深圳茅洲河流域暗涵雨污分流改造實踐
導讀：本文針對城市暗涵內排水口雨污混流嚴重的問題，以深圳市茅洲河流域某暗涵整治為例，從暗涵排口調查、排口分類及排口整治三個方向，介紹了暗涵雨污分流改造的實施方法，可為水環境治理、暗涵整治等相關工程提供設計思路和經驗。
暗涵作為城市中普遍存在的一種排水構筑物，是污水直排、雨污水混接錯接的重災區，也是排水系統改造的難點。在以往的工程項目中，為了確保暗涵中混流的污水不進入河道，常常采用暗涵末端設置總口截流的方式對污水進行收集。這種方法雖然在旱季有一定的作用，但是雨季時會有大量的污水溢流至河道中，并且降雨時雨水會通過截流管進入污水處理廠，對管道和污水處理廠造成沖擊。為了落實提質增效方案，進一步提高污水收集率，杜絕污水直排和錯接混接現象，本文以深圳茅洲河流域暗涵整治為例，介紹了相應改造的技術路線和工程實施效果，旨在為暗涵整治和排水管網提質增效相關工作提供可借鑒的案例。
1工程概況及暗涵現狀
1.1 現狀暗涵主要問題
大多數城市地下暗涵是由于城市地塊開發過程中采用加蓋硬化等人工措施對自然河道、溝渠進行改造而形成的排水渠道、涵洞。隨著城市化的不斷發展，越來越多的城市內河空間被侵占，河道逐漸失去自然生態斷面而被改造為暗涵化河道，僅保留了基本的行洪能力。暗涵作為雨水行洪通道，在城市防洪排澇方面發揮著重要的作用，但其作為排水通道也存在諸多的問題。
（1）暗涵內排口調查難度大
城市地下暗涵尺寸范圍廣，大到寬十余米、高三四米，小到寬和高在1m以內。相較于傳統的市政排水管道來說，部分暗涵長距離沒有檢修口，其內部環境封閉，含有大量的有毒有害氣體，在不采取必要的相關措施條件下，無法通過人工或CCTV檢測等常規手段對暗涵內部進行排查，因此獲取暗涵內部排口信息需要花費較大代價。
圖1 長距離地下暗涵無檢修口
（2）暗涵中污水橫流影響下游河道水質
城市地下暗涵往往分布于河道上游或兩側，屬于河道水系范圍的一部分，起到了匯集轉輸雨水的功能。但在實際情況中，城市地下暗涵除承接雨水以外，還可能包含了山溪水、地下水、墻壁滲水、污水等其它水體，其中污水的排放會直接影響暗涵下游的河道水質，使河道水體發生嚴重惡化，影響周邊水環境質量。
圖2 暗涵內部污水橫流影響下游河道水質
（3）地下暗涵運維管理難度大
暗涵相較于市政排水管道，上部覆土通常比較淺，并且部分暗涵距離建筑物比較近，使得暗涵兩側排水單元或建筑私接、亂接的現象非常嚴重。根據茅洲河流域管渠排查結果顯示，暗涵的混接錯接情況，要比雨水管道更加嚴重。地下暗涵由于結構相對封閉，因此當有污水流入暗涵時，很難第一時間發現和定位，給相關管理部門管養維護工作帶來極大的挑戰。
（4）部分建成區地下暗涵改造困難
城市中自然河道通常有河道藍線作為管理部門保護河道的依據，但河道上游或兩側的地下暗涵通常沒有明確的保護范圍，使得在城市地塊開發過程中，有大量房屋沿涵兩側而建，甚至有在暗涵上部建設建筑物的情況，因此針對這一類暗涵在改造過程中實施難度很大。
圖3 部分暗涵兩側房屋污水直排入涵
恢復城市地下暗涵的正常使用功能，確保污水不入涵，對暗涵排口實施雨污分流改造，是改善暗涵下游河道水質，提高區域污水收集率的重要方法之一。
1.2 工程概況
茅洲河流域寶安段河道全長約19.71km，除干流外還包括潭頭河、萬豐河等18條支流，干支流合計總長度約96.56km。根據調查統計，與河道干支流直接相連的暗涵約有130余條，暗涵斷面尺寸在1.0m×1.3m～16.0m×3.3m之間，合計總長度約101km。除了河道兩側和上游，部分河道干流本身也被市政道路覆蓋成為暗涵化河道，例如，茅洲河某一級支流長度約為2.23km，其干流全部為暗涵，河道暗渠率為100%。在本項目實施前，根據對其下游入河口長期取樣檢測結果顯示，2018年其河口氨氮濃度均值在14.7mg/L，其中在1月～3月和10月～12月的旱季，氨氮均值在16mg/L；在4月～10月的雨季，水閘開啟，上游雨水下泄進茅洲河干流，雨水沖刷使得氨氮值略有下降，氨氮均值在11.38mg/L。暗涵水中溶解氧2018年均值為1.6mg/L左右，溶解氧含量旱季雨季差別不大。根據其水質檢測結果顯示該段暗涵長期處于重度黑臭狀態。
圖4 某暗涵改造前河口氨氮及溶解氧含量情況
為了進一步提升區域污水收集率，削減入河污染物，改善茅洲河水質，本項目中對約101km的暗涵進行了整治工作，制定了暗涵雨污分流改造技術路線并在工程中進行了應用。
2暗涵雨污分流改造技術路線
暗涵雨污分流改造的第一步是對暗涵內部排放口進行調查和分類，本次在暗涵排放口調查階段通過人工攜帶專業化設備，對暗涵內部排口及相關信息進行采集，再結合現狀已有的資料收集對每個排放口進行初步分類。
在本項目中，除了常規的檢測手段外，還利用了三維激光掃描儀輔助探測暗涵內部情況及排放口數據信息。三維激光掃描儀傳統主要應用在隧道三維建模、工程變形監測等工程中，該技術也是首次應用在暗涵排口調查中。
圖5 三維激光掃描設備在暗涵排口調查中的應用
近兩年深圳大面積推行了住宅小區、工業廠區內部雨污分流改造，已基本實現了雨污分流管網的全覆蓋。本次在暗涵排放口調查過程中發現，管網源頭錯接亂接導致的雨污混流排放口占暗涵中總排口的大多數。此類排放口是本次暗涵雨污分流改造的重點和難點，在以往的河道水環境整治項目中，常常忽視對于混流排放口的源頭改造，僅在末端設置截流井或新建沿河截污管道來進行末端排口整治。這種方法雖然可以在旱季確保污水不入河，但雨季時，污水會溢流到暗涵中，對水體造成污染。并且，當河道水位較高時，還會存在河水倒灌回污水管的風險。
本項目針對雨污水混流排口，對其污染源進行了溯源排查。溯源排查過程中以暗涵兩側混流排放口為起點，向上游調查污染物來源，通過在污染源頭制定改造方案以實現雨污分流的目的。根據本項目溯源排查結果顯示，錯接的污染源點通常以雨污混流立管、化糞池出水管以及污水排放到雨水箅子等情況為主。
根據不同類型的暗涵排放口，本次整治過程中制定了分類改造方案。對于緊鄰暗涵的污水直排口，主要通過末端封堵，就近接入市政污水管為主；對于有污水混接的雨水排口，根據溯源調查結果，在源頭對污染源進行糾正，保留現狀排放口。對于合流制的溢流排放口主要通過擴大相應的截流倍數、減小溢流頻次等方法對其進行改造。除此之外還有諸多其他類型的污水入涵情況，如沿涵兩側商戶通過雨水箅子亂排亂倒，對于這部分主要通過管理或執法手段要求其規范化排水。
在暗涵排查過程中還會存在由于暗涵破損或結構性缺陷造成的兩側滲水等情況，針對這種情況建議根據暗涵損壞程度制定相應的暗涵修復或局部改造方案，確保地下水或兩側墻體滲水盡量不進入到暗涵中。待暗涵內排放口改造完畢并且局部暗涵滲漏或缺陷整治完成后，需要對最終保留的雨水排放口進行數據建檔，方便后續運維管理。本次暗涵雨污分流改造技術路線如圖6所示。
圖6 暗涵雨污分流改造技術路線
3暗涵雨污分流改造實踐
3.1 暗涵排口調查
在排放口調查階段需要對暗涵內部各類排放口的尺寸、位置、豎向標高以及是否有水排出、排口水質、水量等信息進行統計，其中水質可根據具體情況選擇合適的指標來指示流水類型，本次選取氨氮值作為水質檢測特征值，再通過調查數據信息、周邊管線探測結果以及現場調研，綜合對暗涵排口類型進行判定，部分暗涵排口調查詳見表1。通過排放口調查成果結合已有管網數據將排放口與管網資料進行數據校對。校對后如有管線信息缺失的情況需要進行補充測量，確保將暗涵兩側排口的岸上管線信息補充完整，為后續制定暗涵排口雨污分流改造方案提供準確的數據信息。
表1某暗涵排口調查部分信息
以1條暗涵為例，某河道上游暗涵長度約1 km，斷面尺寸在1.5m×2.0m～2.7m×2.1m之間，根據排查成果顯示，此暗涵排放口總數為136個，其中排查時有水流出的排放口有45個，根據水質檢測結果顯示，其有水流的排口，氨氮濃度大于20mg/L排口有37個。根據管徑分布，排放口管徑≤300mm的有98個，管徑在300～600mm的有36個，管徑大于1000mm的有1個，具體管徑分布詳見表2。根據排放口調查結果、檢測水質以及已有管線資料對排放口進行判定，在45個有水流出的排放口中，排水戶污水直排的排放口有22個，雨水管混流污水的排口23個，排口分布詳見圖7。
表2某暗涵排口調查情況
圖7 暗涵內排口分布平面圖
3.2 暗涵排口雨污分流改造
根據改造技術路線，本次改造的總體思路是將現狀暗涵作為雨水通道，對于污水直排和雨污混接的污染源從岸上進行雨污分流改造，針對不同類型的排放口制定有針對性的整治方案，做到分類整治、精準治污。根據對本條暗涵排放口調查結果，將該段暗涵內排放口分為三類。
（1） 沿涵污水直排口改造此類排放口多為小管徑的出戶管、化糞池出水管或者暗涵旁高層建筑的立管，以小管徑管道為主。對這一類型的排放口，此次改造中在暗涵內部對其進行封堵，并在臨涵的一側新建污水管道將污水接入到市政污水管中。如圖8，暗涵某一段有連續4個污水直排口接入到暗涵內部中，通過在岸上新建污水管道，將4個排放口串聯接入道南側市政路污水管中。
圖8 污水直排口及改造設計方案
（2） 混流排口改造
在本次暗涵整治改造中對于現狀為雨水排口有污水混入的情況，采取源頭整治的辦法，保留現狀排口，在污染源頭對污水錯接點進行糾正。例如編號為DSWC-44-L-ZH2-R-08的排放口，根據排口調查結果，此排放口管徑為800mm，排放口中有水流出且氨氮指標在10mg/L以上，初步判定有污水混入雨水管。通過岸上管線探測及現場排查發現，此排放口為暗涵東側住宅小區的道路雨水排放通道，小區中有化糞池出水管錯誤的接入到該段管道中，針對DSWC-44-L-ZH2-R-08的排放口，保留其雨水排放功能，在小區內部將上游化糞池就近改道接入小區內污水管道中。
圖9 混流排放口照片及改造方案設計
（3）雨水排口改造
針對現狀暗涵中沒有污水流出的雨水排放口，一般保留現狀排口。針對面源污染較嚴重的區域，結合現場實際條件及下游管道承接能力，可選擇設置雨水限流棄流設施或雨水調蓄池。除了上述排口類型之外，還存在諸如合流制排口溢流、已改造排口滲水等其他類型排口有水流出的情況，需要根據實際情況制定合理的改造方法。
3.3 整治效果
針對該段暗涵，本次對其45個有水流出的問題排口進行了改造，將暗涵內的22個污水直排口進行了封堵就近接入市政污水管；對雨污混流的23個排水口通過污染源溯源在上游進行整治，改造后暗涵總雨水排口數為114個。根據長期暗涵末端取樣，結果如圖10所示。
圖10 暗涵排口改造后河口氨氮和溶解氧變化情況
本項目實施時間為2019年中旬，通過水質長期檢測結果顯示，自項目實施以來氨氮濃度逐月出現下降趨勢，在2019年上半年氨氮均值為15.7mg/L，2019年下半年均值為4.36mg/L，其中后2個月均值為1.98mg/L。溶解氧自2019年以來均值有所上升，2020年溶解氧均值在3.4mg/L，2018年均值為1.63mg/L。2020年以來氨氮在1～3月份均值濃度為0.71mg/L，4月份進入雨季以來略有上升，氨氮均值濃度為1.66mg/L左右，但總體均值均維持在2.0mg/L以內，基本實現黑臭水體的消除。結合排水口水量數據預測，改造后周邊地區新增加污水收集量約700m3/d。該段3.3km長的暗涵排口整治合計新建管道約650余米，合計投資不到200萬，但排口整治前置工程如暗涵淤泥清除、安全檢修孔設置等投資較大，該段暗涵排口整治工程投資約占到暗涵整治總投資的20%左右。
4總結
暗涵作為城市河道的重要排水構筑物，是水環境治理中的“硬骨頭”。通過對暗涵進行雨污分流改造，可以進一步提高市政管網的污水收集率，削減了入河污染物，改善水環境質量。在同類型項目改造過程中應重點關注以下幾點問題：
（1）暗涵分流改造的第一步也是最重要的一步，就是對現狀暗涵內排放口進行調查和類型判定，暗涵整治前需要重視現狀排口調查工作。建議結合現場調查、排口水質水量檢測數據、現有管線資料以及物探信息綜合判定排放口類型，為后續方案制定打下基礎。
（2）由于暗涵內作業具有一定的安全風險，暗涵排口排查和排口改造過程中需要嚴格做好安全保障工作，制定專項安全應急預案，杜絕意外發生。
（3）城市暗涵分布面廣，情況復雜難預測，部分地區即使確定排放口及上游管道類型，仍然沒有雨污分流改造的條件，針對復雜情況應綜合考慮整治方案，做到近遠期結合，最大程度地將污水在源頭進行接駁。
（4）暗涵中雨污水混流排口的污染物溯源是暗涵分流改造的難點，通常需要花費較大的人力物力，在實施過程中應制定合理的溯源方法和模式，有條件的地區在暗涵整治過程中建議將上游雨水管道進行系統檢測，使得整治工作更加系統。
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