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茅洲河经验:城镇排水系统如何“挤外水”

更新时间:2021-04-01 来源:给水排水 作者:包晗等

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  城镇排水系统的稳定高效运行是保障黑臭水体治理成效的前提之一,尤其是降雨量充沛、水系发达、居住密度高的南方城市,对排水系统的健康水平有着更高要求。随着城市老城区的排水系统改造、土地用途变更以及新城扩张,出现了管网底帐不清、系统不衔接、私搭乱接等一系列问题,管网维护工作也普遍落后于管网建设。对污水系统查漏补缺时,需要在系统摸排-问题诊断-方案设计-修复验收等各环节前后紧密衔接,这也决定了此类项目在技术路线和实施模式方法上与传统给排水工程存在较大差异。茅洲河流域某片区污水收集管网长期存在高水位运行情况,经过系统排查与梳理,诊断存在较严重的外水侵入情况,针对性开展了一系列治理措施,取得较好成效,可为此类工程的开展提供模式和方案借鉴。

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  某污水收集片区位于茅洲河流域下游,总服务面积22.4km2,服务人口约35万人,区域内工业企业众多,部分河道受珠江口潮汐作用,属于感潮河段。经过近年的雨污分流管网工程建设,片区内基本形成了分流制排水体制。污水通过2个次干管收集子片区和2个沿河截污管子片区收集,输送至石岩污水干管,利用中途污水提升泵站转输,然后连同其他片区污水输送至末端水质净化厂处理。

  石岩排污渠是水质净化厂的污水收集主干管之一,中途提升泵站前的石岩排污渠分为DN1000~1500的上游管道段和DN2400×1300的中游箱涵段。中途泵站设计抽排污水量15万m3/d,末端水质净化厂总处理规模50万m3/d,排放标准为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)准Ⅳ类。

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图2 2018年中途泵站前池液位情况

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  2.1石岩排污渠长期高水位运行

  根据2018年运行数据,中途污水提升泵站前池的实际运行水位比设计水位的4.2m显著偏高,在设计运行工况下,年平均液位为4.9m,全年超设计水位运行天数达334天,同时导致上游新桥河和上寮河沿河截污系统的雨季溢流现象频发,致使水质恶化。此外,下游水质净化厂前的台封污水提升泵站也存在前池液位偏高现象,尤其在5月至10月深圳市的雨季期间,水位情况和波动幅度尤为异常。

  2.2末端水质净化厂进水水量、水质波动大

  如图3所示,将水质净化厂进水监测数据与附近雨量观测站的观测数据对比分析可以发现,2019年7月至9月雨季期间,进厂BOD5浓度与日累计降雨量直接存在滞后负相关性,存在大量雨水进入污水系统的可能,拉低污水厂的运行负荷。另一方面,2019年雨季月份的平均进厂BOD5浓度为62.7mg/L,而旱季月份也仅为69.3mg/L,而深圳地区典型排水小区接入市政检查井的平均污水BOD5浓度在150~260mg/L,表明除了雨水外,污水收集系统仍有较大比例其他外水汇入。

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图3 末端水质净化厂雨季进厂BOD5浓度与日累积降雨量关系

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  为了对片区污水管网外水入侵情况系统排查,首先对片区污水量进行分析。由于缺乏实测资料,片区污水量根据供水量折算推算,并通过深圳市人均综合用水量435.7L/d结合产污系数推算验证。经计算片区污水量约为13万m3/d,中途泵站15万m3/d的提升能力可满足污水转输需求,且石岩排污渠的过流能力符合设计要求。因此,片区污水管网高水位运行和末端水质净化厂水质水量波动与外水入侵有关。

  3.1雨水管线混接摸排

  为评估石岩排污渠的雨水侵入情况,2019年2至3月期间对石岩排污渠在中途泵站前的检查井进行水位持续监测,分析检查井水位与雨水侵入关系。如图4所示,检查井水位变化与日累计降雨量显著相关,存在雨水侵入污水系统情况。

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图4 中途泵站前检查井水位与日降雨量变化

  因此,对片区内石岩排污渠及子片区次干管展开物探排查,核查管线接入情况,共排查出13处主要大管径雨水管错接点,其中DN1000的雨水管接入2处、DN800的雨水管接入3处。管网错混接导致大量雨水混入,是造成石岩排污渠高水位运行的主要原因之一。

  3.2管网缺陷检测

  由于片区污水管网前期的建设、管理主体分散,管网维护以应急性维修为主,缺乏定期养护,而本工程管网处于珠江口东岸,地势低洼,地下水位较高因此,一旦出现结构缺陷,地下水入渗问题较为突出。因此,对整个水质净化厂污水系统管网开展清淤、检测、评估。

  借助CCTV检测技术,在水质净化厂收水管网共发现存在结构性缺陷的管段12.5km,共1239处,片区范围内的污水管普遍存在渗漏、破裂、脱节、错口等结构性缺陷,见图5。参照《城镇排水管道检测与评估技术规程》分类,一级缺陷占36.8%,其中渗漏、脱节和错口是发现的主要问题。

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 图5 结构性缺陷问题分类

3.3 河、潮水倒灌排查

由于本片区属于珠江口河道感潮区域,而沿河截污系统与片区内河道排口连通,存在河(潮)水倒灌风险。通过水文数据与管网设计资料核查(见图6),片区内某感潮河道的河底高程在-2.6~-0.1 m,调查其沿河排口并分析潮位后发现,在平均潮位线以下的排口有11个,占19.6%,其中沿河截污溢流排口7个;而20年一遇洪水位以下的排口达到82.1%。对片区内所有排口进行梳理,共找出存在高潮位下倒灌风险的排口83处。

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  图6某河道沿河排口的底高程与潮位关系

  3.4沿河截污管截流过量雨水

  合流制时期,片区内建设了较多沿河截污系统,而随着近年片区雨污分流改造的完善,目前沿河截污管的实际收集对象旱季零星漏排污水和初期污染雨水。但由于合流制时期设计的截流标准较高,降雨期间,大量清洁雨水被截流送往水质净化厂,出现了沿河截污系统截流能力与水质净化厂处理能力不匹配的问题。

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  综合考虑问题的复杂性和紧迫性,现阶段对片区内雨水管线混接、地下水入渗、河潮水倒灌问题进行整治,将沿河截污系统的功能改造列入后续实施计划。

  4.1实施模式

  考虑到管网排查结果时效性,同时减少重复工作量、提高效率,在进行管网问题分析排查时,就确定采用“六边”模式进行,即“边清淤、边检测、边修复、边管理、边验收、边移交”的六边方式实施。实施时做到业主、设计监理、设计、施工监理、施工单位、权属单位同时到位,以贯彻“六边”模式的实施。

  4.2整改措施

  (1)雨水管线迁改。对于错接入片区干支管的雨水管进行溯源,参照《深圳市面源污染整治管控技术路线及技术指南(试行)》的划分标准,调查雨水路径是否流经D类重点面源污染地块。若经过,则增设弃流设施,复核过流能力后,就近接入雨水箱涵或河道;若不经过,则直接新建管线接入自然水体。

  (2)污水管道修复、翻建。本次整治对管道存在的结构性缺陷以非开挖修复为主,同时对严重缺陷段管道,诸如严重脱节、错口的管道进行翻建处理。

  按照《城镇排水管道检测与评估技术规程》规定的参数技术方法,按以下标准确定修复范围及方法。

表1 管道修复评估

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表2 管道修复方案

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  (3)排口改造。对现场调查中发现存在倒灌问题或风险的排水口加装鸭嘴阀或进行归并,完善排口档案,远期结合沿河截污系统改造进行系统性改造。

  (4)沿河截污改造。考虑到当前污水收集系统仍存在部分漏排污水,沿河截污管作为污水入河的最后一道防线,仍发挥着重要作用。因此,沿河截污管的改造放在后期污水收集系统全面完善后实施。改造思路是将片区内已建沿河截污管可分为三类。一类截污管为有调蓄价值的截污管,可利用其作为管涵调蓄,增设溢流、限流措施,对初期雨水进行收集和错峰排放;二类截污管为无调蓄价值的截污管,针对此类沿河截污管,可根据河道的合流管流经的下垫面面源污染等级情况,在截污管旁增设调蓄池、溢流、限流等设施达到对初期雨水进行调蓄的目的。三类为其他沿河截污管,可废弃或改造为市政污水管网。

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  雨水管线迁改、污水管道修复、翻建和排口改造等第一阶段的提质增效工作在2019年5月底基本实施完成。为验证实施效果,对雨季的中途泵站的前池每日9:00点的水位高程进行分析。结果表明,与去年同期相比,同等抽排量情况下,泵站前池平均水位高程从5.6m下降到4.4m,且波动收窄,降雨量与水位的变化关系不显著,说明该片区外水剥离效果显著。

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 图7 对策实施后中途泵站前池水位与日降雨量对比

  第二阶段工作将在深入上游摸排雨污混接的基础上,通过改造沿河系统,加装精准截流、限流装置,使沿河截污系统的功能转变为初期雨水收集调蓄系统,在进一步剥离清洁后期雨水的同时,控制雨水面源污染,持续推进污水系统的持续提质增效。

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  分流制地区污水系统的提质增效,在努力提高污水收集率的同时,要重点关注存量污水管网的外水侵入问题,在全面掌握污水收集系统存在问题的基础上,排查雨水、河水、地下水的进入管网的路径和程度。从源头-迁移-末端各环节剥离外水;其次,排水系统的稳定运行离不开专业的运维管理,需要并加强管道水位排查与排水户管理,并通过日常管养和科学调度弥补系统性问题,使城市排水系统高效运转、水环境长制久清。


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