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技術(shù)交流 | 唐建國總工談:中國城市合流制排水系統(tǒng)的問題與改造

合流制、分流制是城市排水兩種并存的排水體制,都有各自的優(yōu)缺點、且都是合理的形式。合流制因造價低、占用道路資源和維護管理工作量相對少,多被世界很多較早建設(shè)排水系統(tǒng)的城市(地區(qū))所采用,并沿用至今,甚至占有很高的比例。我國也不例外,合流制在很多城市的老城區(qū)所采用。但是合流制會在雨天產(chǎn)生超過截流倍數(shù)的溢流,造成的環(huán)境污染。故日本、美國、德國等國家的城市長時間來一直致力于合流制的改造,如日本制定了詳細和著名的“合流制完善計劃”。

國內(nèi)合流制與國外的相比,則因雨水排水標準低、可能不是真正的合流制、系統(tǒng)內(nèi)合流與分流混存、一年四季滿高水位(滿管流)、清通養(yǎng)護水平低下、截流方式不正確、溢流口溢流污染嚴重等問題,讓合流制成了“眾矢之的”,“溢流污染”更被環(huán)保督察所詬病。合流制改造和如何改造就成了當下我們必須解答的命題。

對于我們“不一樣”的合流制,應(yīng)該怎么改?談點自己的觀點,供討論,一起為改造好我們國家的合流制出力。

認識一下我們不一樣“合流制”

在我國很多城市老城區(qū)的合流制普遍存在雨水排水標準偏低的問題,難于滿足現(xiàn)在排水管道標準達到3~5年的要求。但是,除此之外,還有如下特有的問題:

1.不應(yīng)該被稱為合流制的“合流制”。很多城市就埋了“一根管”,其按照什么標準的污水量、雨水量設(shè)計的,現(xiàn)在都無從查起。實際狀況是旱天走污水也許大了點,雨天走雨水又遠不夠,如圖1。其雨天不就是“小雨小溢、大雨大溢、暴雨全溢”的結(jié)果,這種溢流因為有堰的原因,可是把旱天留存在管道中污水都會溢到水體中,這個“一根管”可真不是合流制。

(這就是個污水直排口,這點堰高,有啥截流效果?是合流制?)

“一根管”排水

還有不少城市沿河對排水口進行截流,截的是小區(qū)合流排水口、雨污水混接的排水口。這種“整整齊齊”沿著河道都是“溢流口”,雖然名稱叫截污,實際根本起不到截污作用,如圖2。不還是個“小雨小溢、大雨大溢、暴雨全溢”嗎!就算截流范圍是合流制,它也不是一個合格的截流式合流制。

“整整齊齊”截流溢流口,有啥截流效果?是合流制?)

不正確的截流

2.系統(tǒng)內(nèi)合流制與分流制交錯并存。一個系統(tǒng)內(nèi)要是合流制、分流制都“混”在一起了,該叫個“啥制”?如圖3。這個區(qū)域什么管渠都有,設(shè)想把旱天污水、各種管道的“存水”、地下水等都截入到污水處理廠,要污水處理廠“扛起來”。進不了的就存在截污槽(管)、截流槽(管)中,但是水“太多”了,雨天還就是向河道溢。污水處理廠“扛不動”,不還是個“小雨小溢、大雨大溢、暴雨全溢”嗎!這個系統(tǒng)改造可就比前面那個不是合流制的系統(tǒng)難多了。

(夠復(fù)雜的一個排水系統(tǒng),也沒有讓河道水質(zhì)好起來?。?/span>

某地排水系統(tǒng)概化圖

3.合流管滿管流讓合流制失去截流功能。一個合格的合流制,應(yīng)該是旱天污水低水位,雨天降雨達到一定排水標準時,合流管雨天滿管流,且截流管有一定的截流倍數(shù),末端污水處理廠處理能力也能夠與截流倍數(shù)相適應(yīng)。但是實際上,很多合流制因為地下水入滲、河水倒灌(排水口淹沒在水位下),甚至河湖水直接排入合流管中,導(dǎo)致合流管一年四季都是滿管流,仍然是個“小雨小溢、大雨大溢、暴雨全溢”,如圖4。因城市河湖水入侵,甚至旱天就在溢流,如圖5?!皾M管流”哪里會有截流倍數(shù),水位再高于管頂,截流倍數(shù)就是個“負”值;加之污水處理廠又僅是按照地區(qū)污水量設(shè)計的,雨天有哪里能夠處理得掉所謂截流倍數(shù)內(nèi)的水。

(合流管旱天低水位、雨天滿管流才對?。。?/span>

排水管網(wǎng)滿管流

(這個水體沒有溢流出口,就溢到合流管道里,這怎么可以啊,外水是排水管道的“敵人”?。?/span>

(進到合流管道的水體水,旱天就把污水沿途溢到河里了)

河湖水(外水)直接入侵

4.雨天溢流污染太嚴重。排水管道養(yǎng)護管理工作最最重要的兩個字是“清、通”。雨水管是“清”,“清”就是把雨水管道中的積泥“清”出來,讓雨水管做到旱天無積泥、少積泥!污水管是“通”,把積泥“通”到下游去,進到污水處理廠,讓污水管無淤積、無堵塞、水暢流!合流管既要“清”、也要“通”,旱天多多“通”,保證低水位時,像污水管一樣,無淤積、無堵塞、水暢流;降雨前還應(yīng)該好好再進行“清”。雨水管和合流管都有排河道水體的口門,“清”的目的就是雨天少點污染物入河。只有最大限度地減少管道中的積泥,才能夠減少雨天溢流污染。可是污水管、合流管和雨水管往往一年四季都是高水位,甚至是滿管流,這就讓“清、通”養(yǎng)護變得十分困難,就不可能做到有效地將雨水、合流管中的積泥“清出來”!好比煮了一鍋稀飯,想把米粒都撈干凈,是件很難的事道理是一樣的。圖6是奧地利排水管道中的積泥情況,其大部分管道積泥不超過管徑的1/40。這比我們養(yǎng)護后要求積泥厚度不大于1/8可好得多啊!管道積泥少了,合流管、雨水管雨天排水口溢流和出流的污染物就少了。圖7是某平原河網(wǎng)地區(qū)城市雨天排水口出流污染的構(gòu)成,在總污染負荷中,管道積泥的污染負荷要占到60%以上,可見合流管道、雨水管道清淤工作的重要性之高。圖8是某山地城市雨天合流制排水口污染物變化情況,COD最高可以高達2000mg/L之巨。

(人家水環(huán)境好,和排水管道養(yǎng)護質(zhì)量很有關(guān)系?。?/span>

奧地利排水管道的積泥情況

(積泥污染要占總污染負荷的70%,不清泥行嗎?)

某平原河網(wǎng)地區(qū)排水口出流污染構(gòu)成情況


某山地城市合流管排水口雨天污染物排放情況

5.占“別人”便宜的“合流渠箱”。很多城市,特別是山地和丘陵城市,有很多的原來用于排山溪水、山泉水、雨天排山洪水的渠道,其與城市內(nèi)河水體相連,他們的存在甚至早于城市地區(qū)的開發(fā)。但是在城市開發(fā)中,就把這些渠道當成排水主干渠,污水、雨水統(tǒng)統(tǒng)接到了渠道中。甚至因為開發(fā)把山水也不知道“擠”到哪去了,導(dǎo)致旱天排污水,雨天又是污水、雨水和山水混合水,把山水渠道搞成了又黑又臭,那就再蓋上蓋板,稱為“合流渠箱”,詳見圖9。這是開發(fā)者的偷懶學(xué)位,占“別人”的便宜,何以能夠稱為合流?

占“別人”便宜的合流渠箱

我們的合流制該怎么改

正是因為我們的合流制與國外相比不一樣,問題更多。面對我們的這種不一樣“合流制”,在改造的同時,不但要解決雨天雨水排水標準提高的問題,還要解決溢流污染問題,甚至要將溢流污染控制到比雨水排水標準提高改造前的現(xiàn)狀還要??;不但要修復(fù)好現(xiàn)有合流管的結(jié)構(gòu)性缺陷,減少外水入滲、杜絕河水倒灌,解決旱天滿管流的問題,還要優(yōu)化調(diào)度、增強養(yǎng)護管理,減少管道積泥;不但要建設(shè)灰色設(shè)施,還要綠色應(yīng)對、減少徑流污染。所以,我們的合流制不是簡單地將現(xiàn)狀合流制廢除了,改成分流制,而是要多措并舉,應(yīng)地施策。

1.改造前必須要做的事。針對一個城市合流制系統(tǒng),或者所謂的“合流制”系統(tǒng),改造前必須要做的工作是:第一,盡可能收集原有的合流系統(tǒng)的資料,了解現(xiàn)狀合流制當初是按照什么標準設(shè)計的,調(diào)查現(xiàn)狀排水戶和地表狀況,了解現(xiàn)狀與當初設(shè)計時服務(wù)范圍的差異;第二,結(jié)合收集的資料,深入現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)有排水系統(tǒng)真實的構(gòu)成,了解現(xiàn)狀合流制系統(tǒng)與后建排水系統(tǒng)的關(guān)系;第三,收集相關(guān)排水規(guī)劃、海綿城市建設(shè)規(guī)劃和地區(qū)發(fā)展規(guī)劃資料,理解地區(qū)的發(fā)展要求;第四,要按照現(xiàn)狀條件,對合流系統(tǒng)進行必要的驗算,掌握其在目前情況下的排水能力情況,并結(jié)合規(guī)劃要求,驗算現(xiàn)有設(shè)施與規(guī)劃目標的差距,確定改造的排水標準目標;第五,在旱天打開井蓋看看,現(xiàn)狀合流管道系統(tǒng)水位情況,畫出類似于圖4的管道水位“彩超圖”,判斷合流管的運行狀態(tài),初步判斷管道質(zhì)量狀況和外水來源和量的情況;第六,調(diào)查了解當?shù)嘏潘艿赖酿B(yǎng)護情況,初步判斷合流管網(wǎng)總的積泥情況;第七,實測合流制排水口在雨天的溢流污染和所屬污水處理廠雨天進水、溢流等情況,掌握溢流污染物的構(gòu)成、隨降雨歷時的溢流污染物變化情況。這些調(diào)查是非常必要的,當然調(diào)查的內(nèi)容也遠不止上述所敘。要杜絕“情況不明,辦法多”。

2.主要改造的對策

1)與雨水排水標準提升相結(jié)合?,F(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)普遍面臨不能夠滿足雨水排水規(guī)劃標準的問題,甚至由于后期的發(fā)展,都不滿足原來設(shè)計標準要求,那么合流制改造就要與雨水排水標準提升相結(jié)合。改造時要考慮到:第一,原有合流管怎么辦?最好是將現(xiàn)有合流管作為污水管,按照新的雨水排水標準敷設(shè)道路雨水排水管,這樣做的優(yōu)點是可先不涉及排水戶污水的納管問題,逐步進行排水戶內(nèi)部的分流改造和現(xiàn)有合流管結(jié)構(gòu)性缺陷的修復(fù),道路雨水排水管也先只是先與道路雨水口銜接。上海市水務(wù)局一位領(lǐng)導(dǎo)稱其為“準分流制”改造,倒是很有見地和符合實際的稱謂。第二,現(xiàn)有道路沒有管位,這是制約敷設(shè)道路雨水排水管的難題;王盈盈等《現(xiàn)狀道路下空間集約型排水系統(tǒng)設(shè)計》(給水排水,20217月)中提出“雨水口一體溝”的做法不失是一種解決道路雨水管管位問題的方法,詳見圖10;目前與雨水排水口相結(jié)合的溝渠產(chǎn)品也很多,如圖11所示;這種占用雨水口位置做法的優(yōu)點為:一是在充分利用道路雨水口位置,解決管位的同時,可與雨水口的改造進行有效的結(jié)合;二是可最大限度地降低了原有合流管雨天的合流水量,大大減少了雨天原合流排水口的溢流,減少了污水處理廠的入廠水量;三是新建道路雨水排水管為現(xiàn)有合流管的缺陷修復(fù)的分段調(diào)水提供了轉(zhuǎn)輸通道。在實踐中,也有人提出將現(xiàn)有合流管改為雨水排水管,原因是:現(xiàn)有合流管因存在結(jié)構(gòu)性缺陷需要修復(fù),新建污水管,老合流管就不用修復(fù)了。但是現(xiàn)有合流管不滿足雨水排水標準時,豈不是還要建設(shè)新的雨水管?就是作為雨水管,它不是也要修復(fù)嗎?不修復(fù)現(xiàn)有合流管,作為雨水管還是旱天就是滿管流,滿管流就不能夠有效地把積泥從管道中清出來,積泥清不出來,溢流污染就會很嚴重。

10 雨水口一體溝渠示意圖

(雨水口與雨水排水管渠同位,占用的是雨水口的位置,省去了連管,方便了與雨水口的銜接)

11 線型排水溝渠產(chǎn)品圖

2)與“海綿措施”實施相結(jié)合。合流制改造最大目的是減少雨天的溢流污染。溢流污染主要來自管道積泥和污水,管道積泥又主要來自于地表徑流。減少了徑流污染,不就減少了積泥嗎!而減少徑流污染最有效的措施就是“海綿措施”?!昂>d措施”不但可以減少徑流水量,減少了徑流水量,就減少了道路雨水排水管的規(guī)模,讓新建雨水管道更加容易實施;而且更可以有效減少徑流污染,這就是“海綿措施”的兩大功能,何樂不為!“海綿城市”不能夠當工程建,但是城市工程可以海綿化,這就是“全域海綿”的對策,如圖12所示。若沒有“海綿措施”,雨水排水標準越高,豈不是雨天雨水管道、合流管道的出流污染、溢流污染越高嗎!紐約、費城的綠色經(jīng)驗真的可以借鑒,費城的“綠色英畝計劃”,不就是有效解決了合流制雨水截留和溢流污染控制問題嗎?詳見圖13?!昂>d城市”可真不能夠僅僅掛在嘴邊上,停留在所謂的“海綿城市規(guī)劃”上?!昂>d規(guī)劃”不落實在城市排水上,就是個“花花綠綠”的“圖畫”而已。“海綿城市”理念需要用心去落實,需要知行合一去實現(xiàn)。

(綠化不給雨水“開放”,何談綠色?何談“多用自然力排水”何談韌性城市)

12 城市設(shè)施“海綿措施”改造(示意)

13 美國費城“綠色英畝計劃”效果

3)與綜合施策相結(jié)合。合流制,或者所謂“合流制”的改造的確還需要綜合施策。第一,對于圖1“一根管排水”,那只能夠新建雨水排水管,新開雨水排水口;把現(xiàn)有的排水口封堵掉,污水截流到污水處理廠。第二,對于圖2沿河“整整齊齊溢流口”,必須首先進行小區(qū)、企事業(yè)單位內(nèi)部排水單元的雨污分流,若這個“截流管”還能夠使用,那就得毫不猶豫地將“整整齊齊”的溢流口統(tǒng)統(tǒng)封堵掉;一定要學(xué)習(xí)廣州“排水單元達標”的先進經(jīng)驗,不但實現(xiàn)排水單元內(nèi)部污水、雨水各行其道,還要實現(xiàn)雨水排水達標,甚至“海綿化”改造,詳見圖14所示,并落實管理責任主體;這些沿河的“排水單元”在實現(xiàn)內(nèi)部分流改造后,其雨水就可以直接排放到水體中,詳見圖15所示;把雨水排水口露出來,老百姓的眼睛比任何監(jiān)管設(shè)備都管用。第三,對于圖3分流、合流系統(tǒng)交錯在一起的,則首先要把理清楚這個“亂麻”,分流系統(tǒng)雨水不能夠進入合流系統(tǒng),合流系統(tǒng)也不能夠與分流系統(tǒng)相接;其次進行分流系統(tǒng)的混接改造、缺陷修復(fù),合流管道該怎么改,就怎么改;污水處理廠不是“無底洞”,“扛不起”這些混在一起的水。第四滿管流的“合流管”,那就得做檢測,真真切切地找出導(dǎo)致滿管流的問題原因,扎扎實實地去做“趕外水”工作;不恢復(fù)旱天低水位,就不是合流制。第五,哪有不需要養(yǎng)護的排水管道,把管道水位真真降下去了,把積泥旱天趕到下游,進到污水處理廠,降雨前再有效清一次,溢流污染還會嚴重嗎?“排水管道滿管流是減少地下水入滲、防止道路坍塌的好辦法?!钡恼f法真是欠考慮。第五,對于所謂的“合流渠箱”,那就是還債,世上沒有“光占便宜,不用還帳”的好事;污水是“合流渠箱”的外水,那就毫不猶豫地將污水這個外水“趕出去”,恢復(fù)原來山水渠“走清水”的本來面目;在“合流箱涵”中加設(shè)截流管,戲稱“三車道”的做法是恢復(fù)“走清水”最簡單和有效的辦法,詳見圖16所示。

(排水單元達標,混接改造的“標志性成果”就是屋頂雨水落水管在地面處的斷接,進入海綿體、綠地不是很好嗎?。?/span>

14 廣州“排水單元”達標示例

  

15 沿河排水單元的分流制雨水管直接排河

(兩側(cè)截污水,中間“走清水”的“三車道”)

16 “合流渠箱”改造示例

3最后再提醒幾點:

一是,環(huán)保督察稱“溢流污染嚴重”,只是說了問題的表象,不能就表象說咋辦,而是要踏踏實實地去找問題的原因。只有把原因找清楚了,再結(jié)合排水規(guī)劃目標進行符合實際的改造,管、建并重,才是走正道。當然這種“溢流污染”也可能出現(xiàn)在現(xiàn)狀混接嚴重的分流制,有人說是“半吊子”分流制,其也不會比合流制好到哪里去,可能更嚴重。

二是,合流制改造不是簡單地說“合流制就是保持合流制”、“合流制一定要改為分流制”,真的要根據(jù)實際來,該怎么改就怎么改,不改永遠解決不了問題,當然“趕外水、降水位、通管道、清積泥”永遠是趕快補上和要做好重要的工作。

三是,在合流制(包括“半吊子”分流制)沒有改造清爽之前,就在末端按照所謂若干毫米“初期雨水”做個“調(diào)蓄池”,可真不能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的“初心”。旱天都是“滿管流”合流管,調(diào)蓄池截流的可真不是想象中的“初期雨水”,當然“初期雨水”真實的概念也不是按照“若干毫米”定義的。管道中的積泥,沒有清干凈,調(diào)蓄池的沖洗堰門怎么可能把池子中的淤泥清干凈,沖不干凈,那就得靠人工去挖了。另外,德國、日本的“調(diào)蓄池”(合理的名稱應(yīng)該是“截流池”)可不是按照“若干毫米”來設(shè)計的,而是按照水環(huán)境要求來設(shè)計的。世上沒有“一招鮮”的方法。

四是,還得把雨水口好好管住才行,往雨水口倒各種亂七八糟的臟水,就是污水直排,如圖17所示。不要說分流制雨水管,合流管污水沒有考慮這部分污水。消除污水直排是硬任務(wù),不管咋行。

17 雨水口唯一功能是收集地表徑流雨水

4小結(jié)

污水雨水同管流,

排水體制稱合流。

占用道路資源少,

維護管理量還小。

國外普遍都采用,

管大質(zhì)佳挺好用。

溢流污染也是禍,

綠色灰色來換貌。

我國合流不一樣,

排水標準不夠高。

一根管道來充當,

沿河截流處處溢。

分流合流系統(tǒng)混,

管道滿流泥難搞。

下雨進河稱溢流,

污染水體莫玩笑。

認真調(diào)查找問題,

辨析原因心有底。

腳踏實地來改造,

兩手一攤咋能行。

趕出外水降水位,

清出積泥少污染。

管理為先莫為難,

不維不修就該罰。

雨水提標促改造,

海綿措施真有效。

符合實際謂好招,

保證質(zhì)量才算好。