內(nèi)容導(dǎo)讀
　　2019年，武漢市水務(wù)局選取具有典型性的南湖、湯遜湖、北湖、黃孝河、機(jī)場(chǎng)河、巡司河為流域試點(diǎn)，啟動(dòng)“三河三湖”流域水環(huán)境治理工作，圍繞污水體系提質(zhì)增效以及重點(diǎn)對(duì)流域內(nèi)排水系統(tǒng)溢流污染問(wèn)題，推進(jìn)系統(tǒng)治理、綜合治理、源頭治理。
　　武漢市“三河三湖”流域包括多種排水系統(tǒng)類型，既存在合流制和分流制，也存在局部混錯(cuò)接的排水系統(tǒng)，同時(shí)，還有當(dāng)?shù)剌^為特殊的“憋排型”排水系統(tǒng)，構(gòu)成一系列管理實(shí)踐中的挑戰(zhàn)，在我國(guó)南方地區(qū)具有一定的代表性。這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在：
　?。?）由于“憋排”和高水位運(yùn)行帶來(lái)的雨季實(shí)際截流能力降低；
　?。?）高水位和低流速加劇管線沉積，造成沿程污染物逐級(jí)衰減；
　　（3）管網(wǎng)收集、截流、調(diào)蓄、處理各系統(tǒng)設(shè)施在旱季與雨季的相互匹配問(wèn)題。
　　鑒于“三河三湖”流域排水系統(tǒng)的復(fù)雜性，現(xiàn)實(shí)中排水系統(tǒng)類型與實(shí)際運(yùn)行工況復(fù)雜多樣，且與規(guī)劃設(shè)計(jì)工況存在較大差異。為此，對(duì)“三河三湖”流域現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的主要特征、問(wèn)題、真實(shí)運(yùn)行情況、規(guī)劃項(xiàng)目目標(biāo)、技術(shù)路線、實(shí)施方案、預(yù)期效果與風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行全面評(píng)估，以期進(jìn)一步優(yōu)化“三河三湖”流域溢流污染控制方案與工程建設(shè)。
　　重點(diǎn)評(píng)估內(nèi)容包括：
　　（1）排水系統(tǒng)“收集-截流-處理”的水量匹配關(guān)系；
　　（2）排水系統(tǒng)“源頭-過(guò)程-末端”污染物濃度衰減規(guī)律；
　　（3）管網(wǎng)淤積風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；
　　（4）污染物控制效率。
　　評(píng)估區(qū)域
　　武漢市“三河三湖”流域總匯水面積約為516.34km2，基本覆蓋了中心城區(qū)人口最為密集的區(qū)域以及水環(huán)境壓力較大的流域，如圖1所示。以黃孝河流域合流制片區(qū)的評(píng)估分析為例，介紹此次主要評(píng)估內(nèi)容及階段性評(píng)估結(jié)論。

　　
　　圖1“三河三湖”流域范圍
　　01.“收集-截流-處理”之間的匹配關(guān)系評(píng)估
　　圖2所示為評(píng)估區(qū)域的排水系統(tǒng)概化圖，匯水面積約18km2，片區(qū)內(nèi)雨污水全部匯入黃孝河暗渠，經(jīng)末端鐵路橋污水泵站輸送至下游污水系統(tǒng)，暴雨時(shí)超過(guò)鐵路橋泵站的雨污水溢流進(jìn)入黃孝河明渠，屬于較為罕見(jiàn)的大面積單一出口的排水系統(tǒng)。
　　
　　圖2 黃孝河流域排水系統(tǒng)概化圖
　　暗渠主干排水通道約5km，整體坡度低，如圖3所示。旱季與小雨時(shí)管網(wǎng)流速低，污染物逐步沉積，大雨時(shí)，管網(wǎng)流速增大，污染物經(jīng)沖刷溢流排入黃孝河明渠，加劇溢流污染。
　　
　　圖3 黃孝河暗渠縱斷示意圖
　　該區(qū)域旱季污水產(chǎn)生量約為19萬(wàn)m3/d，末端截流泵站設(shè)計(jì)流量為38.8萬(wàn)m3/d，設(shè)計(jì)截流倍數(shù)約為1；但區(qū)域地下水位較高，外水入滲量較大，《黃孝河機(jī)場(chǎng)河流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》顯示，該區(qū)域旱季地下水入滲量占比約為40%，如圖4所示。末端鐵路橋泵站平時(shí)實(shí)際抽排量平均已達(dá)到33萬(wàn)m3/d，基于管道與泵站可實(shí)現(xiàn)的實(shí)際截流倍數(shù)僅為0.2，全年平均溢流頻次超過(guò)30次（以24h間隔劃分，武漢市全年平均降雨場(chǎng)次約38場(chǎng)）。
　　
　　圖4 管網(wǎng)外水量占比估算
　　同時(shí)，該片區(qū)末端的三金潭污水處理廠旱季已滿負(fù)荷運(yùn)行，雨季無(wú)額外的處理能力，即與處理系統(tǒng)匹配的實(shí)際截流倍數(shù)為0。同時(shí)，若處理能力無(wú)法提升，則規(guī)劃提升系統(tǒng)截流能力后，增加截流的雨污水仍無(wú)法進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理，且規(guī)劃建設(shè)的溢流調(diào)蓄設(shè)施也無(wú)法將調(diào)蓄的雨污水及時(shí)回送至處理廠進(jìn)行處理。處理系統(tǒng)的能力不足是溢流污染控制系統(tǒng)的一個(gè)重要瓶頸。
　　02.排水系統(tǒng)“源頭-過(guò)程-末端”污染物濃度衰減規(guī)律
　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等手段，評(píng)估排水系統(tǒng)污染物來(lái)源、轉(zhuǎn)輸與排放過(guò)程，建立污染物的連續(xù)變化關(guān)系。圖5所示為基于現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到的小區(qū)化糞池前、化糞池后、接入市政管網(wǎng)、市政主干管、泵站、處理廠的逐級(jí)衰減的變化情況，其中，源頭小區(qū)的污染物濃度衰減比例最大。后續(xù)將進(jìn)一步開(kāi)展持續(xù)性的監(jiān)測(cè)和評(píng)估工作。
　　
　　圖5 排水系統(tǒng)污染物濃度衰減變化過(guò)程
　　03.管網(wǎng)沉積和病害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
　　由上所述，排水系統(tǒng)污染物沉積問(wèn)題嚴(yán)重，如何快速評(píng)估診斷沉積風(fēng)險(xiǎn)較高的管段，對(duì)于后續(xù)系統(tǒng)治理與運(yùn)維方案的制定尤為重要。本研究借助計(jì)算機(jī)模型，通過(guò)對(duì)管網(wǎng)流速的綜合分析，輔助診斷排水系統(tǒng)的沉積和病害風(fēng)險(xiǎn)。
　　有效管段極端形態(tài)下，單根管段的流速變化大致可出現(xiàn)以下兩種情形，一種情形是流速過(guò)程線的變化趨勢(shì)與入流曲線基本一致，然而局部出現(xiàn)劇烈震蕩，呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，另一種更糟的情形下流速過(guò)程線變化趨勢(shì)已完全改變，正負(fù)流速交替出現(xiàn)。針對(duì)相鄰管段的流速變化，正常情況下變化趨勢(shì)相似度較高，如果出現(xiàn)相似度差別較大的情形，則代表管道形態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題，如圖6所示。
　　
　　圖6 相鄰管道流速變化示意
　　因此，通過(guò)模擬分析單個(gè)管段的平均流速、流速正負(fù)比、流速穩(wěn)定性以及對(duì)比相鄰管段的流速過(guò)程線變化趨勢(shì)的相似性，可以綜合分析判斷不同管段的淤積風(fēng)險(xiǎn)。圖7所示為黃孝河合流制片區(qū)易沉積管段的模擬結(jié)果示意，其中關(guān)鍵管段的長(zhǎng)度占比約為25%，由此指導(dǎo)后續(xù)進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、管道檢測(cè)、巡檢與運(yùn)維管理方案等。
　　
　　圖7 區(qū)域排水系統(tǒng)不同管段淤積風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果示例
　　04.排水系統(tǒng)污染物收集與處理效率評(píng)估
　　根據(jù)排水系統(tǒng)污染物濃度衰減規(guī)律、實(shí)際截流能力等條件的評(píng)估，可以比較完整地還原出系統(tǒng)內(nèi)全年污染物從收集、轉(zhuǎn)輸?shù)教幚淼姆峙溥^(guò)程，如圖8所示。由于該區(qū)域系統(tǒng)的截流與處理能力不足，且有大量污染物在轉(zhuǎn)輸過(guò)程中沉積或漏損，導(dǎo)致全年污染物僅有不足50%進(jìn)入處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，有超過(guò)25%的污染物直接溢流進(jìn)入水體，約16%的污染物沉積在管道系統(tǒng)內(nèi)。
　　
　　圖8 系統(tǒng)污染物分配過(guò)程
　　05.主要結(jié)論
　?、?排水系統(tǒng)污染物在轉(zhuǎn)輸過(guò)程中濃度衰減明顯，污染控制效率低
　　通過(guò)對(duì)典型片區(qū)排水系統(tǒng)真實(shí)條件調(diào)研，并對(duì)“源頭-過(guò)程-末端”的污染物濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)老城區(qū)源頭小區(qū)存在明顯的污染物沉積問(wèn)題，部分小區(qū)從建筑出戶至市政管網(wǎng)過(guò)程中污染物濃度衰減接近50%，至末端污水處理廠污染物濃度衰減達(dá)到75%，直接導(dǎo)致大量污染物未有效輸送至污水處理廠處理，流域現(xiàn)狀實(shí)際進(jìn)入處理系統(tǒng)的污染物占污染物總量的比例低于50%，系統(tǒng)污染處理效率低。
　　② 現(xiàn)有排水系統(tǒng)雨季“截流-處理”能力不足
　　現(xiàn)狀排水系統(tǒng)基本無(wú)雨季截流與處理能力，總體上，全年現(xiàn)狀平均溢流頻次超過(guò)30次（以24h間隔統(tǒng)計(jì)，全年平均降雨場(chǎng)次約38次），溢流污染量約占全年污染物總量的30%左右。
　　③“憋排”系統(tǒng)導(dǎo)致管網(wǎng)沉積問(wèn)題嚴(yán)重
　　排水系統(tǒng)現(xiàn)狀普遍存在“憋排”問(wèn)題與高水位運(yùn)行，排水系統(tǒng)中污染物沉積量大，各流域污染物沉積量普遍占污染物總量近20%。沉積問(wèn)題進(jìn)一步削弱了系統(tǒng)排水能力，同時(shí)雨季暴雨徑流將累計(jì)沉積底泥沖刷溢流排入受納水體，加劇了溢流污染負(fù)荷。
　　④ 已有流域治理項(xiàng)目實(shí)施的優(yōu)化建議
　　區(qū)域所屬污水系統(tǒng)正在進(jìn)行三金潭污水廠擴(kuò)建，現(xiàn)有黃孝河合流區(qū)溢流污染控制采用末端建設(shè)低位箱涵輸送至調(diào)蓄處理設(shè)施進(jìn)行處置，上游合流區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)正在進(jìn)行清淤及管網(wǎng)修復(fù)，建議后續(xù)進(jìn)一步關(guān)注合流箱涵流態(tài)的優(yōu)化，可進(jìn)行合流箱涵結(jié)構(gòu)優(yōu)化、上游截流干線建設(shè)或者局部沉泥設(shè)施的建設(shè)等，解決合流區(qū)沉積污染問(wèn)題。
　　⑤ 市區(qū)兩級(jí)重點(diǎn)工作建議
　　鑒于武漢市管網(wǎng)由市區(qū)分級(jí)管理的工作機(jī)制，建議區(qū)級(jí)加強(qiáng)支線管網(wǎng)的管護(hù)，提高流速，減少停留時(shí)間，有條件的鼓勵(lì)建設(shè)污水快速截留小系統(tǒng)。建議市級(jí)加強(qiáng)主干支線管網(wǎng)混錯(cuò)接改造和修復(fù)的評(píng)估，以便于全面評(píng)價(jià)流域治理成效。
　　項(xiàng)目來(lái)源：
　　武漢市“三河三湖”流域溢流污染及初雨控制評(píng)估，資料由武漢市水務(wù)局、武漢市水務(wù)科學(xué)研究院、北京雨人潤(rùn)科、武漢市規(guī)劃院聯(lián)合提供。
來(lái)源： 中國(guó)給水排水