智能截流井在沿海老城区合流排口截污中的应用

刘光瑞

摘 要：智能截流井系统集成度高，可随设定的外部条件的变化实时自动调控动作，可用在雨污合流条件复杂、排口尺寸较大以及普通截污井无法有效实施等合流排口截污改造的场合。介绍下开式堰门智能截流井在惠州大亚湾某沿海老旧城区合流大排口改造中的应用，可为其他类似改造项目提供借鉴。

关键词：智能截流井;雨污分流;合流排口;水环境治理

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）29-0107-03

Application of Intelligent Interception Well in Sewage Interception of

the Combined Sewage Outlet in Old Coastal City

LIU Guangrui

（Shenzhen Branch of Beijing Municipal Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518048）

Abstract： The intelligent interception well system can be automatically regulated in real time with the change of set external conditions. It can be used to control the point source and non-point source pollution in the occasions of complex rain and sewage confluence conditions， large outlet size. To introduce the application of the next open weir gate in the reconstruction of an old coastal urban area in Daya Bay， Huizhou， to provide reference for other similar reconstruction projects.

Keywords： intelligent cut-off well;rain and sewage diversion;confluence outlet;water environment treatment

沿海老旧城区的雨污分流改造往往存在现状雨污水系统错混接严重、排水管网复杂且排查困难、道路狭窄施工不便、潮汐影响海水倒灌以及房屋老旧破损源头分流改造风险大等问题。不少沿海地区选择近期对片区合流排口截污，远期雨污分流或者城市更新改造的模式，解决混流污水排入自然水体污染环境的问题，是短期内较为经济有效的方法。

沿海老旧城区一般建筑物多、建筑面积大，片区下游合流排口尺寸較大，排口高程较低，且受海洋潮汐的影响较大。常规的堰式、槽式、堰槽结合式、拍门式和闸门式等截流井的使用主要存在以下问题：①固定溢流堰的设置过高会影响上游片区雨季行洪，增加上游片区内涝风险;②截污管道内管道流量无法准确计量控制，截流过多雨水会导致下游污水干管满水，降低污水处理厂进水浓度;③潮汐海水有倒灌到下游污水干管的可能，下游污水处理厂有进水盐度过大导致运行故障的风险[1-4]。

下开式堰门截流井是智能截流井的一种样式，智能化程度高[5]，可设定控制程序，自动控制截污堰门的启停，并且可以做到无极调控，控制堰门停止在任何允许的设计高度。配有备用电源，在外部停电的情况下可满足堰门的一次动作，最终电力耗尽堰门完全打开。下开式堰门截流井的设备主要包括液动限流闸门、下开式堰门、雨量计、SCADA控制系统及液位计等。其中，下开式堰门是核心设备，主要由堰板、堰框、液压缸及导向槽等组成，堰板可向上/向下运动，完成堰板启闭状态，实现合流管道内部水位控制和防倒灌的功能。本工程将下开式堰门截流井应用在沿海老城区合流大排口改造中，可以达到截污、行洪和防倒灌的效果。

1 工程概况

本工程位于广东省惠州市澳头镇老城区，建筑面积约56 hm。该城区西北至东南为山地环绕，中心滨海地带为平地，整个老城区呈环抱澳头湾（大亚湾西北部）之势，南北地势高差接近40 m。澳头湾潮汐属不正规半日混合潮型，最高潮位为3.116 m（85高程系，下同），港湾波浪以涌浪为主，平均波高为0.20 m，50年一遇波高为2.30 m，10年一遇波高为1.75 m，多年平均低潮位为-0.05 m，多年平均高潮位为0.77 m，20年一遇潮水位为2.36 m，50年一遇潮水位为2.58 m。

整个澳头老镇片区房屋老旧，巷道狭窄，排水立管和市政雨污水管道错混接严重，内部雨污分流改造难度大。根据片区污水规划，整个澳头老镇区远期将继续维持合流制排水系统现状，对沿海合流排口进行截污，合流污水截至沿海道路下方现状污水干管，下游泵站提升至中心区污水处理厂处理。片区现状沿澳头湾分布有4个合流排海大排口，以及一条新建在沿海道路下的DN400-1000的污水主干管。4个排口中的2个已经被截污改造接驳到以上污水干管中，剩下龙海街一处2.2 m×2.0 m合流箱涵（1号，下同，服务面积23.71 hm2）和前进村海鲜市场一处2.7 m×1.2 m合流箱涵（2号，下同，服务面积13.31 hm），因尺寸太大未截污改造，而排口上游污水直排海洋造成整个近海水质发臭。因此，以上排口截污迫在眉睫。

2 工程设计

2.1 水量复核

根据测量资料，1号和2号合流箱涵出水口地面标高分别为3.20 m和3.27 m，上游合流片区地势最低点地面高程分别是2.57 m和2.50 m。为保证雨季时排口上游最低点不发生内涝，考虑在1.6 m和1.1 m分别设置两个排口截污控制的警戒水位。本次工程设计，片区截流倍数按规划取2，根据1号和2号合流箱涵上游的服务面积，计算出2个合流排口的旱季污水量分别为40.31 L/s和16.08 L/s，截污管道的雨季合流截污量分别为120.93 L/s和48.24 L/s，设计截污管径分别为500 mm（坡度2‰）和400 mm（坡度2‰）。经复核，现状1号和2号合流箱涵下游处管径为1 000 mm的污水干管过流能力为803.89 L/s，雨季环澳头湾的现状污水干管所能收集的整个老镇区4处合流排口截流总的水量为327.70 L/s，故现状污水干管的过流能力满足截污设计需要。

2.2 截流井设计

受现状2个合流拍口尺寸的影响，工程设计的下开式堰门尺寸分别为4.1 m×7.1 m和4.6 m×7.1 m，沿着水流方向分别是沉泥槽室（配置浮动挡板）、截污限流闸室和下开式堰门。进水端沉泥槽主要是沉积合流水中的泥沙和一些垃圾等，并定期清掏，减小对下游液动闸门密封条的影响。限流闸门主要是雨季时限制进入截污干管的合流污水的量。为适应长期海水浸泡的不利环境，下开式堰门主体结构均采用316不锈钢材料，减缓海水对设备的腐蚀。同时，为避免海洋藻类、贝类等生物在堰门和密封条处生长，在堰门上涂抹防污涂料。为保持堰门的密封止水效果，在1号和2号常规堰门下部分别设计一个深度为2.3 m和1.8 m堰门沉沙检修空间，并在堰门旁设计一处0.8 m×0.8 m的人孔，定期进入用吸污车清理堰门起落时带入密封条间隙的泥沙和固结物质。为了解截流井的运行情况，在截流井内设置高清摄像头和化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）在线监测设备，以及太阳能电池板和备用电源，以实时采集数据并传输到数据采集与监控系统（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）网络平台，同时可以在手机APP上实时监控设备内部运行状态，控制设备起闭。

为避免截污井对周边道路行车的影响，整个截流井设置在海堤内侧的绿化带内，截流井上部高出周围地面70 cm，截流井的电气控制柜和液动设备均安装在不锈钢柜体内，置于井体上部平台。整个截流井外部配合沉井施工工艺，内部采用现浇钢筋混凝土结构，顶部凸出地面平台部分采用不锈钢围栏围蔽整个设备外露空间，防止外人进入发生危险。

2.3 截流井自控运行

设计的智能截流井堰门在运行时，升降过程中需要控制的挡位高程为[H]。根据1#和2#排口测量资料，设定1#排口截流井堰门控制挡位为4挡，对应取值分别为-0.3 m、0.3 m、0.9 m、1.3 m，设定2#排口截流井堰门控制挡位为4挡，对应取值分别为-0.03 m、0.3 m、0.7 m、1.1 m。1#截流井的设置位置和截流井大样图分别如图1、图2所示，2#截流井的设置位置和截流井大样图分别如图3、图4所示。图1和图3中，H、H、H分别表示外海潮水位高程、箱涵内部水位的高程和实际运行过程中堰门的高程。图1、图2、图3和图4中截流井的尺寸单位均为毫米，高程单位均为米。

通过不同工况参数的设置，满足旱季和雨季设备运行要求。以下以1#截流井为例，详述智能截流井运行过程。

①晴天时，堰门全关，截污阀门全开，截留旱季污水。

②晴天转雨天时，外海潮位低于或者略高于多年平均高潮位0.8 m，H<1.3 m（2#为1.1 m），堰门起始处于全闭状态，截污阀门完全打开。降雨时（当雨量计测定最近1 h降雨累计量超过2 mm时，进入降雨模式，下同），箱涵内部水位H2逐漸上升，当截污管道流量Q≥120.93 L/s（2#为48.24 L/s）时，关闭截污阀门。当堰门内部水位高度H≥1.6 m时，按照设置的挡位实时逐级降低堰门高度，保证堰门内部水位始终高于外海水位，且不超过警戒水位。雨停时（当雨量计测定1 h内降雨增量小于2 mm时，进入雨停模式，下同），保持堰门高度H=1.3 m（2#为1.1 m）。测定箱涵内水流从堰门处溢流的水位差ΔH<0.1 m时（2#为0.05 m），全闭堰门，打开截污阀门，进入晴天模式。

③晴天转雨天时，外海潮位处于多年平均高潮位以上，1.3 m≤H<1.6 m。2#无此工况，起始堰门处于全闭状态，截污阀门完全打开。降雨时箱涵内部水位H逐渐上升，当截污管道流量Q≥120.93 L/s（2#为48.24 L/s）时，关闭截污阀门。当堰门内部水位高度H≥1.6 m时，降低堰门高度，使H=H。按照设置的挡位实时逐步降低堰门高度，保证堰门内部水位始终高于外海水位，必要时全开堰门，保证水流向外海排放。雨停时，保持堰门高度H=H+0.2 m。测定箱涵内水流从堰门处溢流的水位差ΔH<0.1 m时，全闭堰门，打开截污阀门，进入晴天模式。

④晴天转雨天时，外海潮位处于多年平均高潮位以上，H≥1.6 m（2#为1.1 m），1#和2#合流管道采用H-0.3高程设置为上游最低点水位控制高程，堰门起始处于全闭状态，截污阀门完全打开。降雨时箱涵内部水位H逐渐上升，当截污管道流量Q≥120.93 L/s（2#为48.24 L/s）时，关闭截污阀门。按照设置的挡位实时逐步降低堰门高度，保证堰门H-0.3始终高于外海水位，直至降雨结束。雨停20 min之后，上升H至全闭状态，打开截污阀门进入晴天模式。

3 工程实施效果

本次设计建设了2座智能截流井，不仅解决了该片区长期污水直排污染海洋的问题，也解决了因2处箱涵连通海洋海水倒灌，上游混接导致雨污水管道满水运行的问题，有利于下游污水处理厂进水浓度的提升，为后期片区智慧水务信息化系统建设提供信息支撑。

4 结语

智能截流井具有集成度高、控制方便等优点。本次将其应用于沿海老旧城区雨污分流改造中，取得了较好的改造效果，为其他类似水环境的治理项目提供了经验。但是，该设备的功能较多，一些设备较为精密，需要后期运维得当才能取得优良的运行效果。

参考文献：

[1]王彬，高磊，李虹，等.智能截流井在某大型湖泊沿湖排口截污改造工程中的应用[J].净水技术，2021（9）：139-145.

[2]谭建国，蔡桂安，余路路.智能截流井在惠州市城区截污治污工程中的应用[J].广东水利水电，2020（10）：105-107.

[3]甘冠雄，陈小杏.污水截流井的选址与应用[J].居舍，2017（22）：162.

[4]黄杨.不同污水截流井形式的设计比较与优化初探[J].山西建筑，2008（23）：180-181.

[5]刘明欢.一体化智能截流井的优势和应用[J].规划与设计，2020（3）：61-62.