漢陽(yáng)排水系統案例：有時(shí)候，就要堅持合流制排水系統！
前言
我國合流制排水系統雨天溢流污染是城市水環(huán)境質(zhì)量難以持續提升的重要原因之一，迫切需要解決。國內外合流制溢流污染控制的手段多種多樣，有采取徹底的“合流制改為分流制”策略；有采取完善合流制管道系統并提高截流倍數；也有采用設置溢流污染調蓄池控制CSO。美、日、德等發(fā)達國家在20世紀80年代開(kāi)始開(kāi)展了一系列的“合流制改為分流制”研究和實(shí)踐，始終關(guān)注完善排水系統，加強城市雨水的綜合管理，對雨水徑流和CSO進(jìn)行控制，并提出合流制系統全年排放污染物削減總量和分流制污水管道排放的削減總量相同為目標。上海從20世紀90年代開(kāi)始對合流制排水系統雨天溢流污染開(kāi)展系統研究并進(jìn)行綜合治理，通過(guò)合流污水治理一期工程截污系統，使旱流污水截流到污水處理廠(chǎng)處理，通過(guò)蘇州河環(huán)境綜合整治工程對中心城區蘇州河沿線(xiàn)的37個(gè)合流制排水系統進(jìn)行了改造，建設了夢(mèng)清園等6座合流制雨天溢流調蓄池，水環(huán)境質(zhì)量得到大大改善，蘇州河黑臭問(wèn)題得到解決。同時(shí)上海也結合實(shí)際，開(kāi)展排水系統雨污混接研究，并對合流制改分流制方案進(jìn)行了實(shí)踐，漢陽(yáng)排水系統合流制改造是研究過(guò)程中的重要一步。
1 國際上許多大城市仍然保留相當范圍的合流制排水系統
根據美國環(huán)保局2004年統計，美國合流制排水系統服務(wù)人口4 000萬(wàn)～5 000萬(wàn)人，有32個(gè)州存在合流制排水系統，共有9 348個(gè)溢流口，每年溢流污水量約為8 500億gal（約合32億m³），費城、紐約、華盛頓特區、波特蘭、西雅圖等所應用系統都是以合流制為主的排水系統。費城城市建成區總面積約為334 km²，建成區內約70%以上的排水管網(wǎng)為合流制排水系統，中心城區均為合流制系統。紐約是美國第一大城市和第一大港，其人口密度高出美國城市平均水平，城市建成區面積約為790 km²，城區合流制排水系統約占60%。
歐洲國家的很多城市都有合流制排水系統。英國、法國合流制排水系統比例約為70%。1990年初英國大約有25 000處合流制管道。德國從20世紀80年代開(kāi)始重視城市雨水徑流和CSO污染的控制，并且保留了大量合流制排水系統，根據2013年的統計數據，合流制服務(wù)人口比例平均約為54%，南方各州合流制比例高于北方地區，漢堡等城市合流制系統服務(wù)人口超過(guò)90%。
日本的多數城市仍然保留了合流制管道系統。采用合流制的城市共192個(gè)，其中12個(gè)人口100萬(wàn)以上采用合流制系統的城市中，合流制排水系統服務(wù)面積占城市總面積的比例平均為47.6%。東京都地區更是以合流制為主，合流制服務(wù)面積的比例占到82%。大阪市約97%的地區采用合流制管道系統。
顯然，合流制排水系統仍然是國際上許多城市的選擇，特別是歷史悠久的大城市和其老城區及合流制系統比較完善的城區。
2 上海漢陽(yáng)排水系統改造方案
2.1 排水系統概況
上海漢陽(yáng)排水系統位于上海市虹口區北外灘，為中心城區62個(gè)合流制排水系統之一，建設之初服務(wù)面積為91 hm²，雨水管渠設計重現期為P=1年。2004年服務(wù)范圍調整為202 hm²，雨水管渠設計重現期為P=3年，新建漢陽(yáng)泵站雨水泵站雨水規模為18.5 m³/s，截流污水泵規模為0.8 m³/s，雨水排入黃浦江。與漢陽(yáng)排水系統相鄰的排水系統有大名、虹鎮和大連排水系統，均為已建合流制排水系統，漢陽(yáng)排水系統服務(wù)范圍見(jiàn)圖1。
圖1 漢陽(yáng)排水系統服務(wù)范圍
2.2 合流制改為分流制方案設計
2004年，為配合北外灘“高起點(diǎn)、高標準”的建設要求，規劃對漢陽(yáng)排水系統進(jìn)行合流制改為分流制改造。根據當時(shí)的北外灘總體規劃，漢陽(yáng)排水系統內超過(guò)90％的地區和道路規劃重建，最有條件實(shí)施合流制排水系統改為分流制排水系統。當時(shí)的北外灘開(kāi)發(fā)建設初步安排為3年內建成標志性建筑，5年內初具規模，10年全面完成綜合開(kāi)發(fā)。對排水系統而言，污水管可以重力接入地區已建污水干管，不需設污水泵站，對分流制改造十分有利。雨水管渠設計重現期可以提高至P=3年的標準，規劃原有管道基本廢棄，新建污水管道8 km，污水重力接入兩港截流總管，最終至竹園污水處理廠(chǎng)處理；新建雨水管道10.9 km和雨水泵站1座，雨水泵規模18.5 m³/s，雨水排入黃浦江，系統總管走向及泵站位置見(jiàn)圖2。
圖2 雨污水總管布置
漢陽(yáng)排水系統合流制改分流制提出規劃設計方案分2個(gè)階段實(shí)施。第一階段為過(guò)渡期，采用分流制改造和合流制并存模式。該階段結合地區開(kāi)發(fā)和道路建設，新建雨水系統總管和泵站，新建污水收集系統。雨水泵站內按照合流制截流標準設置污水截流泵，截流泵出水總管和新建污水系統總管合建，過(guò)渡期間雨水系統總管作為合流總管使用，雨水泵站截流合流污水。第二階段為全面建成期，全面完成雨污水管道和泵站建設，嚴格實(shí)施雨污水管道混接斷接，雨水泵站內截流設施改為初雨截流。
2.3 合流制改為分流制工程實(shí)踐和問(wèn)題分析
根據規劃設計方案，北外灘地區從2004年開(kāi)始實(shí)施地區開(kāi)發(fā)和排水系統改造。經(jīng)過(guò)5年的開(kāi)發(fā)建設，至2009年地區開(kāi)發(fā)率僅為10%左右，雨污水管道實(shí)施率僅為13.3%，系統雨污水總管尚未實(shí)施，僅完成雨水泵站土建建設，期間仍依靠老漢陽(yáng)泵站排水，地區開(kāi)發(fā)和合流制系統改造進(jìn)度大大滯后于原計劃。
漢陽(yáng)排水系統近5年的“合改分”過(guò)渡期系統改造過(guò)程中，除了建設進(jìn)度外，還面臨了一些技術(shù)問(wèn)題：
（1）系統間的雨污混接情況無(wú)法控制。本系統和周邊大名、虹鎮和大連3個(gè)合流制系統管道均由連通管連接，如虹鎮排水系統和漢陽(yáng)排水系統在路口處有10處管道連通；大連排水系統和漢陽(yáng)排水系統因排水方向相反，管道混接情況稍好，也有3個(gè)路口處存在管道連通情況。
（2）保留地塊的合流管道無(wú)法納管。部分老舊小區規劃保留，小區內合流制管道難以同步改造尚需保留，這些地塊面積約占系統服務(wù)面積的15%，2010年控規調整后更是達到47.9%。
（3）地塊開(kāi)發(fā)和市政管道無(wú)法同步改造。分流制雨污水管道按照地塊開(kāi)發(fā)和道路建設情況分別進(jìn)行建設，而不是按系統建設，導致分流制污水管道建成后無(wú)出路，只能封堵，已建雨水管道建成后只能暫時(shí)接入現狀合流污水管道，又造成新一輪的混接。
（4）老城區的道路下的管位非常緊張。由于老城區建成較早，周?chē)ㄖ锩芗?，道路一般較為狹窄，如采用合流制，僅需1根合流管道的管位，而改用分流制，需考慮雨水、污水2套管道的管位，還要保留合流污水管，甚至施工期還需考慮臨時(shí)的合流輸送管，因此管位非常緊張，幾乎無(wú)法落地。
（5）運行管理上的難度大大增加。需嚴格控制施工過(guò)程的雨污混接，做好在過(guò)渡期中分流制管道和合流制管道連通點(diǎn)的記錄，便于日后改接；需對老舊小區進(jìn)行徹底的雨污水管道改接。由于改造周期長(cháng)，可能由不同的建設單位管理，不同的設計單位設計，不同的施工單位施工，在污水系統全面建成后，需要有一個(gè)單位統一將所有混接的點(diǎn)理順。
2.4 通過(guò)研究和實(shí)踐仍然恢復合流制排水系統
2010年，結合前5年實(shí)際開(kāi)發(fā)情況，北外灘控規進(jìn)行了修編，保留用地面積大大增加，占建設地塊總面積的47.9%。地區開(kāi)發(fā)進(jìn)度放慢，地區整體開(kāi)發(fā)周期放長(cháng)。地區建設條件發(fā)生了重大調整，因此漢陽(yáng)排水系統的規劃布局方案也需要調整。
結合當時(shí)的地區開(kāi)發(fā)和分流改造建設情況、面臨的實(shí)際問(wèn)題，從建設目標、建設費用、道路建設條件、建設過(guò)渡期、雨污混接、地下管位等多方面對排水系統采用何種排水體制進(jìn)行了綜合評估，如表1所示。
表1 漢陽(yáng)排水體制方案適用情況比較
考慮地區開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)，雨污混接改造難度巨大，雨污分流的過(guò)渡期將超過(guò)10年，長(cháng)時(shí)間的過(guò)渡期帶來(lái)一系列問(wèn)題，漢陽(yáng)排水系統最終經(jīng)專(zhuān)家組研究，仍恢復合流制排水系統，通過(guò)提高截流倍數減少溢流。雨水管渠設計重現期提高至P=3年，截流倍數提高至n=5。泵站雨水泵規模仍為18.5 m³/s，截流污水泵為0.8 m³/s。
3 合流制排水系統改為分流制的
策略研究
3.1 樹(shù)立正確理念
合流制和分流制排水系統只是排水體制在因地制宜原則下的選擇，不存在先進(jìn)和落后之分，只有適合和不適合。國際上發(fā)達國家和城市的排水設施現狀和發(fā)展趨勢也證實(shí)了上述觀(guān)點(diǎn)。當前我國的排水設施建設和改造任務(wù)繁重，特別是管網(wǎng)系統，理應遵循可持續發(fā)展和海綿城市建設理念，結合污水處理提質(zhì)增效和黑臭水體治理等重點(diǎn)工作，不要“一刀切”要求合流制改為分流制，而是應該結合當地的實(shí)際情況和經(jīng)濟能力，合理確定排水體制，秉持廠(chǎng)網(wǎng)一體化原則，注重管網(wǎng)建設，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，系統包括完善的污水截流設施。
3.2 明確體制規劃
應該在規劃階段明確排水體制，規劃確定的分流制排水系統，應從建設初期按完全的分流制進(jìn)行建設，合理確定建設順序，確保分流制系統發(fā)揮效能；規劃確定合流制系統，應建設完善的合流制排水系統，包括能不斷提升截流倍數的污水截流系統和溢流污染控制措施。
對于已建合流制排水系統的改造，應該以污染物總量控制目標、投資效益等方面進(jìn)行量化分析，從建設工程量、道路建設條件、建設過(guò)渡期、雨污混接、地下管位等多方面對進(jìn)行充分評估，同時(shí)應貫徹海綿城市理念，從源頭盡量削減雨水徑流污染，科學(xué)確定排水體制。
3.3 劃清系統邊界
根據規劃確定的排水體制，必須劃清合流制排水系統和分流制排水系統的邊界，避免排水系統之間的雨污混接。對于需要改造為分流制的排水系統，必須理清本系統和周邊排水系統的關(guān)系，明確雨污水的最終出路。
3.4 系統實(shí)施改造
合流制改造成分流制建設中，排水系統無(wú)論服務(wù)范圍大小，劃清邊界后，在市政雨污水管網(wǎng)分流改造時(shí)，需要從源頭開(kāi)始，全面考慮住宅內部混接、住宅小區管網(wǎng)混接、排水系統內部管網(wǎng)混接和排水系統之間混接4種情況，摸清現存混接情況，系統確定改造計劃，有序推進(jìn)雨污分流改造，有效發(fā)揮各階段工程效益，完成系統整體改造。
3.5 編制過(guò)渡方案
合流制改分流制的建設周期較長(cháng)，宜結合地區建設開(kāi)發(fā)計劃分期建設，在系統布局時(shí)應充分考慮雨污水系統改造和地區開(kāi)發(fā)的關(guān)系，關(guān)注改造過(guò)渡期間的污染控制和排水安全保障，設置必要的過(guò)渡期截污設施，考慮各階段系統排水方案，最大程度發(fā)揮各期工程效益，同時(shí)保障過(guò)渡期間的排水安全。
3.6 智慧排水
充分利用智慧化手段，搭建智慧管理平臺，為污染物遷移過(guò)程監測和控制提供支持。建立智慧監測、管理平臺，通過(guò)平臺實(shí)時(shí)監測水量、水質(zhì)，評估合流溢流污染控制效果，評估雨污分流效果，追溯混接源頭，記錄混接點(diǎn)，為徹底分流提供數據支撐，并且根據評估結果進(jìn)行系統設施完善和運行模式的優(yōu)化。
4 小結
（1）中心城區合流制排水系統溢流污染控制是改善城市水環(huán)境的重要舉措，排水系統改造應結合系統自身特點(diǎn)綜合分析慎重考慮，因地制宜確定排水體制。
（2）合流制改造成分流制，需要從源頭開(kāi)始，劃清邊界、系統施策，貫徹海綿城市建設理念，同時(shí)重視雨污混接改造和建設期的過(guò)渡方案，采取智慧排水系統建立一套完善的分析監測、控制和管理保障機制，從現狀排摸、規劃、設計、建設、運行管理全過(guò)程管控，才能高效地完成雨污分流改造。