古城区河湖水系雨季初期雨水控制方案

韩建设

（开封市城区黑岗口引黄管理处，河南 开封 475002）

1 前言

开封市古城区内分布着龙亭湖、包公湖、广济河、利汴河等河流湖泊，水域面积约达220hm2，约占开封古城区建成区面积的1/10，素有“北方水城”之称，承载了海绵城市、居民生活环境改善、国家级旅游风景区、历史文化传播等重要功能。

2 存在问题

开封古城区建成时间早，水资源用水利用水平较低、河湖水体流动性差、常年未开展污染治理、内源污染严重，由于市区特殊结构性，雨污管网合流，大雨之后污水满溢，对古城区环境带来严重影响，浅层地下水也已受到不同程度的污染。水质监测历年结果表明，开封古城区水系总体水质较差，主要超标因子为总磷、化学需氧量和氨氮，部分河段达到黑臭标准。古城区内产业以旅游业、服务业、餐饮业等第三产业为主，居民生活因常年水污染超标存在极大隐患。

3 截流整治思路

根据河道治理任务及截流整治水系选择原则、排水口分布及水体污染情况，确定截流整治水系为龙亭湖、包公湖和铁塔湖。结合区域现状及规划，外源减排截流管道沿湖路布置，截流初期雨水污染物经市政污水管道入污水处理厂处理。见图1。

图1 初期雨水设计流程图

4 初期雨水控制总体方案

4.1 截流方案比选

截流河道污水一般采用传统截流、带调蓄池高倍数截流及雨水泵站前池截流3种方式。

4.1.1 传统截流

截流式合流制通常适用雨污合流制的区域，把截流干管设置在合流管排入河流前，旱季时污水和小雨量初期雨水全部截流至污水处理厂，超出管道负荷的大降雨量雨水通过溢流管排溢入河。截流倍数宜采用2～5；截流倍数偏低会造成截流效果不明显，起不到治理污染河道作用；截流倍数偏大会造成截流管径增加，并且增加污水处理厂负荷。

对于范围较小且沿河狭长分布的棚户区，大部分雨水以地面径流方式排出，污水通过管道下河，此情况仅对区域内合流污水进行截流，采用传统截流方式。

4.1.2 调蓄池高倍数截流

相比传统截流方式，除在截流河岸修建截流干管外，并修建雨水调蓄池，将合流污水及初期雨水截流至调蓄池，多余雨水溢流至河道，调蓄池内污水通过泵提升或重力流缓慢释放至现状污水管道。本质上看，调蓄池高倍数截流系统为传统截流方式的升级版，主要优点有：一是可以提高调蓄池进水管道（截流干管）截流倍数，从而减少降雨时进入河道的污水量；二是降低调蓄池出水管道截流倍数，降低下游污水处理系统负荷，从而可以充分利用现有污水管网富裕的能力将污水送至污水厂，无须专门修建较长下游截流干管，还可削减污水厂进水量峰值。但是需要修建体积调蓄池，投资较高，对管理要求也较高。

4.1.3 雨水泵站前池截流

对雨水泵站进行改造，在原有雨水泵站的基础上增设污水泵站，非降雨期间及初雨阶段，运行开启污水泵，将合流水抽至污水管网，送至污水处理厂进行处理，雨量增大或长历时降雨时运行雨水泵，抽排河水至外河。此方案改造量小，投资小，但是没有从根源改变河道污染问题，相反，平时将大量河水抽送至污水处理厂，现有污水处理厂规模无法满足要求，同时造成污水厂进水浓度偏低。初期雨水截流系统主要考虑内河水质改善，因此雨水泵站前池截流方案不适合。

根据以上3种方案比较，针对开封市现状排水口收集情况、现状场地条件分析，受限于现场场地条件，采用传统截流方式对初期雨水收集处理。

4.2 管道敷设方案

4.2.1 方案1

包公湖、龙亭湖沿着湖岸现有市政道路，湖岸边有宽度不等的人行游览步道，铁塔湖现状虽未有市政道路，但有较宽的滨湖陆岸，故优先考虑将排口截流管线设置在现有环湖道路或滨湖路岸上。

4.2.2 方案2

考虑到包公湖、龙亭湖现有市政道路较窄，地下管线资料不清，可能会对新增污水管网位置造成障碍，在现有滨湖路面无法满足新增污水管网管线位置时，可将其截流管线设置于湖泊内沿。管道敷设方案比选见表1。

表1 管道敷设方案比选表

考虑到古城区水系主要是旅游景区，湖泊水面面积不易缩小，且污水入湖后再截流，涉及防渗、抗腐蚀等问题，工程造价高，后期维护成本也高，故采用岸上截流方案，结合市政道路改造，在入湖前实现截流。

4.3 管材的选择

考虑施工方式、经济因素、管线综合交叉等各方面因素，管道采用HDPE通用增强型结构壁管。

4.4 初期雨水截流相关参数

污水管道设计充满度按不满流进行设计，其关系见表2。

表2 管（渠）最大设计充满度表

采用DN500的管道设计管径，坡度为0.1 2%，充满度按规范取值为0.70 ，管道输水能力为142.28 L/s，流速为0.9 7m/s。

4.5 系统设计

4.5.1 铁塔湖系统设计

铁塔湖汇水面积约1km2，沿岸现有6个雨污合流制排水口，主要集中在湖岸西侧沿线，设计截流水量约为22L/s，截流管道管径考虑DN500，截流管长度约380m，根据现状排水口高程、水体及岸上高程，截流管道起点设计底高程为68.3 0m，坡度为0.1 3%，终点设计底高程为67.8 0m，区间设置截流井数为6座。由于铁塔湖周边无排水管网系统，故考虑将其排口初期雨水截流后就地采用一体化处理设备处理后进入生态调蓄湿地处理，最后排入北支河，经设置于北支河的水生态修复系统进行深度处理以增加水质保障。

4.5.2 龙亭湖系统设计

龙亭湖汇水面积约2.70 km2，沿岸现有12个雨污合流制排水口，主要集中在龙亭东路湖岸沿线。考虑沿着龙亭东路沿线排水口位置设置初期雨水截流干管，通过在排水口附近位置设置截流井，将污水和初期雨水转接入龙亭东路500m处城东街排水管渠，设计截流水量约为31L/s，截流管长度约790m，截流管道管径DN500，根据现有排水口高程，截流管道起点设计底高程为67.6 0m，坡度为0.1 3%，设计终点底高程为66.5 7m，区间设置截留井数为12座。

4.5.3 包公湖系统设计

包公湖汇水面积约4.60 km2，沿岸现有33处雨污合流制排水口，主要沿包公湖周围，初期雨水量为420L/s。考虑沿着包公湖环湖路设置初期雨水截流管道，截流管道分东西2个方向布置，自迎宾路向西向南侧长度约1800m，自迎宾路向东向南侧长度约1500m，总长度约3300m，截流管道管径DN500，根据现状排水口高程，向西侧截流管道起点设计底高程为67m，设计坡度0.0 8%，终点设计底高程为65.3 0m，设置截留井11座，检查井17座；向东侧截流管道起点设计底高程为67m，设计坡度0.1 0%，终点设计底高程为65.3 0m，设置截留井20座，检查井2座。东、西向截流管道在包公湖雨污水调蓄池北侧汇合后向南进入调蓄池，穿越调蓄池管道长度约160m，设置检查井2座，调蓄池末端管道底部高程为65.1 6m。最后在调蓄池内经现状泵站抽排至护城河滨河路主干排水管渠（B×H=1800×1800）。

5 结语

根据建设海绵城市要求，控制与管理好城市雨水径流的排放，提升城市排涝防洪能力，通过截流排水口，截流区域雨季初期雨水不入湖，从源头减少入湖污染物量，从而减少雨季溢流量，提高污水收集率，有效消减径流污染、高效利用雨水资源，促进改善水环境，建成生态和谐的北方水城具有重要意义。