張孟曉

(德陽市市政設(shè)施和園林建設(shè)處，四川德陽 618000)

?

構(gòu)建統(tǒng)一高程系統(tǒng)的城市排水問題解決方案
——德陽市排水專項(xiàng)規(guī)劃和雨污水分流整治

張孟曉

(德陽市市政設(shè)施和園林建設(shè)處，四川德陽 618000)

目前城市普遍存在的雨污混流、內(nèi)澇積水及水系的黑臭等排水問題，困擾著海綿城市建設(shè)。城市水系、雨水管道、污水管道和道路豎向四大系統(tǒng)，通過豎向高程，極大影響混流和內(nèi)澇等排水問題。文章在剖析混流和內(nèi)澇產(chǎn)生的原因和關(guān)聯(lián)性基礎(chǔ)上，構(gòu)建水系、雨水、污水和道路豎向統(tǒng)一高程系統(tǒng)，制定排水規(guī)劃，指導(dǎo)排水工程項(xiàng)目建設(shè)，解決雨污混流、黑臭水體和局部?jī)?nèi)澇積水問題，以適應(yīng)海綿城市建設(shè)需要，服務(wù)于周邊地塊開發(fā)建設(shè)。

高程系統(tǒng)； 排水問題； 混流； 內(nèi)澇

1 排水現(xiàn)狀問題

城市排水現(xiàn)狀問題主要表現(xiàn)為雨污混流和內(nèi)澇積水問題，并由此帶來了水體黑臭、污水進(jìn)污水處理廠濃度較低不易處理等水質(zhì)問題。雖然目前大部分已建道路和全部新建道路均按雨污分流體制埋設(shè)雨污水管道，但實(shí)際中存在雨污水系統(tǒng)由于規(guī)劃時(shí)限、建設(shè)時(shí)序、水系功能定位等未統(tǒng)籌考慮，導(dǎo)致混流和內(nèi)澇問題發(fā)生，不符合海綿城市建設(shè)需要。

1.1 雨污水混流問題

雨污混流指的是在完全分流制排水體制中，出現(xiàn)雨水和污水排水通道混亂，出現(xiàn)不同類型水質(zhì)的水混合。雨水混流入污水管，擠占污水管流水空間，造成正常污水排放不暢滿溢出井蓋；造成進(jìn)污水處理廠污水濃度稀釋、水質(zhì)變化劇烈，影響處理效果和出水水質(zhì)；使污水處理廠滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，多余污水溢流排放，污染水體。污水進(jìn)入雨水排放系統(tǒng)，則造成雨水下游受納水體(河流、湖泊)水質(zhì)惡化，變成黑臭水體，極大影響水環(huán)境。

1.2 內(nèi)澇積水問題

內(nèi)澇積水問題是由于雨水排放不暢造成的城市內(nèi)澇、路面積水及其的一系列次生問題。內(nèi)澇則造成內(nèi)澇區(qū)各類建筑物底層及地下車庫進(jìn)水財(cái)物受損，道路積水過多則嚴(yán)重影響正常出行、地勢(shì)較低地塊雨水無法正常排放受淹。

1.3 渠系問題

本身承擔(dān)灌排功能的渠系，隨著城市的發(fā)展和拓延，逐步演化為排除雨水、解決內(nèi)澇的泄水通道和提升環(huán)境質(zhì)量的水景觀通道。但在水系功能轉(zhuǎn)化過程中是伴隨城市化進(jìn)程而轉(zhuǎn)變。由于渠系在城市中位置不同、各段渠系城市化時(shí)間不同，渠系功能各有差異，但在多數(shù)時(shí)候承擔(dān)灌溉、排澇、注清、水景觀等的多重功能。且渠系在管理上，各自規(guī)劃設(shè)計(jì)考慮其不同功能角度，采取不同的處理方案，出現(xiàn)了平時(shí)灌溉水位和雨水排放系統(tǒng)高程不銜接，造成內(nèi)澇積水；渠底和污水管高程沖突無法互相穿越，形成污水流入渠系，造成雨污混流。渠系本身流量不大，自凈能力相當(dāng)弱小，稍有污水便形成黑臭水體。

2 混流和內(nèi)澇因素分析

2.1 混流原因分析

2.1.1 污水混流至雨水

經(jīng)調(diào)查摸排德陽市凱江路以北片區(qū)混流點(diǎn)位為210處，污水管健全且排放順暢純屬錯(cuò)接點(diǎn)位有71處，屬管理不當(dāng)引起；剩余點(diǎn)位139處為污水管本身存在問題而不得已接入雨水管，屬技術(shù)不合理造成。技術(shù)不合理主要體現(xiàn)在：(1)道路下雨污水管高程相差不大，橫穿支管深度無法滿足排水戶接駁要求；(2)污水支管偏少，人行道處管線太多又無法開挖埋設(shè)接駁，就近接入雨水管；(3)污水管未按道路坡向放坡、高程同下游管道無法銜接而滿管，無法接駁；(4)一側(cè)為渠系時(shí)污水支管無法橫穿渠系，渠系側(cè)污水只能接入渠系；(5)局部消防支路下未敷設(shè)污水管；(6)受下游沒有受納截污干管影響、整體污水管埋深較淺，排水戶無法接駁；(7)截污干管下游滿管且水位較高，周邊污水無法接入。

2.1.2 雨水混流至污水

雨水混流至污水管零星點(diǎn)位處不易排查，從實(shí)際發(fā)現(xiàn)的主要原因?yàn)椋?1)雨水和渠系存在污水混流后，不能直接排入水體，只能采取截流措施，通過截流措施必然有雨水進(jìn)入污水系統(tǒng)。(2)部分老工業(yè)企業(yè)內(nèi)部實(shí)行雨污水合流體制，且排放量較大，達(dá)不到直接排入水體要求，必然接入污水管，即企業(yè)內(nèi)的生活污水、循環(huán)冷卻水、雨水均通過一套排放系統(tǒng)進(jìn)入污水管。(3)局部易積水路段市政部門一般就近增加雨水口解決積水問題，部分雨水口便就近接入了污水管。

2.2 內(nèi)澇原因分析

經(jīng)調(diào)查摸排德陽市區(qū)內(nèi)澇積水點(diǎn)，共計(jì)52處，其中道路交叉口內(nèi)澇積水27處，建筑小區(qū)內(nèi)澇積水16處，下穿內(nèi)澇積水8處。內(nèi)澇積水除日常維護(hù)疏通管理因素外，主要技術(shù)原因?yàn)椋?1)已修建道路豎向不合理，且雨水管幾乎同道路豎向一致放坡，導(dǎo)致道路雨水管下游端高程銜接不當(dāng)，排水困難。(2)受道路實(shí)際建設(shè)時(shí)序限制，雨水管網(wǎng)未成系統(tǒng)，僅從解決道路區(qū)段內(nèi)的排水考慮，致使上下游銜接困難。(3)雨水接入水系時(shí)，未考慮水系水位因素，造成雨水實(shí)際過水?dāng)嗝鏈p小且淤積嚴(yán)重。(4)同水系交叉走向時(shí)，深度設(shè)計(jì)不合理，采用倒虹方式連接或?qū)⒂晁^水?dāng)嗝鎵罕?，影響了雨水正常匯流。

2.3 道路豎向高程不合理因素

城市道路作為渠系和雨污水通道的承載體，其豎向高程及坡向同水系系統(tǒng)、雨污水的排放系統(tǒng)相互影響。現(xiàn)狀實(shí)際多存在由于道路坡向同水系位置和污水管坡向沒有統(tǒng)一考慮帶來的雨污混流問題。從排放雨水的角度分析，城市道路應(yīng)坡向于渠系，以便雨水以合適的坡度接入水體，避免內(nèi)澇積水；而污水管為了減少埋深避免橫穿水系，則反坡向于水系，便造成雨污水管道坡向相反，高程易沖突，且污水管起點(diǎn)埋深很淺，排水戶無法接駁，極易就近接入雨水管，形成混流。

2.4 建設(shè)時(shí)序不統(tǒng)一因素

從排水的上下游銜接關(guān)系看，城市雨污水管、道路和沿路水系應(yīng)一并實(shí)施修建。實(shí)際中由于受到實(shí)施主體、拆遷因素、資金限制、大項(xiàng)目的引進(jìn)等因素影響，雨污水管和水系上下游、水系和道路之間不能同步建設(shè)情況很普遍，帶來下游排水設(shè)施未建、已建排水設(shè)施由于沒有排放出路，無法使用；雨污水管和水系同上下游高程銜接不合理造成排水困難，從而容易導(dǎo)致雨污混流至水系造成水體黑臭和上游的內(nèi)澇積水。

2.5 規(guī)劃用地類型限制因素

從規(guī)劃本身看，作為實(shí)施規(guī)劃管理的依據(jù)的控制性詳細(xì)規(guī)劃，主要確定土地相關(guān)指標(biāo)及控制要求，對(duì)城市排水、水系研究深度達(dá)不到指導(dǎo)施工圖設(shè)計(jì)要求，容易造成后續(xù)施工圖設(shè)計(jì)對(duì)控規(guī)用地類型沖突(尤其是水系)，且調(diào)整困難；尤其是具有不同功能的水系在管理主體和建設(shè)實(shí)施主體不同情況下，水系詳細(xì)規(guī)劃對(duì)用地的需求和控規(guī)對(duì)用地類型的限制之間矛盾很大，很容易造成水系建設(shè)困難，帶來高程上和斷面上的種種問題，產(chǎn)生內(nèi)澇和混流現(xiàn)象。城市排水系統(tǒng)涉及河流，排澇、灌溉和景觀水系，研究范圍為整個(gè)城市，而控規(guī)研究范圍一般為某個(gè)片區(qū)，研究范圍不同、特別是不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)單位考慮問題角度不同，易出現(xiàn)區(qū)域排水銜接上的問題。

3 渠系、雨污水、道路豎向和混流與內(nèi)澇關(guān)聯(lián)性分析

3.1 渠系、雨水管同內(nèi)澇關(guān)系分析

上下游雨水管道同渠系高程和水位銜接不當(dāng)必然引起內(nèi)澇。渠系水位影響雨水排放，渠系水位過高則造成上游雨水頂托倒灌，減小雨水有效過水?dāng)嗝?、并使雨水管?nèi)長(zhǎng)期積水沉淀堵塞管道；雨水排放本身又會(huì)提高渠系水位，二者相互耦合。解決城市內(nèi)澇和路面積水問題需要先從最下游受納水體出發(fā)，向雨水管上游逐級(jí)分析解決。

3.2 渠系、雨污水管同混流關(guān)系分析

渠系、雨污水管和排水戶三者管道高程處理不當(dāng)會(huì)造成混流。首先排水戶排放污水應(yīng)能順利接入污水系統(tǒng)，即污水系統(tǒng)起點(diǎn)高程要低于排水戶化糞池出水高程。其次道路污水管同雨水管交叉時(shí)，應(yīng)能順利穿過，否則若是高程沖突必然造成雨污水管道混流而混流。再次渠系由于避免雨水倒灌必然高程相對(duì)雨水管較低，污水管必須穿越渠系時(shí)，應(yīng)能從渠系底部橫穿，否則污水只有接入水系才能排放順暢，便造成混流和水體黑臭。

理想情況下，按照整個(gè)污水管統(tǒng)一位于雨水管及渠系下側(cè)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行布設(shè)，二者排放通道不紊亂，支管相互穿越順利，不會(huì)產(chǎn)生混流問題。可現(xiàn)實(shí)中，由于水系功能定位變化導(dǎo)致渠底標(biāo)高、渠系深度隨之變化，渠系首先需要調(diào)整豎向高程；渠系高程由于片區(qū)開發(fā)、上下游未同步、管理部門未協(xié)調(diào)、管轄范圍未統(tǒng)一等原因需調(diào)整而未調(diào)整的，則片區(qū)雨水排放不暢，形成內(nèi)澇。渠系高程調(diào)整后，渠底標(biāo)高降低，和污水管高程沖突，在污水管沒有解決方案前提下，污水只能流入渠系，形成混流。

3.3 道路坡向同混流和內(nèi)澇關(guān)系分析

城市道路如存在水系時(shí)，從排雨水角度看道路應(yīng)坡向水系，便于雨水排放，大重現(xiàn)期降雨雨水可沿道路路面直接進(jìn)入水體，避免道路積水；可污水管為了避免橫穿水系，一般流向遠(yuǎn)離水系方向，便和道路坡度相反，造成起點(diǎn)埋深較小，周邊排水戶污水無法接入污水管只有接入雨水系統(tǒng)形成混流；遠(yuǎn)離水系方向還造成污水管終點(diǎn)埋深很大，影響整個(gè)污水系統(tǒng)高程。

3.4 混流和內(nèi)澇關(guān)系分析

末端截流即截流式合流制排放體制下，存在雨污水混流情況下污水流入雨水管后，便直接流入水體，極大影響城市水環(huán)境；在城市對(duì)水環(huán)境的嚴(yán)苛要求下，不允許有污水直接流入水體后，一般沿河道建設(shè)截污干管，截流流入河道的污水。且截污干管在一定距離要設(shè)置溢流口，以便多余水量時(shí)順利溢流。隨著城市繼續(xù)發(fā)展，污水量增加，所接納水量超過污水干管設(shè)計(jì)負(fù)荷后(混流水?dāng)D占了污水排放空間)，污水干管滿管濃度更大的污水溢流至水體；即降雨時(shí)雨水管先流入截污干管，達(dá)到相應(yīng)水位后開始溢流。由于排水量的波動(dòng)性，為確保較少污水溢流至水體，截流倍數(shù)一般相對(duì)較大；遭遇極端降雨情況下截污干管輸送能力不足，又不能順利溢流，便造成上游雨水排放不暢產(chǎn)生積水。城市中多條渠系情況下，幾乎每個(gè)雨水排放口為了避免污水流入渠系，均設(shè)置截流措施，極大影響了雨水排放通道的順暢性，造成內(nèi)澇積水。這種情況下產(chǎn)生由避免混流造成的內(nèi)澇問題。

內(nèi)澇產(chǎn)生后，一般會(huì)將內(nèi)澇發(fā)生處及下游擴(kuò)大雨水管管徑，先期建設(shè)雨水管本來埋設(shè)不足，擴(kuò)大管徑后只能降低標(biāo)高以保證覆土厚度；降低標(biāo)高后又同污水管高程沖突，支管無法相互穿越，從而造成混流，便產(chǎn)生由解決內(nèi)澇而帶來的混流問題。

4 構(gòu)建水系、污水、雨水、道路豎向的統(tǒng)一高程系統(tǒng)

4.1 德陽天元片區(qū)概況及排水問題梳理

德陽天元片區(qū)位于市區(qū)主城區(qū)西側(cè)，寶成鐵路以西、石亭江以北，規(guī)劃面積49.9 km2。片區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，北高南低向石亭江傾斜，平均坡度0.4 %。改片區(qū)以石亭江和廠西排洪河為界，劃分為單獨(dú)的排水分區(qū)(污水和雨水)。片區(qū)內(nèi)水系縱橫，主要功能為排澇和灌溉，上游水質(zhì)較好，經(jīng)過片區(qū)后，部分渠段混入污水，形成黑臭水體，水系最終流入廠西排洪河和石亭江。片區(qū)內(nèi)早期按照雨污合流制方式建設(shè)的排水系統(tǒng)，且合流管管徑較小。雨污水合流制導(dǎo)致混流問題嚴(yán)重、水系黑臭問題普遍；強(qiáng)降雨期間水系水位高、市政及小區(qū)雨水排放困難、部分路段及小區(qū)積水嚴(yán)重。擬按照海綿城市建設(shè)為指引，通過分析現(xiàn)狀地形、已有用地規(guī)劃、已有的現(xiàn)有水系和雨污水排放設(shè)施，并在考慮水系的灌溉、排澇和景觀功能基礎(chǔ)上，構(gòu)建水系、污水、雨水、道路豎向統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，合理確定水系和雨水的建設(shè)規(guī)模，制定雨污分流改造計(jì)劃，從規(guī)劃層面解決雨水混流帶來的水體黑臭和雨水排放不暢帶來的內(nèi)澇積水問題。

4.2 道路豎向和水系高程系統(tǒng)構(gòu)建

道路豎向系統(tǒng)是城市水系、污水和雨水系統(tǒng)制定的前提，城市排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)前，已確定道路豎向系統(tǒng)高程數(shù)值。道路豎向系統(tǒng)首先影響水系布置和走向，水系的位置和走向要依托道路于道路。城市水系由于功能差異，渠底深度差異較大。具有排水防澇功能的水系，除順利接納排放雨水管匯水之外，還需能順利排除超標(biāo)暴雨情況下沿道路匯流的水量。相比污水和雨水管，城市水系高程由于起止點(diǎn)為現(xiàn)狀，受到現(xiàn)有條件約束較多，高程優(yōu)化空間不大。因此由水系上下游現(xiàn)狀約束條件，結(jié)合由已確定的道路豎向高程，初定水系控制點(diǎn)高程，作為雨污水管網(wǎng)系統(tǒng)的參考標(biāo)高。再根據(jù)下文確定的雨水、污水系統(tǒng)高程，反饋給水系高程，更近一步優(yōu)化整個(gè)排水系統(tǒng)。

4.3 雨水和水系系統(tǒng)

雨水和水系之間不僅存在高程上上下游銜接關(guān)系，也存在流量上承接關(guān)系，還存在由于流量變化導(dǎo)致的水位高程變化下和確保二者的相互順利銜接。滿足上述三個(gè)方面關(guān)系，才能確保雨水通道的通暢性，是解決內(nèi)澇積水的前提條件。根據(jù)地形資料找出雨水最不利排放點(diǎn)，確定滿足最不利點(diǎn)雨水排放需求的雨水高程系統(tǒng)(不設(shè)排水泵站前提下)。再根據(jù)模型軟件，模擬在雨水流量和水系流量耦合下的匯流特征，得到較優(yōu)的雨水-水系高程系統(tǒng)。

4.4 污水和雨水-水系系統(tǒng)

污水和雨水系統(tǒng)之間僅存在高程上相互影響的關(guān)系，不存在流量上的混合。按照污水最不利點(diǎn)排放順利前提下，再參照雨污水管道凈距，可確定控制點(diǎn)處污水管高程，由兩個(gè)不利點(diǎn)之間高程，確定污水管段高程，近而確定整個(gè)污水系統(tǒng)高程。統(tǒng)籌污水橫穿水系增加埋深和避免橫穿水系同道路反坡布置兩個(gè)因素，確定污水管是否穿越水系。特別注意的是水系相比雨水管更低，滿足和雨水管的凈距要求下，未必能順利橫穿水系。將污水系統(tǒng)高程反饋于水系，可再次優(yōu)化水系高程。

4.5 道路豎向和周邊地塊排水復(fù)核

根據(jù)上述步驟可確定的雨水-水系-污水系統(tǒng)的網(wǎng)狀高程，但必須核實(shí)管道在道路下的覆土深度是否合適。覆土深度達(dá)不到要求時(shí)，需根據(jù)實(shí)際地形，在合理情況下適當(dāng)優(yōu)化道路豎向高程。

確定雨水-水系-污水系統(tǒng)的網(wǎng)狀高程后，還應(yīng)該根據(jù)道路周邊地形，核實(shí)地塊排水，確保可順利接入排水系統(tǒng)內(nèi)，不至于形成新的混流和內(nèi)澇點(diǎn)位。尤其是沿道路規(guī)劃有水系處的污水管、填方路段的雨水管，確保周邊地塊排水順暢。根據(jù)復(fù)核信息，將不能順利排放的地塊標(biāo)注，并反饋于雨污排放系統(tǒng)，優(yōu)化成果?？尚纬珊缆坟Q向系統(tǒng)、水系系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)統(tǒng)一高程網(wǎng)。

[1] 嚴(yán)煦世，劉遂慶.給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)[M]. 3版. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2] 劉興昌. 市政工程規(guī)劃[M].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[3] 伍業(yè)鋼. 海綿城市設(shè)計(jì):理念、技術(shù)、案例[M].江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

[4] 蔣克彬， 李元， 劉鑫. 黑臭水體防治技術(shù)及應(yīng)用[M].北京: 中國(guó)石化出版社有限公司，2016.

張孟曉(1983～)，男，碩士研究生，工程師，從事市政排水規(guī)劃建設(shè)和管理工作。

TU992.03

B

[定稿日期]2017-04-14