曹瑞良，宮經(jīng)成，黃 超，張輝煌，王立強(qiáng)

(中國(guó)建筑一局(集團(tuán))有限公司，北京 100161)

0 引言

排水系統(tǒng)對(duì)于城市的安全運(yùn)行是不可缺少的，所承擔(dān)的作用是無法替代的。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，我國(guó)城市化發(fā)展越來越快，人口逐步從農(nóng)村轉(zhuǎn)移到城市，城市建設(shè)面積越來越廣。與此同時(shí)，城市建設(shè)未能做到長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，城市基礎(chǔ)設(shè)施未能與城市發(fā)展同步，早期排水系統(tǒng)大多數(shù)采用雨污合流，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為落后，無法滿足城市正常運(yùn)行和發(fā)展的需要。

對(duì)我國(guó)各大城市排水系統(tǒng)的問題進(jìn)行分析研究，探究雨污分流排水體制在我國(guó)各大城市實(shí)施的前提條件，對(duì)于不同城市現(xiàn)狀采用不同的城區(qū)排水系統(tǒng)改造方案，以達(dá)到預(yù)防污染、治理內(nèi)澇、節(jié)約水資源的目標(biāo)，同時(shí)也對(duì)城市排水系統(tǒng)的發(fā)展建設(shè)有借鑒意義。

1 國(guó)內(nèi)外排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1)日本所建設(shè)的地下排水系統(tǒng)，可承擔(dān)日常各類污水處理，還可應(yīng)對(duì)強(qiáng)勁臺(tái)風(fēng)引起的暴雨，因此，日本的城市幾乎不發(fā)生內(nèi)澇。在日本東京，為避免遭受雨水和臺(tái)風(fēng)帶來的巨大災(zāi)難而修建地下排水系統(tǒng)，排水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到百年一遇。該套排水系統(tǒng)由一排排混凝土立坑組成，擁有深度50m的地下河。其排水管道主體基本為雨污合流制排水管道系統(tǒng)，總排水管道長(zhǎng)度達(dá)1.5萬km。

2)法國(guó)巴黎的地下排水管道基本建設(shè)深度達(dá)50m，管道網(wǎng)設(shè)計(jì)極其緊密，縱橫交錯(cuò)，管道長(zhǎng)度達(dá)2 000多km。在巴黎，擁有2.6萬多個(gè)地下井蓋、6 000多座蓄水池，為了維持這座“地下城”的運(yùn)轉(zhuǎn)，巴黎每天有1 300多名專業(yè)維修人員工作。為了加快排水管道的廢水流動(dòng)能力，還建設(shè)2個(gè)由計(jì)算機(jī)操作控制的污水壓力提升廠，可負(fù)責(zé)清淤工作。為了應(yīng)對(duì)塞納河在雨季時(shí)河水外溢造成的危害，特地建設(shè)了11座“漲水站”。此外，為保證暴雨時(shí)對(duì)排水和交通不會(huì)造成影響，在整個(gè)排水系統(tǒng)中還建設(shè)了50條路邊排水管道。

1.2 國(guó)內(nèi)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2018年，我國(guó)城市日處理污水高達(dá)18 000多萬m3，比上一年增長(zhǎng)6.5%；2019年，我國(guó)城市日處理污水高達(dá)19 000萬m3。日前，我國(guó)已基本完成污水處理設(shè)施的建設(shè)，大大緩解了污水排放量和末端污水處理能力之間的矛盾?，F(xiàn)階段，建設(shè)污水處理設(shè)施已由階梯式快速增長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展模式。我國(guó)城市水環(huán)境治理主要解決排水管網(wǎng)與水環(huán)境治理之間的矛盾。排水管網(wǎng)不夠完善、管道私接混接、地下水流滲透、雨污合流、調(diào)水蓄水建設(shè)不足等都是在城市發(fā)展中排水系統(tǒng)所需要解決的問題。

因此，需要改變管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)新型管道材質(zhì)，完善排水管網(wǎng)，提升使用壽命，降低使用和維修成本，減少污染和危害，全面提升城市管網(wǎng)的各項(xiàng)能力。

2 城市排水體制

2.1 城市排水體制概念

城市排水體制是指將雨水、生活污水和工業(yè)廢水收集所采取的方式。目前我國(guó)城市的排水體制基本分為分流制和合流制。

2.2 城市排水體制分類

合流制排水系統(tǒng)是指將污水、廢水和雨水直接收集匯入同一個(gè)管渠內(nèi)進(jìn)行輸送、處理和排放。合流制排水系統(tǒng)又分為直排式、截流處理式和全處理式，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生的順序及處理污水能力程度的不同。

1)直排式 是指對(duì)污水、廢水和雨水直接收集，不經(jīng)過任何處理措施直接排入附近河流的方式(見圖1)。

圖1 直排式合流制

2)截流式 是指以直排式合流制為基礎(chǔ)，在河流附近沿河設(shè)置截流主干管渠，并在適當(dāng)?shù)奈恢迷鲈O(shè)溢流井，在截流主干管渠尾端建設(shè)污水處理廠站(見圖2)。

圖2 截流式合流制

3)全處理式 某些城市、地區(qū)因降雨量少及對(duì)水體質(zhì)量要求較高，故將雨水、污水和廢水集中收集排放至污水處理廠進(jìn)行處理后排放(見圖3)。

圖3 全處理式合流制

分流制排水體制是將污水、廢水和雨水用各自獨(dú)立的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行輸送、處理和排放，由于排放雨水程度不同，又可分為完全分流制、截流式分流制和不完全分流制3種方式。完全分流制是指設(shè)置雨污兩套管網(wǎng)系統(tǒng)，雨水管網(wǎng)系統(tǒng)將雨水和部分污染程度不大的廢水匯集通過雨水管網(wǎng)排入附近河流；污水管網(wǎng)系統(tǒng)將污水和廢水匯集通過污水管網(wǎng)輸送至污水處理廠，經(jīng)過處理之后排放至附近河流或者直接利用，如圖4所示。

圖4 完全分流制

2.3 城市排水體制選擇

城市排水體制選擇的合理性，關(guān)系整個(gè)城市排水系統(tǒng)是否實(shí)用，同時(shí)影響整個(gè)城市建設(shè)投資和管理運(yùn)營(yíng)。城市排水體制常用分流制和截流式合流制，通常主要從保護(hù)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施投資、日常管理維護(hù)和建設(shè)施工方面考慮(見表1)。

表1 分流制和截留式合流制比較分析

綜上所述，選擇排水體制應(yīng)該根據(jù)每個(gè)城市的具體情況具體分析，結(jié)合技術(shù)實(shí)力及經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較決定，不能盲目采用。

3 雨污分流改造重點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)方案重難點(diǎn)分析

排水單元按污染源性質(zhì)可分為城中村、工商業(yè)區(qū)以及居住小區(qū)3種類型，排水單元內(nèi)外部排水管網(wǎng)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，主要可分為4大類。

1)類型1：排水單元內(nèi)部合流制，市政主干管合流制 有些地區(qū)還未建設(shè)市政污水管網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)用較多的排水系統(tǒng)是排水單元內(nèi)部合流制，市政主干管合流制，通過合流管網(wǎng)將污水、雨水直接排入附近的河流中，如圖5所示。

圖5 類型1排水單元現(xiàn)狀示意

短期內(nèi)將合流管網(wǎng)改造為污水管網(wǎng)，新增雨水管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)雨污分流；長(zhǎng)期逐步完善雨污水支管，實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市分流，如圖6，7所示。

圖6 類型1短期改造示意

圖7 類型1長(zhǎng)期改造示意

2)類型2：排水單元內(nèi)部合流制，市政主干管分流制 部分地區(qū)根據(jù)制定的市政雨污水管網(wǎng)系統(tǒng)方案，市政管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雨污分流排水體制，部分地區(qū)范圍內(nèi)支管網(wǎng)由于管徑需滿足近、遠(yuǎn)期要求，設(shè)計(jì)為雨污合流排水體制，如圖8所示。

圖8 類型2排水單元現(xiàn)狀示意

短期內(nèi)將排水單元內(nèi)部合流管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置1個(gè)溢流井，然后將合流管網(wǎng)系統(tǒng)直接接入市政污水管網(wǎng)系統(tǒng)中；長(zhǎng)期將排水單元內(nèi)部合流管網(wǎng)系統(tǒng)改造為污水管網(wǎng)系統(tǒng)，新增1套雨水管網(wǎng)系統(tǒng)接入市政雨污管網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)的雨污分流，如圖9,10所示。

圖9 類型2短期改造示意

圖10 類型2長(zhǎng)期改造示意

3)類型3：排水單元內(nèi)部分流制，市政主干管合流制 部分新建小區(qū)嚴(yán)格按照雨污分流排水體制建設(shè)小區(qū)內(nèi)管網(wǎng)系統(tǒng)，但該地區(qū)由于外部市政管網(wǎng)系統(tǒng)尚未覆蓋，導(dǎo)致外部管網(wǎng)系統(tǒng)為雨污合流排水體制，如圖11所示。

圖11 類型3排水單元現(xiàn)狀示意

短期將排水單元小區(qū)內(nèi)管網(wǎng)系統(tǒng)接入市政管網(wǎng)系統(tǒng)，在市政管網(wǎng)系統(tǒng)出口處增設(shè)溢流井截污處理；長(zhǎng)期將現(xiàn)有市政管網(wǎng)系統(tǒng)改造為市政污水系統(tǒng)，并新增一套市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)市政管網(wǎng)系統(tǒng)雨污分流排水體制，并逐步將排水單元內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)分別接入市政管網(wǎng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)雨污分流排水體制，如圖12，13所示。

圖12 類型3短期改造示意

圖13 類型3長(zhǎng)期改造示意

4)類型4：排水單元內(nèi)部分流制，市政主干管分流制 部分地區(qū)排水單元內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)及市政管網(wǎng)系統(tǒng)都已按照雨污分流排水體制設(shè)計(jì)建成，但由于建設(shè)時(shí)間差，導(dǎo)致排水單元內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)還是接入原合流管網(wǎng)系統(tǒng)或直排入附近河流，如圖14所示。

圖14 類型4排水單元現(xiàn)狀

應(yīng)對(duì)排水單元小區(qū)進(jìn)行溯源排查，將內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)管線接入系統(tǒng)盡數(shù)摸清，進(jìn)行改造重接，將排水單元內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)分別接入到市政管網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)雨污分流排水體制。

3.2 改造技術(shù)重難點(diǎn)分析

1)老舊小區(qū)在水源源頭處管網(wǎng)系統(tǒng)沒有嚴(yán)格按照雨污分流制建設(shè)，主要分以下方面：①早期建成的老舊小區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)為雨污合流制管網(wǎng)系統(tǒng)，導(dǎo)致無論接入市政雨水管網(wǎng)或污水管網(wǎng)都會(huì)造成環(huán)境污染。由于老舊小區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜，早期排水管線資料不完善或者遺失，導(dǎo)致溯源排查工作及后續(xù)改造工程非常困難。②排水單元內(nèi)部管網(wǎng)系統(tǒng)雖是雨污分流系統(tǒng)，但接入市政管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)由于不重視，隨意接、錯(cuò)接、混接等情況導(dǎo)致城市雨污合流。③部分街口小巷由于建筑坐落間隔太近，且地下原有管線太多，無法建設(shè)兩條獨(dú)立的排水管網(wǎng)系統(tǒng)，在對(duì)該類街口小巷的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行雨污分流改造時(shí)，施工條件非?？量?，難度很大。④沿街店鋪由于排水量較大，直接將生活污水私自接入雨水管網(wǎng)排放，導(dǎo)致雨污合流污染環(huán)境。

2)在設(shè)計(jì)城市排水體制時(shí)為雨污分流體制，但在建設(shè)施工時(shí)因各方面原因?qū)е掠晡酆狭?，主要分以下方面：①少部分新修建的道路地下管網(wǎng)在整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中處在中上游，下游因道路尚未施工導(dǎo)致中上游段管網(wǎng)無排放點(diǎn)，只能將污水管網(wǎng)就近接入雨水管網(wǎng)造成雨污合流。②新建排水管道因施工過程中遇到阻礙，導(dǎo)致管道未連通。隨著城市排水系統(tǒng)的完善，排入該段管道水量增加，因重新翻建該段管道施工成本高、困難大，為防止管內(nèi)污水從路面溢出，只能將該段管道就近接入附近雨水管網(wǎng)造成雨污合流。③由于源頭或上游管網(wǎng)雨污分流建設(shè)不徹底，存在污水流入雨水管道，為避免污水排放至河流造成污染，采用截流井將污水截流至污水管網(wǎng)，造成雨污混接。

3.3 施工重難點(diǎn)分析

3.3.1施工擾民問題

大多數(shù)老舊小區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)老舊，排水體制多為合流制，所以在對(duì)老舊小區(qū)雨污分流改造施工過程中，因改造管道區(qū)域靠近住宅樓，會(huì)對(duì)居民的日常生活造成很多不便，有的小區(qū)會(huì)受到居民的投訴甚至還會(huì)阻攔施工。

為了解決該問題，各建設(shè)責(zé)任單位要與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)居委會(huì)協(xié)商好，同時(shí)也要求施工單位施工時(shí)盡量降低對(duì)小區(qū)居民日常生活的影響，避免擾民。

3.3.2交通疏解問題

在對(duì)城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)改造施工過程中，存在大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)和部分地面需要破除等問題，嚴(yán)重阻礙了居民出行。需要努力配合當(dāng)?shù)鼐游瘯?huì)、街道社區(qū)及交警部門解決停車、出行等問題。

3.3.3建筑保護(hù)問題

在成熟社區(qū)、城中村及建成區(qū)范圍內(nèi)管網(wǎng)系統(tǒng)改造施工過程中，進(jìn)行管道開挖時(shí)，由于不正確的施工方法導(dǎo)致周圍建筑出現(xiàn)一定程度的破壞。在施工過程中施工方應(yīng)高度重視此類問題，必須落實(shí)前期溯源和評(píng)估工作，施工過程中采取有效措施加強(qiáng)周圍建筑保護(hù)，避免因排水改造施工對(duì)居民房或其他大型建筑造成破壞。

3.3.4現(xiàn)場(chǎng)施工衛(wèi)生和安全問題

由于排水系統(tǒng)改造大多數(shù)都是在城中村、老舊小區(qū)或道路上進(jìn)行，且涉及道路破除和路面恢復(fù)，所以施工單位一定要注意施工人員安全以及環(huán)境保護(hù)工作。

4 雨污分流改造措施

4.1 立管改造

商業(yè)樓、居民樓和工業(yè)建筑等建筑外墻排水立管的改造，可將原有建筑立管改造為獨(dú)立的污水立管，再新建一條獨(dú)立的雨水立管，將建筑立管分為雨水立管和污水立管。建筑立管改造又可分為具備施工條件和不具備施工條件兩種施工方式，如圖15，16所示。

圖15 具備施工條件時(shí)立管改造示意

圖16 不具備施工條件時(shí)立管改造示意

4.2 地管改造

1)如小區(qū)存在內(nèi)部污染源點(diǎn)錯(cuò)接嚴(yán)重、排水系統(tǒng)混亂或排水管材嚴(yán)重破損等問題，無法保證雨污水分流改造效果，須對(duì)小區(qū)內(nèi)部雨污水系統(tǒng)進(jìn)行重新梳理，完成排水系統(tǒng)整體翻建。

2)針對(duì)小區(qū)內(nèi)部存在少量污染源點(diǎn)錯(cuò)接、排水系統(tǒng)分區(qū)清晰，同時(shí)地下管網(wǎng)管材無明顯破損的小區(qū)，對(duì)小區(qū)內(nèi)部進(jìn)行源頭點(diǎn)位錯(cuò)接改造及局部排水系統(tǒng)錯(cuò)接改造。

3)對(duì)沿街店鋪門前污水排放系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)梳理，根據(jù)溯源結(jié)果，如管線破損、淤堵(油垢)嚴(yán)重或污水管道缺失等問題，進(jìn)行翻建或新建排水管網(wǎng)，同時(shí)應(yīng)將沿街店鋪污染源點(diǎn)全部納入新建污水管道；如管道情況良好，則對(duì)溯源出的錯(cuò)接點(diǎn)進(jìn)行改造。

5 結(jié)語(yǔ)

1)排水單元雨污分流改造施工應(yīng)因地制宜。在工程前期，需對(duì)每個(gè)排水單元進(jìn)行詳細(xì)的溯源工作，將排水單元內(nèi)外部管網(wǎng)系統(tǒng)的管網(wǎng)破損情況、連接情況徹底排查清楚，分析研究制定針對(duì)性的改造方案，多方論證，合理運(yùn)用新型的施工工藝及技術(shù)，有效保障工程的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2)創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)及新型材料應(yīng)用加速城市發(fā)展步伐。城市發(fā)展越來越快，城市污水排放量越來越大，水質(zhì)要求越來越高，地面交通負(fù)荷也逐漸增大。傳統(tǒng)管道在管徑、強(qiáng)度、耐腐蝕性和壽命等方面已達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型排水管與傳統(tǒng)材料相比，具有綠色環(huán)保、節(jié)能、耐腐蝕、強(qiáng)度高、剛性好、水力性能優(yōu)越、連接可靠、安裝維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)在市政工程中大力推廣應(yīng)用。