不同形式穿井管對涌邊截污管運行的影響研究

劉雨果

（中恩工程技術有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

排水管網是城市防洪排澇、城市水污染防御治理過程中至關重要的市政公共基礎設施之一[1]，其運行質量和效率對于城市運轉和人們日常生活有著最直接的影響，是城市發(fā)展和人民安居的基礎保障。

1 研究背景

隨著經濟的快速發(fā)展和城市建設速度的加快，污廢水產生量與日俱增，原有的市政管網與城市的發(fā)展不相匹配[2]，同時市政基礎設施改造具有時滯性，部分現(xiàn)有排水系統(tǒng)無法應對急劇上升的污廢水量，部分地區(qū)雨污分流不徹底，以及雨水溢流污染嚴重，導致大量污染物排人河道，為黑臭水體的形成提供了契機[3]。黑臭水體作為一種工業(yè)化、城市化進程的環(huán)境產物，其存在影響著城市景觀及居民的身心健康，整治的核心在于控源截污[4]。

文本所分析樣本位于廣州市。在廣州地區(qū)，新發(fā)展區(qū)排水體制規(guī)劃為分流制，但老城區(qū)多為合流制排水系統(tǒng)，早年很多合流管排放口直排河涌，造成河涌水體污染加劇，水體發(fā)黑發(fā)臭，嚴重影響周邊居民的生活環(huán)境，為了有效收集排入河涌的合流管污水，當?shù)夭捎媚┒私亓鞯姆绞剑谌牒优盼劭谀┒嗽O置槽式截流井或堰式截流井截留排入河涌的污水和初期雨水，或采取在涌邊敷設一根截污主管將排入河涌的雨污水全部送入泵站，截污徹底但敷設管道管徑較大[5]。在目前實施的雨污分流改造工程中，需要完善區(qū)域內雨水、污水兩套管網，遵循充分利用現(xiàn)狀合流管的原則，改造思路有以下兩種方案：①現(xiàn)狀合流管改造為雨水管，新建污水管。②現(xiàn)狀合流管改造為污水管，新建雨水管。兩種改造思路都存在雨水管需要穿越截污管出涌的問題，而截污管由于管徑較大，埋深較淺，造成雨水出涌管往往需要穿井入涌，形成穿井管，此時會對截污管管網的系統(tǒng)運行造成一定影響。為貫徹落實習近平生態(tài)文明思想，打贏水污染防治攻堅戰(zhàn)，保證管網系統(tǒng)的正常運行，本文以實際設計中遇到的案例為分析樣本，通過分析穿井管的不同形式對涌邊截污管運行的影響，以尋求最佳的穿井管改造方案。

2 不同形式穿井管對涌邊截污管運行的影響

2.1 涌邊截污管基本情況

駟馬涌位于廣東省廣州市，呈東北轉西南走向，全長約7.7km，駟馬涌流域橫跨白云區(qū)、越秀區(qū)、荔灣區(qū)，流域面積約為10.1km2。項目研究駟馬涌段位于廣州市荔灣區(qū)，自周門北路至南岸路，整體為明涌，澳口泵站和西關幼兒園處局部覆蓋，明涌段尺寸為9~16m。

駟馬涌已實施了截污工程，河涌截污管沿駟馬涌兩岸敷設，其中駟馬涌南岸為截污主管，設計管徑為DN2200~DN2400；駟馬涌北岸為截污支管，分兩段實施，由東至西分別為鐵路橋以東的DN1400 和鐵路橋以西的DN800 管，兩段污水管最后皆接至南岸的DN2200~DN2400 截污管，最終接至澳口泵站，區(qū)域污水最終經澳口泵站轉輸至大坦沙污水處理廠。

2.2 穿井管基本情況

工程區(qū)域內現(xiàn)狀排水整體由南往北，主要排入駟馬涌南岸DN2400 截污管，由截污管轉輸至南岸路西側澳口泵站，再由澳口泵站提升轉輸至大坦沙污水處理廠處理。經摸查知，現(xiàn)狀工程范圍內有10 個雨水排口與現(xiàn)狀截污管存在不同程度的交叉重疊，形成穿井管，穿井管情況統(tǒng)計如表1 所示，穿井管作用下過流能力統(tǒng)計如表2 所示。

表1 穿井管情況統(tǒng)計

表2 穿井管作用下過流能力統(tǒng)計

穿井管的基本情況可分為以下4 類。

（1）穿井管與截污管斷面無重疊。例如，⑤、⑥號穿井管位于環(huán)翠園五金批發(fā)市場附近，現(xiàn)狀為DN600 管，總體埋深約2.5m，管內底標高均高于截污管管頂標高，與截污管斷面無重疊，該類穿井管形式不會對截污管運行造成影響。

（2）穿井管與截污管斷面有重疊，且穿井管管內底標高位于洪水位以上。例如，④、⑦號穿井管分別位于環(huán)翠園北側路和百海置業(yè)有限公司附近，現(xiàn)狀均為DN600 管，總體埋深約2.0～2.3m，管內底標高均位于洪水位線以上，但穿井管斷面與截污管斷面仍有0.4～0.6m 的重疊，受穿井管的影響，滿流條件下，不考慮局部阻力損失，穿井管作用下滿流的過流能力分別為4.25m3/s 和4.46m3/s，損失約8.2%和3.7%。正常運行時，該類穿井管從截污管運行水面以上穿出，不對其正常過流斷面造成影響，同時不受洪水位影響。

（3）穿井管與截污管斷面有重疊，且穿井管管內底標高位于洪水位以下，截污管旱季運行水位線以上。例如，⑧號穿井管位于南岸大街路口附近，現(xiàn)狀為DN800管，總體埋深約2.6m，管內底標高為5.35m，位于洪水位以下，截污管旱季運行水位線以上，截污管管內底標高為3.83m，斷面重疊高度為0.8m。截污管滿流時的過流能力為4.63m3/s，受穿井管的影響，滿流條件下，不考慮局部阻力損失，過流能力約為3.96m3/s，過流能力減少約14.5%，經計算截污管旱季過流能力為2.64m3/s，仍富余1.32m3/s 的截流能力。該類穿井管形式與截污管斷面有重疊，但管內底位于旱季運行水位線以上，旱季正常運行時不影響截污管的過流斷面，雨季過流斷面將受影響，過流能力減少，同時存在暴雨時雨水倒灌的風險。

（4）穿井管與截污管斷面有重疊，且穿井管管內底標高位于截污管旱季運行水位線以下。例如，①～③號穿井管位于周門北路～周門西街附近，現(xiàn)狀管渠為DN800（1.2m×1.2m），總體埋深2.0～2.5m，穿井管斷面完全位于截污管斷面區(qū)域，管內底標高均位于截污管旱季運行水位線以下。受穿井管的影響，滿流條件下，不考慮局部阻力損失，過流能力減少約17.2%～37.6%，影響較大，②號穿井管作用下的截污管滿流過流能力甚至小于截污管旱季過流能力，對截污管的運行造成很大的影響。例如，⑨～⑩號穿井管位于南岸路華南文體市場附近，現(xiàn)狀為DN600 管，總體埋深2.8～3.2m，受穿井管的影響，滿流條件下，不考慮局部阻力損失，過流能力減少約8.2%，現(xiàn)狀仍分別富余1.78m3/s 和2.15m3/s的過流能力。因⑨～⑩號穿井管管徑較①～③號穿井管管徑小，且穿井管位于運行水面下的部分較少，故對截污管過流斷面的影響較小一些。該類形式穿井管管內底標高低于截污管旱季運行水位線，直接影響截污管過流斷面，旱季會出現(xiàn)穿井管擋水壅水進而影響上游管道運行水位的風險，雨季溢流風險增加，可能增加內澇風險。該類形式穿井管如圖1 所示。上游、后下游對各個入水口進行封堵，封堵距離根據(jù)實際情況，其次根據(jù)現(xiàn)場實際最大排水量確定導流管管徑，導流管強度與規(guī)格應滿足工程導流需要，導流管封堵前一個和后一個檢查井之間連接，上游段宜設泵排水，保證通水流暢。

圖1 穿井管形式

3 不同形式穿井管作用下的改造思路

（1）穿井管與截污管斷面無重疊。該類形式穿井管埋深較淺且不與截污管斷面重疊，不對截污管運行造成影響，可直接穿井而出。

（2）穿井管與截污管斷面有重疊，且穿井管管內底標高位于洪水位以上。該類形式穿井管可從截污管運行水面以上穿出，不對其正常過流斷面造成影響，可直接穿井而出。

（3）穿井管與截污管斷面有重疊，且穿井管管內底標高位于洪水位以下，截污管旱季運行水位線以上。該類形式穿井管旱季正常運行時不影響截污管的過流斷面，雨季過流斷面將受影響，過流能力減少，同時存在暴雨時雨水倒灌的風險。若遠期實現(xiàn)區(qū)域內完全雨污分流，截污主管只接納污水，正常運行則不受穿井管影響，可直接穿井而出。

（4）穿井管與截污管斷面有重疊，且穿井管管內底標高位于截污管旱季運行水位線以下。該類形式穿井管直接影響截污管過流斷面，由于穿井管擋水雍水進而容易造成上游管道高水位，對于影響過流能力較大的穿井管考慮設泵井強排，將穿井管的標高抬高至不影響管網正常運行的位置穿井入涌，泵井強排如圖2所示。若受現(xiàn)場條件限制，不宜建設泵井，只能在影響過流斷面的情況下強行穿井時，可將現(xiàn)狀井尺寸適當改大，抵消部分該穿井管對管網系統(tǒng)運行的影響。當對穿井管進行改造時，因其與現(xiàn)狀截污管存在重疊交叉，破除井壁將對截污管轉輸污水造成影響，因此需要在施工前采取施工導流措施：首先根據(jù)管道實際情況先

圖2 泵井強排

4 結語

排水管網系統(tǒng)高效、安全運行是城市可持續(xù)發(fā)展的重要標志。涌邊截污管作為城市排水管網系統(tǒng)的主要通道，其運行狀態(tài)決定了污水出路的可靠性和穩(wěn)定性，本文通過研究不同形式穿井管作用下的截污管運行情況，得出當穿井管位于截污管旱季運行水位線及洪水位線以上時，不對其過流斷面造成影響，同時不受雨季洪水位倒灌影響，可保證截污管旱季正常運行和雨季雨水排口正常出流，是應優(yōu)先考慮的穿井管形式。當穿井管位于截污管旱季運行水位線以下時，直接影響截污管的過流斷面，是應盡量避免的穿井管形式。隨著雨污分流工作的進一步推進，截污管只接納城市污水，管道負荷減小，此時穿井管對截污管過流斷面的影響也會進一步減小，因此應加快推進城市雨污分流工程，保證管網系統(tǒng)的正常運行。