摘要黑臭水体是城市化进程中出现的环境产物，老城区合流暗渠是导致黑臭水体的主要原因。为切实解决合流暗渠污染，文中梳理了合流暗渠在水安全、水环境、水经济3方面存在的问题，从技术与协调两方面总结治理难点，提出了新建污水管、利用合流管为雨水管、优先剥离清水、随后收集污水的技术路线。污水收集过程中，分析总结了合流暗渠直排、混接、溢流3种污染类型的特点，给出从旱季到雨季分步见效的治理措施，最后从技术、施工、交通、协调、经济、运维、效果等方面说明了方案设计过程中应考虑的因素，并将其应用于某老城区合流暗渠雨污分流工程案例，为其他老城区雨污分流改造提供参考。
关键词雨污分流制合流暗渠管网改造黑臭水体老城区管网定线
2015年4月，国务院印发了关于城市河道水污染防治行动计划———“水十条”，明确提出城市黑臭水体整治的目标。随着我国城市化进程加快，城市河道的空间不断被侵占、挤压，与此同时，部分城市为了降低黑臭河道感官影响采取了较武断的措施，将部分河道改造为合流暗涵[1]。老城区合流制排水体制使得暗渠旱季承担污水排放功能，雨季承担涝水排放功能，暗渠内合流污水在汛期对城市水环境造成了重大影响。目前，罗蛟均等[2]和戈新[3]仅在宏观上总结了暗渠治理方法，李俊飞等[4]从合流暗渠的结构改造进行研究，高小平[5]直接深入源头给出老城区雨污分流的措施，陈春霄等[6]针对具体错混接节点给出改造措施。以上思路均在一定程度上取得效果，但存在治污不系统、不长久、不经济、运维管养复杂、施工实施性差、治污的同时带来水浸风险等不足。本文以某市合流暗渠雨污分流工程为例，从区域排水角度系统梳理，提出老城区合流暗渠雨污分流存在问题、治理难点、总体思路、设计方案等，为其他工程提供参考。
1现状介绍及治理难点
1.1存在问题
老城区市政合流制管道并不是造成黑臭水体的根本原因，实质是由于合流管道未接通污水处理厂，污水直排合流暗渠。合流暗渠断面大、坡度小、污水流速不足，极易厌氧发臭，污泥或垃圾沉积于渠底，大量污水旱季积存渠内，因此，河道变成“死河”[7]，雨季全部冲刷流出，对环境造成严重污染。合流暗渠所具有的排水特点即是老城区未实现雨污分流改造所产生问题的集中表现，主要集中在以下3方面。
(1)水环境:合流暗渠旱季排污和雨季排涝矛盾尖锐。老城区没有系统污水管网，基本是将天然河道演变而成的合流暗渠作为出口，大量污水直排进入大江大河造成黑臭水体。
(2)水安全:积存污水与淤泥侵占行洪断面，降低排涝标准。城市化发展使下垫面透水性大幅降低，原有暗渠断面已不能满足现状排涝要求，污水污泥的积存导致城市水浸点不断增加。部分城市为了控制污染，在暗渠末端设置截污闸门，加重了内涝问题。
(3)水经济:合流暗渠内的低浓度污水增加了中途泵站及污水厂运行负荷。合流暗渠在建成区上游仍然有山水下泄。旱季该部分清水与生活污水混合成为低浓度污水进入泵站及污水厂，雨季大量的雨水亦通过泵站转输进入污水厂，造成资源浪费。
1.2治理难点
老城区治理的难点体现在多方面，如室内外管道混乱，早期工程建设质量控制不严[8]、施工难、效果不理想、缺少剩余管位[9]、规划滞后、缺少整体统筹治污不系统、资金筹措难等，另外，施工组织受天气、交通压力、居民生活等因素影响[10]。通过对老城区分析以及汇总相关文献资料，总结雨污分流工程主要有两方面难点。
1.2.1技术方面
(1)物探准确度低:现状管网连接复杂、错混接点众多，检查井难以开启、淤积严重，管道穿墙穿建筑物，路面加铺覆盖检查井盖等问题的存在，导致物探资料难以反映现场管线逻辑关系，难以为设计及施工提供准确依据。
(2)施工场地不良:老城区巷道狭窄、房屋老旧、树木茂盛、悬空电缆飘窗较多等因素，造成施工机械难以进场，开挖支护困难，房屋保护工作安全风险较高。
(3)施工障碍较多:老城区地下水电煤通信等管线密布，剩余管位空间不足，同时，存在铁路、地铁、隧道、高架立交、天桥、地下商场、地下通道、地下车库等障碍，限制排水管线落地。
1.2.2协调方面
(1)交通疏解:老城区交通压力巨大，加之各类地铁封路施工，导致水务工程的交通疏解工作难以推进，重要道路基本严禁占道或封路。
(2)管线迁改:老城区地下管线众多，给水、燃气、电力、通信等均有指定单位负责实施迁改工作，相互间难以良好配合。
(3)进场协调:部分管线进入小区红线范围施工，协调工作繁琐，涉及文物报批、停车场经营补偿、老社区扰民投诉、小区内部发展规划冲突、公园广场活动影响等问题。
2总体方案
老城区雨污分流改造工程实质是补充建设一套排水系统，确保区域污水具有专有通道排放进入污水厂，恢复合流暗渠或河道作为清水通道。方案的核心是分析在老城区现状建设条件下，如何结合既有排水管网及设施，提出社会影响小、实施性强、效果明显、经济合理、风险可控的针对性方案。
2.1新建系统类型确定
老城区的市政排水改造思路应结合实际地下空间以及市政路网等，通常选择建设管径适中、影响少、投资经济的污水管道，保留原有内河、暗渠、市政合流管为雨水通道。
2.2技术路线
2.2.1剥离清水
在未实施雨污分流之前，暗渠是唯一的排水通道，山水、农田水、景观水等水质相对良好的清水同生活污水混合排放。由于暗渠排污口复杂，污水收集工程量大、工期长，在治理前期，建议将暗渠仍作为污水排放的通道使用，优先采取简单措施从源头剥离混入暗渠的清水，导排进入附近公园绿地水体、其他区域内河江湖等。与此同时，应对给水管道进行排查，穿插通过暗渠的给水管存在爆管现象，大量自来水进入暗渠，应尽快修复。通过以上两方面清水剥离措施，可减少清水与生活污水的混合量，提高污水厂进水浓度。后期待污水收集工程完成，暗渠无直排污水，将山水等清水改回暗渠排放，具体流程如图1所示。
2.2.2收集污水
老城区排水改造范围广、难度大、风险高，而排水管网属于线性工程，必须全线贯通才能见效，应结合老城区现阶段治理情况，分重点、分阶段、分片区提出管网建设计划，避免没有主次，完成易做的、遗留难做的，管网不成体系，难以发挥工程效果，造成资源浪费。老城区分流工程分阶段治理的原理主要体现为先旱季后雨季、先明涌后暗渠、先支渠后主渠，分阶段流程如图2所示。
根据现状管渠类型以及污染特点，污染分为以下3种情况。
(1)直排型污染
区域无主污水通道连接污水厂，一套合流管直排暗渠作为污水排放通道的情况。对该种类型的污染，治污的核心任务是补充新建完善的污水系统，各阶段方案实施可行性及合理性分析如下。
阶段1是明涌段建设沿河截污系统，暗渠口设槽式或堰式闸、泵井、一体化处理站等，优先保证明涌旱季水质。在闸口及下游小范围内实施工程措施，社会影响小、前期投资少、旱季明涌治污效果明显，缺点是雨季存在溢流污染。
阶段2是自暗渠口向区域延伸，建设污水主通道，配合排口改造截流暗渠直排口污水，确保暗渠内旱季无污水。将工程措施延伸至暗渠范围，旨在使截流污水不直排暗渠，减少雨季溢流冲刷污染。该阶段投资相对集中，是工程推进的主要环节，需加大施工及资源投入。
阶段3是区域系统建设污水收集系统及小区达标创建改造工程。该阶段深入区域大街小巷，从源头分流，旨在消除雨季溢流污染，真正实现源头雨污分流，工程的落地实施主要取决于处理好街道办、物业、权属单位间的关系。
(2)混接型污染
区域已有2套排水管道，但不完善或存在错混接情况。方案需认真摸查现状管网，结合现状管网逻辑关系完善、改造两套排水系统，各阶段方案实施可行性及合理性如下。
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阶段1是进行排口整治，排口沿线建设截流管道。污水排口采取直接截流，合流排口旱季截流旱流污水、雨季截流初期雨水，系统改建后合流排口成为雨水排口，无空间时可原位建调蓄池。旨在短周期快速消除旱季暗渠直排污水，其实施范围集中在暗渠两侧，对象明确，具有影响面较小、效果明显、实施性强的优点。
阶段2是区域摸查进行系统错混接改造，局部补充雨污水支管，彻底梳理市政公共管网，形成2套独立排水系统，减少雨季溢流污染。局部困难节点可采取夜晚施工、白天敷设钢板恢复交通的措施。
阶段3是小区内达标改造，彻底消除雨季溢流污染。
(3)溢流型污染
区域存在排水管道，但污水厂处理规模不足造成旱雨季污水溢流污染。各阶段方案实施可行性及合理性如下。
阶段1是在暗渠末端建设一体化处理设施，进行临时原位处理达标后排放。在旱季溢流点附近存在空地的前提下，该措施可使治理效果立竿见影，直击污染本身
。阶段2是进行排水管道缺陷修复、污水管道完善、排水小区达标改造。对原有管网收集系统进行排查，减少外水渗入，提高污水浓度，尽可能降低污水厂处理规模。
阶段3是当从管网系统层面改造后处理规模仍然不足，则采取扩建污水处理厂的措施。
2.3考虑因素
老城区雨污分流工程建设条件并不理想，在设计阶段应注意以下几方面要点，确保方案技术经济可行。
(1)技术合理
方案阶段应当考虑以下内容:方案应尽可能与规划相统一;因地制宜提出有针对性的方案;最大化利用现状已有排水设施，提高资源利用率;与铁路、地铁、道路、防洪、水系、绿地、综合管线、地下空间相协调;配合污水终端设施处理好分散与集中、排放与利用的关系;管网定线应利用好剩余管位空间，最大化减少水电煤等综合管线迁改;治污同时避免带来新的内涝问题;排水分区划分合理，尽量实现重力收集污水，不设或少设泵站，高水高排、低水低排。
(2)施工可行
应确保施工机械可进出、支护方案可实施，与地下构筑物、综合管线、周边房屋保证安全距离，地上地下均保证施工操作空间，避让高架、天桥、电线、交通标牌等。
(3)交通疏解
占道施工对交通影响可接受，交通疏导方案可行度高，尽量避开快速路及主干路的长距离占道施工。
(4)效果突出
应强调阶段性效果，即实施一部分管道即可实现部分效果，避免因某一段管道未实施导致整个管网系统无法发挥作用。管网建设发挥效果的关键在于新旧管网合理接驳，确保污水进入新建管道。
(5)协调量适中
管网定线应兼顾施工阶段的协调工作量，尽量减少管线施工对其他单位部门的影响。如对收费停车场和星级酒店等经营补偿、避免穿越铁路地铁文物等涉及公共安全的设施、避开综合管线密集的路口。
(6)投资经济
投资指标较新建区管网投资指标高，特别是遇到淤泥地质时，从沟槽开挖宽度、回填材料、支护形式、地基处理方式、管材井材、管道埋深、中途提升泵井、路面恢复等级方面统筹考虑投资的合理性。
(7)运维便捷
管网工程发挥良好效益应做到“三分建七分管”，每一种建设方案均应考虑对应的运行维护措施。如合理设置沉泥井、闸槽井，避免在暗渠内布置管道等，充分发挥机械化维护的优势。
3案例
3.1工程概况
A合流暗渠位于某市老城区，暗渠汇流面积约为8.53km2，呈东北转西南走向，主渠全长为5.3km，支渠为15.7km，主渠尺寸为(2m×1.9m)～(12m×3m)，为该市35条考核河涌之一。A合流暗渠现状排水体制为合流制，人口数量为35.3万人，污水量约为13.42万m3/d，现状污水通过市政路合流管道直排进入支暗渠，之后汇至主暗渠于末端彩虹闸门处截流进入明涌截污干管，经澳口泵站转输进入大坦沙污水厂，旱季暗渠内积存污水约为3.7万m3。
流花湖是A合流暗渠的旁侧景观内涝调蓄湖，可用于调蓄的容积约为30万m3，拥有进水3号闸与出水2号闸。小雨时通过截污管道及澳口泵站全开方式排出雨水，大雨时雨前彩虹暗渠积存污水，流花湖无法实现预降水;雨中暗渠水涨至6.8m，需开2号闸分洪调蓄，积存污水也进入湖体;雨后必须通过暗渠缓慢排出调蓄雨水至大坦沙污水厂。整体情况如图3所示。
旱季时污水由彩虹闸门截流入沿河截污管，现状污水得到了有效收集，雨季时雨水亦通过同一系统排放。明涌截污管道不能承受混合水过流量，需要开启彩虹闸利用明涌泄洪，并开启2号闸利用流花湖调蓄，暗渠内积存污水对明涌及流花湖污染严重。因此，明渠段受暗渠合流污水影响，开闸排涝与污水溢流矛盾尖锐，雨季明涌水质不稳定，流花湖水质难保证，内涝严重。同时，A合流暗渠东临山峦，山泉水及北秀湖溢流下泄清水直接注入暗渠，清水量约为2万m3/d。
3.2物探
准确的物探是合理设计的前提，合理的设计才能保证施工效果。为了掌握相对准确的物探资料，引入蛙人技术，携带三维激光扫描设备进入暗渠，配合地面管网普查溯源开展物探工作。
3.2.1暗渠三维激光扫描
在建筑物复杂的老城区，难以确定暗渠线位、房屋骑压情况，排口数量繁多、性质复杂时应当开展暗渠三维激光扫描。旨在从污染终端着手，确定所有污染排口，以防偷排漏接情况。通过三维激光扫描、光学摄像技术开展检测，确定暗涵的准确线位、精确高程(涵顶、水面、淤泥、涵底)、排口数量及位置、尺寸轮廓、淤积厚度、结构功能缺陷等重要信息(图4)。本次查明主暗渠长为4630.7m，共查明排水口526处，部分成果如图5所示。
3.2.2排水管网普查
确定暗渠排口后需要对排口进行溯源，摸清对应的市政道路管网对截污有着重要意义。本次排水管网摸查主要通过探地雷达、QV、示踪源等手段相结合，查明市政道路排水管线约为135km，确定了市政管网的连通性、各条道路服务范围、线位、管径、高程、检查井位置等信息。现状管网的普查是新建管线接驳原污水管的基础设计资料。
3.2.3综合管线普查
老城区地下管线密集，确认是否有剩余管位空间需要进行给水、燃气、电力、通信管道的线位、高程、材料、尺寸等探测，本次共排查给水管75km、电力管沟99km、燃气管43km、通信管132km。综合管线普查是新建管线管位确定及管线迁改设计的基础资料。
3.3工程预期目标
通过对A合流暗渠现状调查分析，目前，治理进度已完成总体思路章节中所述的直排型污染阶段1，实现了旱季明涌水质达标，但汛期水质难以保持。由于工程范围广、影响大，需根据总体思路制定工程目标:(1)实现流花湖降补水;(2)截断暗渠常流污水、清除暗渠积存污水、取消闸口正常排涝;(3)小区达标分流、降低雨季溢流污染、湖体调蓄缓解内涝。
3.4方案设计
3.4.1相关设施调查
为了处理好新建管线与地上地下障碍物的关系，对现状地上地下重要设施全面调查，主要有铁路、地铁、立交、隧道、地下商场、地下车库、泵站、主要排水管网、水域等(图6)，管网整体布线应做好平面及高程避让。
3.4.2地形控制点分析
对区域高程竖向分析，如图7所示，根据高程分布做好管道重力流设计，选择控制点，减小管网埋深，做到高水高排、低水低排，降低泵井规模。
3.4.3交通量分析
通过对重要道路车流量调查，建议避开环市路、东风路、解放路、中山路等路段进行大范围开挖，降低占道施工对市民出行影响，疏解交通压力，所有污水尽可能采用反向主交通道路方向排放。
3.4.4治理方案
通过对地形分析、交通分析、地下管渠摸查、地上地下构筑物踏勘等，治理措施分3步:(1)建设贯穿区域的污水主通道，主要是转输兼顾沿线收集功能;(2)建设泵井及污水干管，主要是将污水成片输送进主通道，建成一片分流率提高一片;(3)建设污水支管及排水小区管，主要是源头消除溢流实现分流。
经现场比选，确定污水主通道自区政府开始沿广园路-下塘西路-政民路-穿军专线-飞蛾西路-金桂路-桂花路-某大学-穿铁路-穿环市路-某公园-兰圃路-会展中心-流花路-西华路后，最终重力流接入现状沿河截污管。路线避开了快速路、大北立交、文物以及部分难协调的排水小区，以最短的路线穿越铁路、地铁、高架、地下通道等障碍物。沿途设置几座泵井及支管，收集火车站片区、盘福路片区、站前路片区、陈家祠片区污水，以压力流接入污水主通道。受制于现状末端沿河截污管高程，沿途部分片区必须采用泵井提升，但设计降压力提升片区做到最小切实以及高水高排、低水低排。
工程建设DN400～DN1500市政污水管长为32km，地下一体化泵井为8座，小区达标435个约为6.48km2，分阶段实施。总体布置如图8所示。
3.4.5预期实施效果
(1)治污方面
实施降补水通道流花路、兰圃路段长为1.25km，连通北秀湖-流花湖-景观涌，实现优先清水剥离。该阶段作为流花湖降补水的清水通道，剥离北秀湖直排暗渠的清水，污水系统建设完成后改为污水通道使用，北秀湖清水改回暗渠排放，恢复暗渠为清水通道。实施其余污水主通道及主干管截流暗渠污水直排口，保证箱涵内无积存及常流污水，取消暗渠彩虹闸，恢复暗渠为清水通道，降低雨季溢流污水量。实施排水小区内部分流，从源头分流彻底实现雨污分流。
(2)排涝方面
治污取消闸门后，归还了排涝通道，同时，启动流花湖调蓄功能，极大缓解内涝。采用SWMM模型模拟其排涝能力，结果如表1所示。
3.4.6工程建设协调工作的建议
老城区合流暗渠雨污分流改造工程可完善排水管网系统，改善水环境现状，提高城市居民的生活水准，是一项重要的民生工程，需要参建各方给予高度重视。本文在工程推进过程中总结了一些经验。
(1)加大建设单位参与程度。施工场地并非封闭区域，而是穿插于城市大街小巷，仅依靠施工单位协调力度太弱，需要建设单位加大协调力度，包括铁路部门、地铁管理部门、交通部门、综合管线权属单位、街道、相关企事业单位等。
(2)除去工程措施，应当由水务执法部门制定相关文件，对“散乱污”问题进行管理，规范各排污单位排水行为。
(3)应加强后期运营阶段的维护工作，成立专有的排水公司对管网进行日常维护，确保管网系统正常运转。
(4)有条件时应当对暗渠进行复明，恢复其天然河道，亦方便水务部门监管避免私设排污口造成二次污染。
4结论
(1)进行雨污分流、控源截污是老城区水环境整治的核心措施，恢复合流暗渠为清水通道很有必要，对水环境整治、提高人民生活环境有重大意义。
(2)老城区雨污分流设计应以摸清现状管网底数为前提，分析合流暗渠污染类型及特点，根据不同阶段治理目标制定分期分阶段措施，考虑合理设计技术、施工、交通、协调、经济、运维、效果等方面。
(3)针对老城区雨污分流改造工程，应客观科学确定分流率，并从工程措施、行政执法、后期管养各方面共同推进，方可收到良好效果。——论文作者：严程，潘子豪，宁江，吴娟民，徐辉
