初雨截留系统在河道水环境综合整治工程中的应用分析——以深圳某河道水环境综合整治工程为例

雷声杨,丁时伟,胡东起

(中电建生态环境集团有限公司，广东 深圳 518107)

水环境污染是当前城市面临的一个十分突出的环境问题，不仅受到城市居民的普遍关注，还是衡量城市可持续发展和宜居程度的重要指标[1]。随着我国城市经济的快速发展和城市规模的扩张，城市环境的基础设施数量和规模无法满足城市快速发展的需求，导致城市污水排放量不断增大，河流水体污染严重，出现季节性或终年黑臭的状况[2-3]。近年来，国家提出了一系列关于生态文明建设的新理念、新思想、新战略，生态文明建设关系到一个城市可持续发展的根本。深圳作为先行示范区，在全国范围内率先吹响了水环境治理的号角，要求2017年底前基本消除黑臭水体，2020年底前完成黑臭水体治理目标，河道水质达到地表水Ⅴ类，基本消除劣Ⅴ类水体[4]。

1 工程概况

某河道位于深圳市光明区公明核心片区范围，为茅洲河中游一级支流，渠道起自后底坑水库，主河道沿松白路一侧布置，至公明北环大道处汇入茅洲河干流，流域面积为15.32 km2，全长为6.24 km， 河道比降约2.3‰。该河道沿岸排水口较多，主要收集片区生活污水及雨水，汇入干流河道。该河道水体黑臭，淤泥上浮，下游垃圾淤积严重，入河排污口共计70个。沿岸垃圾、黑臭水、淤泥等散发出刺鼻气味，严重影响附近居民生活。

该河道要求防洪建设标准达到50 年一遇，通过沿河道两岸污水管网完善工程及初雨截流工程，使旱季污水的收集率达 100%；消除点源污染，控制面源污染，消除黑臭，从而进一步改善渠道水质，在再生水补水(补水水质为 Ⅳ类水)条件下河道水质达到Ⅴ类水。

本工程结合河道改造对沿河市政污水管网进行补充完善，对河道沿线漏排污水排口、雨污混流口进行截排，分段接入现状已建污水干管，截排入河污水，减少河道污染负荷，使河水水质得到改善，从而改善河道周边环境。同时根据《深圳市2019年全面消除黑臭工作指引》[5]，沿河道两岸新建初雨截流系统，控制初期雨水带来的面源污染。主要包括对河道进行清淤、护岸修复重建、排口接驳和初雨截流系统建设、景观提升等内容。

2 初雨概念

雨水是自然界水循环系统中的重要环节，对调节、补充地区水资源和改善及保护生态环境起着极为关键的作用[6]。城市化快速发展导致地面的渗透能力急剧下降，地面污染物堆积，经过雨水冲刷后带走了大量的污染物。因此，初期雨水中所含有污染物较高、对河道水质冲击负荷较大，通常含有难以溶解的悬浮污染物、溶解或胶体状的污染物，易对河道水质造成较大影响。

初雨就是降雨初期时的雨水，一般指地面10～15 mm厚已形成地表径流的降水，由于降雨初期，雨水冲刷屋面、路面等使得雨水中含有大量污染物质，前期雨水的污染程度较高，甚至超出了普通城市污水的污染程度[7-8]。目前国内外相关规范、标准及学者对初雨相应量化的界定方式见表1所示。

表1 不同规范、标准及学者对初期雨水的界定

3 初雨截留系统的布置及应用形式

该河道沿线排口较多，多为混流排口，漏排污水得不到有效控制。另外初雨入河加剧了面源污染，河道水质难以达到“不黑不臭”。根据《深圳市2019年全面消除黑臭水体工作指引》，沿河全段两侧新建初期雨水截流管，控制初雨面源污染，初雨截流管沿该河道经北环大道南侧埋管接入上下村调蓄池，在调蓄池经过处理后排放入茅洲河。

初雨截留系统主要由河道两侧的初雨截留管、截留井及限流管构成，初期雨水通过截流井中限流管流入初雨截留管收集后排入初雨调蓄池，待雨量较大时通过截流井溢流流入河道。该河道流域范围经过配套的雨污分流工程已经实现了彻底的雨污分流，上游的污水已基本剥离，雨季雨水通过市政雨水系统汇集后排入河道。在该河道上游后底坑水库起始至与南光高速交叉处河段，沿河道两侧布置两条初雨截留管，因该河道在南光高速交叉处至下游河口左岸约1 km的范围无排口，故将该处左岸初雨管跨河接入右岸初雨管，初雨截留系统接入了该河道所有的雨水排口，在每个雨水排口处设置初雨截流井。依据室外排水设计规范GB 50014—2006(2016版)取7 mm对初期雨水进行截留，截留倍数n0取2～5，经过初雨截留系统汇集后最终流入上下村调蓄池，经过处理后排入茅洲河。该河道初雨截留系统平面布置示意如图1所示。

图1 该河道初雨截留管断面示意

该河道汇水面积为7.76 km2，经SWMM模型(暴雨洪水管理模型)计算，本工程初雨设计总流量为21 141.70 m3，峰值流量为4.71 m3/s，在河道边坡坡脚两侧布置 DN600-DN1500的混凝土管，采用混凝土包封，初雨截留管垫层浇筑10 cm厚C25素混凝土，包封选用C25混凝土，每间隔1 m布置一道箍筋进行定位。河道初雨管典型断面示意见图2。

图2 该河道初雨截留管典型断面示意

4 初雨截留系统对河道水质提升效果分析

该河道为光明区公明核心片区内的排洪渠，上游无水源流入，因茅洲河常水位高于该河道下游河口高程约1.5 m，在入茅洲河河口处有一道橡胶坝闸门长期处于关闭状态，待下雨水位高过茅洲河常水位 2.5 m 时才会启动闸门进行排洪。故该河道长期处于封闭状态，无其他水体交换，在综合整治之前，全线黑臭，沿线70%的排口为雨污合流排口，周边污水错接乱排，直接排入河道造成河道污染严重，是光明区典型的“黑臭”河道。

为了保障河道水质达标，在本工程实施的同时，同步对片区范围内的工业厂区及居民小区实施雨污分流、生态补水等相关工程，在其他工程实施完毕后，在雨后对实施初雨截留系统前后的各个河段取水质进行检测，因雨后河道透明度普遍较差，没有参考意义，故本次样品主要检测了氨氮、溶解氧以及氧化还原电位3个水质指标，验证初雨截留系统对河道水质的提升效果。初雨截留系统实施前后水质对比分析见表2。

表2 初雨截留系统实施前后水质对比分析

从表2中可以看出，在初雨截留系统实施前，上游河道水质相对较好，从上游到下游随着雨水将地面的污染物冲刷入河后水质逐渐变差；而初雨截留系统实施之后，其中河道上下游的氨氮含量对比实施之前有明显下降，溶解氧和氧化还原电位均有不同程度效果的提升，并且从河道上游至下游效果逐步提升。另外，从表中可以发现，实施初雨截留系统之前，河道下游的水质在雨后已呈现轻度黑臭状态，实施初雨截留系统后，能够较好的保证河道水质在雨后不黑不臭。由此可见，初雨截留系统能够较好地抵抗雨季地面污染负荷对于河道的冲击，对河道水质的提升起到了非常重要的作用。

5 初雨截留系统建设经济性分析

本工程主要包括截污、河道治理、管线改签、景观绿化以及初雨截留工程，初雨截留工程主要沿着该河道两侧新建10.93 km的初雨截留管。建筑安装工程费用总计25 497.77 万元，初雨截留工程总计6 664.85万元，占工程总价的26.14%。由第4节可知，初雨截留系统对于雨后河道水质的提升有着显著的效果，对河道氨氮的去除率约在29.27%。本工程通过较小的工程代价实施初雨截留系统，对保障河道雨后水质起到了较好的作用，有效的防止河道雨季出现“返黑返臭”的现象，实现河道的长治久清。

该河道位于城区中心地带，综合整治河段长度6.24 km，在综合治理完成后，改善了河道流域的水环境， 使河道成为一条具有安全、生态、景观的生态河道，实现了“水清岸绿、鱼翔浅底”的场景，极大的提高了河道流域人居环境，并消除现有黑臭水体对沿岸居民身体健康造成的不良影响，两岸的土地价值也会随之上升，社会、生态、环境、健康效益巨大。故从经济性及河道水质提升的角度出发，在河道水环境综合整治工程中建设初雨截留系统是必要的。

因此，对于河道水质要求较高的部分地区，可以采用三水分离(雨水、污水、初期雨水彻底分离)的建设思路，实施初雨截留系统，同时相关的配套工程如初雨调蓄池、雨污分流、生态补水等工程的建设应及时规划，同步实施，以保障河道水质，提升社会效益。

6 结语

1) 经过本工程初雨截留系统的运行分析，初雨截留系统可以较好的控制雨季河道水质，对于河道氨氮、溶解氧及氧化还原电位等指标有着较大提升，能够较好的保障河道水质。

2) 对于河道水质要求较高的部分地区，可以采用“三水分离”的建设思路，实施初雨截留系统，同时相关的配套工程应同步规划实施，以保障河道水质，提升社会效益。

3) 本工程成功采用初雨截留系统来提升河道水质，并运行良好，验证了初雨截留系统对河道水质提升的良好效果，可为河道水环境综合整治项目提供技术性参考。