完善合流制的改造探讨

□ 郭锐敏

1 国内排水体制的发展历程

自中华人民共和国成立以来，我国的排水体制经历了三次主要变革。

中华人民共和国成立初期，受城市规模及居民生活习惯的影响，排水采用直排式合流制。城市区域的雨水、污水混合纳入同一个根排水管道，就近直接排放进入自然水体。简洁的管道系统有效解决了城市积水的问题，但是直排污水未经处理，对自然水体造成了严重的污染。

1980—1990年间，为解决直排污染问题，多个城市对排水管道系统进行截污改造。旱流污水通过截流干管全部引至污水处理厂，解决晴天污水排放问题。但雨天时，由于污水处理厂能力有限，大量掺混了污水的雨水只能从截流井溢流到水体中，造成了污染。同时，由于溢流井连通了水系和城市排水管道，水系高水位条件下存在倒灌风险。

1987年，《室外排水设计规范》（GBJ 14—87）的发布，正式提出城市新建城区宜采用分流制排水体制，分流制开始成为发展的主流。雨污水采用两套独立的排水系统，污水无论晴雨天，均可完整收入污水处理厂，解决了污水溢流污染水体的问题。

2 分流制改造的难题

许多城市的排水规划都提出要将原有的合流制系统逐步改造成分流制。但各城市在改造过程中，均遇到了不同程度的难题。

技术条件方面：老城区地下空间有限，各种已建管线缺乏规划，重力流管道的改造难度特别大；改造工作难以推进，管网只进行了部分改造，或因各种原因中途停止，这些不完整的分流改造，又引发了新的污染问题；分流后的雨水管网，存在初雨污染问题；管网体系存在错接、混接的风险。

改造费用方面：2套管网造价高；部分城市传统建筑和历史遗产较多，改造的代价巨大；为了控制初雨污染，需要配置大容积的初雨调蓄池，增加土建投资；改造后的污染物削减效果与工程投资需要统筹衡量。

维护管理方面：为防止后续出现违规混接和排放，需要投入了更多人力进行监管，否则会产生两套混流系统。

昆明、武汉、广州、北京等城市已经进行了多年的分流制改造，投入巨大的费用，并进行了悉心的设计布置和社会工作，但至今仍然无法全面实施推进[1]。水污染治理的压力和雨污分流的过程艰难，有目共睹。

3 发达国家的合流制进展

国外发达国家也经历了“合改分”的时期，比我国更早遇到推进瓶颈，也更早地思考污水溢流（Combined Sewer Overflow，CSO）污染控制的方案。

3.1 美国

美国现存合流制排水系统的城市分布在32个州，主要位于美国东北部的5大湖区，以及西部发展较早的部分地区，这些城市大部分没有选择进行大范围的合改分工程，而是转向对合流制溢流污染进行有效控制[2]。

美国的城市污水处理厂大部分建设在远离城市的郊区，充足的场地可以配置大规模的处理能力，并且国家政策给予考核特例，允许在暴雨情况下，混合污水只经过一级处理加消毒就能排放，因此可以普遍采用截流倍数高达4的“大截流系统”，提高污水收集量。

3.2 德国

德国现有的合流制排水系统多分布于南部城市。据2016年的统计数据，德国合流制管网长度占全境管网总长的53.5%[3]。

德国1970年开始大量建设雨水调蓄设施，2016年各类雨水调蓄设施达到54069个，调蓄容积共计6079×104m3，人均0.738 m3[2]。

合流制区域的污水排放需要事先获得政府的排放许可；在系统设计及运营中，借助自动设备及精确监测仪表，严格控制干管的最大流量不超出污水处理厂的处理能力，同时对源头雨水进行分散控制，减少系统的雨水量。德国主要通过调蓄来应对CSO溢流污染。

3.3 日本

1980年开始，日本国土交通省着力推进合流制溢流控制，强调完善管网系统，提高截流能力。1999年，日本有合流制排水系统的城市共195座，其中11座城市的人口超过100万[2]。

日本制定了明确的合流制改善目标，如各排放口全年外排的污染物平均浓度不超过40mg /L，控制溢流次数等。由于易受台风影响，加之城市建筑密度高，部分城市建造了调蓄隧道或者大管径的截流干管，统筹考虑防涝与溢流控制。

考虑到合流制改善工作建设周期长，影响城市环境交通以及居民的生活，日本很多城市的改善策略，倾向于对溢流排口的排水进行就地处理，从而衍生了许多创新净化技术。

3.4 国外经验小结

各国的总体思路都是削减外排污染负荷，但各国的国情、基础设施及管理水平不尽相同，在策略上各自有所侧重。美国采用大截流系统，尽可能地收纳处理雨污水，是基于污水厂的地理优势及充裕的城市空间；德国重视调蓄以及精确的截流控制，源于严谨的系统观念以及成熟先进的设备制造工艺；日本侧重于深邃及就地处理，更多是因为极端天气易发、人口密度高、城市空间紧张以及民众对社会和环境质量的高要求。

但应注意的是，无论美德日哪一国，均有专门的政策规章及专属的负责机构支持推进合流制建造。

4 国内推进合流制的难点

对比美德日3种典型，中国的情况与日本更相似，但却无法直接搬用方案，因为国内推进合流制有自己特有的难点。

4.1 合流管网形式多样，系统复杂

由于建设指导思想的更迭、城市高速发展引起的空间条件急剧变化、建设管理水平滞后以及临时治理措施缺乏统一指导等因素，导致国内现存4种类型的合流制排水系统。

合流制排水系统。该系统又可细分为完善及不完整两种。完善合流制是指系统包括了源头低影响开发技术，管网截流量匹配污水处理厂能力，调蓄设施及就地处理设施，是合流制改善的目标形式；不完整合流制是指缺失了一项或多项的上述内容，常会出现污水厂前溢流、污水负荷量低、贮存污水无法处理的情况，这是国内大量合流制管网的普遍现状。

存在较多错混接的分流系统。分流建设中，由于施工及监管的不规范，造成多处雨污水混接，形成2套混流管网。最终造成污水管网的收纳水量大，雨水网管的排放污染严重。

分流制改造过程中的过渡系统。该系统按分流制设计及施工，但由于空间、经费及推进受阻等问题，系统未建设完全且有可能将长期处于这样的中间状态。也有存在由于资金或者改造难度大等问题，优先对道路进行分流改造，而小区地块内仍保留合流制的情况，此时雨水管道只能收集市政道路上的雨水。

山水及雨污混合的排水系统。结合行洪、排涝管涵渠道设置的，混合多种水流的排水系统，多见于沿海及山地地区。旱天污水浓度低，雨天溢流量大。

上述多种类型合流制共存的复杂情况，使得国内制定政策和进行改造的难度加大，改造推进难以进行，排水系统溢流的频次更高，形成严重的污染危害。

4.2 各地改造条件差异大

不同规模的城市，其改造目标和难点完全不同。大城市发展较早，排水体制的指导方向更迭频繁，存在多种管网形式。合流制管网处在核心老城区，已建的地下管线复杂，改造空间十分有限，改造工作对民众的生活影响较大。小城市市政基础不完善，管理维护水平较差，资金也难以维持长时间的改造工程。

每一座城市都有自己的特点。地上传统建筑群、地下古迹、文化遗迹等直接影响改造技术，需要巨额的维护成本；自然地理特征造成的高地下水位，需要考虑外水入渗、倒灌；南方城市需要考虑结合防洪排涝；山区城市地质不良区域的改造成本高昂。

4.3 缺少指导性政策和法规

相比国外，国内合流制系统的支撑性政策法规缺口较大。管控内容的空白，使得执法和监管缺乏依据；指导思想不统一，方向不坚定，容易受到社会阻力、技术条件的影响，系统的建设在合流制与分流制之间反复变换[4]，形成了不彻底的分流系统。

缺少国家标准和技术规范的支撑。国内目前还没有针对溢流次数的设计标准及方法[5]；对于截流倍数，规范取值2～5，范围宽泛缺乏针对性，设计完全凭借经验，也经常伴随矛盾。

对于下游需新建污水厂的情况，若倍数取值大，则管网和污水厂规模大，投资高，污水被稀释，造成入厂浓度低，难以响应国家污水处理厂提质增效的要求；而取值小，又缺乏指标判断是否能满足溢流污染的控制要求。

对于下游已有污水厂的情况，倍数只能根据污水厂的冗余能力选择，取值过大则出现厂前溢流；如果冗余足够，系数取高值，雨天又存在污染物浓度低、水量大的问题，对生物处理设施不利。

4.4 建设管理维护能力不足

管网状态混乱，管理难度大。国内现有的合流系统类型本就复杂，再加上建设管理不当、违法成本低等因素，建成管网中错接、混接、乱接的现象较多，加剧了混乱状态。

维护人员的素质水平较低、经费不足等原因制约着整体管网的运行效率。淤积、破损、渗漏等问题，使得截流管道能力下降，出现旱季沉积物增多、雨季溢流严重、污染地下水等问题。

个别地区应付心态重，改造策略不当，加剧污染影响。为了应对考核，改造缺少统筹考虑，采用封堵溢流口等方式粗暴解决，削弱了排水能力，增加内涝风险。

缺乏系统的整体意识。为了单一的防洪或者景观水景需求，通过设置闸坝等方式，随意改造水系水位和河道运行状态，使得部分管网及排口长期淹没在常水位之下，加剧管网运行压力。

5 完善合流制的改造思路

针对国内存在的推进难点，结合国外的改造经验，我国的合流制污染控制措施应该贯彻削减外排污染负荷的原则，但又应该秉持自己的改造特点。

根据排水的过程，以管网为主体，减少水量的思路为：减少进入管网的雨水量；增加进入污水厂的混合水量；将本应溢流的混合水量暂时贮存待后续处理。具体而言，控制措施为源头减排、管网优化维护、调蓄处理、完善规章标准。

5.1 源头减排

源头减排的目的是减少进入排水管网的雨水。结合海绵城市措施，将雨水就地留存、下渗，实现错峰排放，同时利用植物和土壤截留过滤雨水中的污染物。这是一个行之有效的方法且措施多样，包括绿色屋面、透水铺装、下沉绿地、生物滞留带及雨水花园等，结合景观利用建筑群之间的零碎空间，完成雨水控制。

5.2 管网优化维护

截流倍数是核心参数，需要统筹考虑现有污水厂的规模情况、城市下垫面的情况、工程资金量、建设管理水平，而现有规范对其却缺乏有针对性的指导。结合现有的计算机模拟技术，将工程数字模型化，根据治理目标，反推出不同截流倍数下的设施配置，组成多个方案比较，可以直观有效地进行决策，避免了依靠经验、边做边改的方式。

重视管道的清洗及疏通，积极宣贯并提高周边居民的正确排水意识，将管网排水能力维持在良好的状态中。破损管道的修复及错混接整改，是无法避免并需长期坚持的工作，需要主管部门重视并给予政策支持。

5.3 调蓄处理

在管路中设置调蓄水池，能够有效增加污水截留倍数，控制初期污染浓度较大的污水，将其错峰排放至污水处理厂。通过监测仪表对截流井内实时水位和水质的精确计量，配合自动化闸门及堰板，可以随时调整截流倍数，有效防止外水倒灌。调蓄水池的布置位置灵活，可以分散布置在零星空地中，也可以集中布置，布置在管网上游还可以有效减小下游截流干管的管径。

在溢流端建造人工湿地除了可以调蓄溢流水量外，还能利用植物去除水中的污染物，污水停留时间越长去除效果越好[6]。人工湿地同时能起到美化城市、改善生态的作用，由于需要较大的占地，宜结合景观布置。

在溢流端安装就地处理设备可以有效削减外排污染负荷。已有学者研究旋流分离器在末端处理中的应用[7]；也可以结合雨水调蓄池，增设斜板沉淀隔间，对溢流水量进行就地处理。

5.4 完善法规、标准及管理

与国外相比，法规标准是国内推行完善合流制的最大欠缺。溢流污染CSO控制需要法律法规提供支撑依据，以保证工作顺利实施。规划的编制要具有针对性，根据各城市的特性及发展趋势进行补充或者修编。各部门之间需要加强沟通协调，保证政策的一致性，避免目标反复。

设计标准急需完善和细化，单依靠经验选择参数及工艺，无法保证设计的可控性。要加强排水监督管理，重视管网运行维护，大力整改错混接，提高居民的正确排水意识，保障管网处在良好的运行状态。

6 结语

吸取污染治理的经验教训，国内已不再一票否决合流制。国外的成功治理案例也给予了合流制新的活力。在日渐成熟的自动化设备及精确监测仪表的帮助下，曾经的合流制缺点正在逐个被解决。

合流制和分流制不应有优劣之分，两者更应作为互补方案，根据当地区域特性来搭配选择。在完善合流制的道路上，我国还有必须要克服的一系列难题，这是一条漫长但可行的发展之路。