗涵由于結(jié)構(gòu)相對封閉，因此當有污水流入暗涵時，很難第一時間發(fā)現(xiàn)和定位，給相關(guān)管理部門管養(yǎng)維護工作帶來極大的挑戰(zhàn)。

（4）部分建成區(qū)地下暗涵改造困難

城市中自然河道通常有河道藍線作為管理部門保護河道的依據(jù)，但河道上游或兩側(cè)的地下暗涵通常沒有明確的保護范圍，使得在城市地塊開發(fā)過程中，有大量房屋沿涵兩側(cè)而建，甚至有在暗涵上部建設(shè)建筑物的情況，因此針對這一類暗涵在改造過程中實施難度很大。

圖3 部分暗涵兩側(cè)房屋污水直排入涵

恢復城市地下暗涵的正常使用功能，確保污水不入涵，對暗涵排口實施雨污分流改造，是改善暗涵下游河道水質(zhì)，提高區(qū)域污水收集率的重要方法之一。

1.2 工程概況

茅洲河流域?qū)毎捕魏拥廊L約19.71km，除干流外還包括潭頭河、萬豐河等18條支流，干支流合計總長度約96.56km。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，與河道干支流直接相連的暗涵約有130余條，暗涵斷面尺寸在1.0m×1.3m～16.0m×3.3m之間，合計總長度約101km。除了河道兩側(cè)和上游，部分河道干流本身也被市政道路覆蓋成為暗涵化河道，例如，茅洲河某一級支流長度約為2.23km，其干流全部為暗涵，河道暗渠率為100%。在本項目實施前，根據(jù)對其下游入河口長期取樣檢測結(jié)果顯示，2018年其河口氨氮濃度均值在14.7mg/L，其中在1月～3月和10月～12月的旱季，氨氮均值在16mg/L；在4月～10月的雨季，水閘開啟，上游雨水下泄進茅洲河干流，雨水沖刷使得氨氮值略有下降，氨氮均值在11.38mg/L。暗涵水中溶解氧2018年均值為1.6mg/L左右，溶解氧含量旱季雨季差別不大。根據(jù)其水質(zhì)檢測結(jié)果顯示該段暗涵長期處于重度黑臭狀態(tài)。

圖4 某暗涵改造前河口氨氮及溶解氧含量情況

為了進一步提升區(qū)域污水收集率，削減入河污染物，改善茅洲河水質(zhì)，本項目中對約101km的暗涵進行了整治工作，制定了暗涵雨污分流改造技術(shù)路線并在工程中進行了應(yīng)用。

2暗涵雨污分流改造技術(shù)路線

暗涵雨污分流改造的第一步是對暗涵內(nèi)部排放口進行調(diào)查和分類，本次在暗涵排放口調(diào)查階段通過人工攜帶專業(yè)化設(shè)備，對暗涵內(nèi)部排口及相關(guān)信息進行采集，再結(jié)合現(xiàn)狀已有的資料收集對每個排放口進行初步分類。

在本項目中，除了常規(guī)的檢測手段外，還利用了三維激光掃描儀輔助探測暗涵內(nèi)部情況及排放口數(shù)據(jù)信息。三維激光掃描儀傳統(tǒng)主要應(yīng)用在隧道三維建模、工程變形監(jiān)測等工程中，該技術(shù)也是首次應(yīng)用在暗涵排口調(diào)查中。

圖5 三維激光掃描設(shè)備在暗涵排口調(diào)查中的應(yīng)用

近兩年深圳大面積推行了住宅小區(qū)、工業(yè)廠區(qū)內(nèi)部雨污分流改造，已基本實現(xiàn)了雨污分流管網(wǎng)的全覆蓋。本次在暗涵排放口調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，管網(wǎng)源頭錯接亂接導致的雨污混流排放口占暗涵中總排口的大多數(shù)。此類排放口是本次暗涵雨污分流改造的重點和難點，在以往的河道水環(huán)境整治項目中，常常忽視對于混流排放口的源頭改造，僅在末端設(shè)置截流井或新建沿河截污管道來進行末端排口整治。這種方法雖然可以在旱季確保污水不入河，但雨季時，污水會溢流到暗涵中，對水體造成污染。并且，當河道水位較高時，還會存在河水倒灌回污水管的風險。

本項目針對雨污水混流排口，對其污染源進行了溯源排查。溯源排查過程中以暗涵兩側(cè)混流排放口為起點，向上游調(diào)查污染物來源，通過在污染源頭制定改造方案以實現(xiàn)雨污分流的目的。根據(jù)本項目溯源排查結(jié)果顯示，錯接的污染源點通常以雨污混流立管、化糞池出水管以及污水排放到雨水箅子等情況為主。

根據(jù)不同類型的暗涵排放口，本次整治過程中制定了分類改造方案。對于緊鄰暗涵的污水直排口，主要通過末端封堵，就近接入市政污水管為主；對于有污水混接的雨水排口，根據(jù)溯源調(diào)查結(jié)果，在源頭對污染源進行糾正，保留現(xiàn)狀排放口。對于合流制的溢流排放口主要通過擴大相應(yīng)的截流倍數(shù)、減小溢流頻次等方法對其進行改造。除此之外還有諸多其他類型的污水入涵情況，如沿涵兩側(cè)商戶通過雨水箅子亂排亂倒，對于這部分主要通過管理或執(zhí)法手段要求其規(guī)范化排水。

在暗涵排查過程中還會存在由于暗涵破損或結(jié)構(gòu)性缺陷造成的兩側(cè)滲水等情況，針對這種情況建議根據(jù)暗涵損壞程度制定相應(yīng)的暗涵修復或局部改造方案，確保地下水或兩側(cè)墻體滲水盡量不進入到暗涵中。待暗涵內(nèi)排放口改造完畢并且局部暗涵滲漏或缺陷整治完成后，需要對最終保留的雨水排放口進行數(shù)據(jù)建檔，方便后續(xù)運維管理。本次暗涵雨污分流改造技術(shù)路線如圖6所示。

圖6 暗涵雨污分流改造技術(shù)路線

3暗涵雨污分流改造實踐

3.1 暗涵排口調(diào)查

在排放口調(diào)查階段需要對暗涵內(nèi)部各類排放口的尺寸、位置、豎向標高以及是否有水排出、排口水質(zhì)、水量等信息進行統(tǒng)計，其中水質(zhì)可根據(jù)具體情況選擇合適的指標來指示流水類型，本次選取氨氮值作為水質(zhì)檢測特征值，再通過調(diào)查數(shù)據(jù)信息、周邊管線探測結(jié)果以及現(xiàn)場調(diào)研，綜合對暗涵排口類型進行判定，部分暗涵排口調(diào)查詳見表1。通過排放口調(diào)查成果結(jié)合已有管網(wǎng)數(shù)據(jù)將排放口與管網(wǎng)資料進行數(shù)據(jù)校對。校對后如有管線信息缺失的情況需要進行補充測量，確保將暗涵兩側(cè)排口的岸上管線信息補充完整，為后續(xù)制定暗涵排口雨污分流改造方案提供準確的數(shù)據(jù)信息。

表1某暗涵排口調(diào)查部分信息

以1條暗涵為例，某河道上游暗涵長度約1 km，斷面尺寸在1.5m×2.0m～2.7m×2.1m之間，根據(jù)排查成果顯示，此暗涵排放口總數(shù)為136個，其中排查時有水流出的排放口有45個，根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果顯示，其有水流的排口，氨氮濃度大于20mg/L排口有37個。根據(jù)管徑分布，排放口管徑≤300mm的有98個，管徑在300～600mm的有36個，管徑大于1000mm的有1個，具體管徑分布詳見表2。根據(jù)排放口調(diào)查結(jié)果、檢測水質(zhì)以及已有管線資料對排放口進行判定，在45個有水流出的排放口中，排水戶污水直排的排放口有22個，雨水管混流污水的排口23個，排口分布詳見圖7。

表2某暗涵排口調(diào)查情況

圖7 暗涵內(nèi)排口分布平面圖

3.2 暗涵排口雨污分流改造

根據(jù)改造技術(shù)路線，本次改造的總體思路是將現(xiàn)狀暗涵作為雨水通道，對于污水直排和雨污混接的污染源從岸上進行雨污分流改造，針對不同類型的排放口制定有針對性的整治方案，做到分類整治、精準治污。根據(jù)對本條暗涵排放口調(diào)查結(jié)果，將該段暗涵內(nèi)排放口分為三類。

（1） 沿涵污水直排口改造此類排放口多為小管徑的出戶管、化糞池出水管或者暗涵旁高層建筑的立管，以小管徑管道為主。對這一類型的排放口，此次改造中在暗涵內(nèi)部對其進行封堵，并在臨涵的一側(cè)新建污水管道將污水接入到市政污水管中。如圖8，暗涵某一段有連續(xù)4個污水直排口接入到暗涵內(nèi)部中，通過在岸上新建污水管道，將4個排放口串聯(lián)接入道南側(cè)市政路污水管中。

圖8 污水直排口及改造設(shè)計方案

（2） 混流排口改造

在本次暗涵整治改造中對于現(xiàn)狀為雨水排口有污水混入的情況，采取源頭整治的辦法，保留現(xiàn)狀排口，在污染源頭對污水錯接點進行糾正。例如編號為DSWC-44-L-ZH2-R-08的排放口，根據(jù)排口調(diào)查結(jié)果，此排放口管徑為800mm，排放口中有水流出且氨氮指標在10mg/L以上，初步判定有污水混入雨水管。通過岸上管線探測及現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，此排放口為暗涵東側(cè)住宅小區(qū)的道路雨水排放通道，小區(qū)中有化糞池出水管錯誤的接入到該段管道中，針對DSWC-44-L-ZH2-R-08的排放口，保留其雨水排放功能，在小區(qū)內(nèi)部將上游化糞池就近改道接入小區(qū)內(nèi)污水管道中。

圖9 混流排放口照片及改造方案設(shè)計

（3）雨水排口改造

針對現(xiàn)狀暗涵中沒有污水流出的雨水排放口，一般保留現(xiàn)狀排口。針對面源污染較嚴重的區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)場實際條件及下游管道承接能力，可選擇設(shè)置雨水限流棄流設(shè)施或雨水調(diào)蓄池。除了上述排口類型之外，還存在諸如合流制排口溢流、已改造排口滲水等其他類型排口有水流出的情況，需要根據(jù)實際情況制定合理的改造方法。

3.3 整治效果

針對該段暗涵，本次對其45個有水流出的問題排口進行了改造，將暗涵內(nèi)的22個污水直排口進行了封堵就近接入市政污水管；對雨污混流的23個排水口通過污染源溯源在上游進行整治，改造后暗涵總雨水排口數(shù)為114個。根據(jù)長期暗涵末端取樣，結(jié)果如圖10所示。

圖10 暗涵排口改造后河口氨氮和溶解氧變化情況

本項目實施時間為2019年中旬，通過水質(zhì)長期檢測結(jié)果顯示，自項目實施以來氨氮濃度逐月出現(xiàn)下降趨勢，在2019年上半年氨氮均值為15.7mg/L，2019年下半年均值為4.36mg/L，其中后2個月均值為1.98mg/L。溶解氧自2019年以來均值有所上升，2020年溶解氧均值在3.4mg/L，2018年均值為1.63mg/L。2020年以來氨氮在1～3月份均值濃度為0.71mg/L，4月份進入雨季以來略有上升，氨氮均值濃度為1.66mg/L左右，但總體均值均維持在2.0mg/L以內(nèi)，基本實現(xiàn)黑臭水體的消除。結(jié)合排水口水量數(shù)據(jù)預測，改造后周邊地區(qū)新增加污水收集量約700m3/d。該段3.3km長的暗涵排口整治合計新建管道約650余米，合計投資不到200萬，但排口整治前置工程如暗涵淤泥清除、安全檢修孔設(shè)置等投資較大，該段暗涵排口整治工程投資約占到暗涵整治總投資的20%左右。

4總結(jié)

暗涵作為城市河道的重要排水構(gòu)筑物，是水環(huán)境治理中的“硬骨頭”。通過對暗涵進行雨污分流改造，可以進一步提高市政管網(wǎng)的污水收集率，削減了入河污染物，改善水環(huán)境質(zhì)量。在同類型項目改造過程中應(yīng)重點關(guān)注以下幾點問題：

（1）暗涵分流改造的第一步也是最重要的一步，就是對現(xiàn)狀暗涵內(nèi)排放口進行調(diào)查和類型判定，暗涵整治前需要重視現(xiàn)狀排口調(diào)查工作。建議結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、排口水質(zhì)水量檢測數(shù)據(jù)、現(xiàn)有管線資料以及物探信息綜合判定排放口類型，為后續(xù)方案制定打下基礎(chǔ)。

（2）由于暗涵內(nèi)作業(yè)具有一定的安全風險，暗涵排口排查和排口改造過程中需要嚴格做好安全保障工作，制定專項安全應(yīng)急預案，杜絕意外發(fā)生。

（3）城市暗涵分布面廣，情況復雜難預測，部分地區(qū)即使確定排放口及上游管道類型，仍然沒有雨污分流改造的條件，針對復雜情況應(yīng)綜合考慮整治方案，做到近遠期結(jié)合，最大程度地將污水在源頭進行接駁。

（4）暗涵中雨污水混流排口的污染物溯源是暗涵分流改造的難點，通常需要花費較大的人力物力，在實施過程中應(yīng)制定合理的溯源方法和模式，有條件的地區(qū)在暗涵整治過程中建議將上游雨水管道進行系統(tǒng)檢測，使得整治工作更加系統(tǒng)。