不同形式穿井管对涌边截污管运行的影响研究

刘雨果

（中恩工程技术有限公司，广东广州 510000）

0 引言

排水管网是城市防洪排涝、城市水污染防御治理过程中至关重要的市政公共基础设施之一[1]，其运行质量和效率对于城市运转和人们日常生活有着最直接的影响，是城市发展和人民安居的基础保障。

1 研究背景

随着经济的快速发展和城市建设速度的加快，污废水产生量与日俱增，原有的市政管网与城市的发展不相匹配[2]，同时市政基础设施改造具有时滞性，部分现有排水系统无法应对急剧上升的污废水量，部分地区雨污分流不彻底，以及雨水溢流污染严重，导致大量污染物排人河道，为黑臭水体的形成提供了契机[3]。黑臭水体作为一种工业化、城市化进程的环境产物，其存在影响着城市景观及居民的身心健康，整治的核心在于控源截污[4]。

文本所分析样本位于广州市。在广州地区，新发展区排水体制规划为分流制，但老城区多为合流制排水系统，早年很多合流管排放口直排河涌，造成河涌水体污染加剧，水体发黑发臭，严重影响周边居民的生活环境，为了有效收集排入河涌的合流管污水，当地采用末端截流的方式，在入河排污口末端设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，或采取在涌边敷设一根截污主管将排入河涌的雨污水全部送入泵站，截污彻底但敷设管道管径较大[5]。在目前实施的雨污分流改造工程中，需要完善区域内雨水、污水两套管网，遵循充分利用现状合流管的原则，改造思路有以下两种方案：①现状合流管改造为雨水管，新建污水管。②现状合流管改造为污水管，新建雨水管。两种改造思路都存在雨水管需要穿越截污管出涌的问题，而截污管由于管径较大，埋深较浅，造成雨水出涌管往往需要穿井入涌，形成穿井管，此时会对截污管管网的系统运行造成一定影响。为贯彻落实习近平生态文明思想，打赢水污染防治攻坚战，保证管网系统的正常运行，本文以实际设计中遇到的案例为分析样本，通过分析穿井管的不同形式对涌边截污管运行的影响，以寻求最佳的穿井管改造方案。

2 不同形式穿井管对涌边截污管运行的影响

2.1 涌边截污管基本情况

驷马涌位于广东省广州市，呈东北转西南走向，全长约7.7km，驷马涌流域横跨白云区、越秀区、荔湾区，流域面积约为10.1km2。项目研究驷马涌段位于广州市荔湾区，自周门北路至南岸路，整体为明涌，澳口泵站和西关幼儿园处局部覆盖，明涌段尺寸为9~16m。

驷马涌已实施了截污工程，河涌截污管沿驷马涌两岸敷设，其中驷马涌南岸为截污主管，设计管径为DN2200~DN2400；驷马涌北岸为截污支管，分两段实施，由东至西分别为铁路桥以东的DN1400 和铁路桥以西的DN800 管，两段污水管最后皆接至南岸的DN2200~DN2400 截污管，最终接至澳口泵站，区域污水最终经澳口泵站转输至大坦沙污水处理厂。

2.2 穿井管基本情况

工程区域内现状排水整体由南往北，主要排入驷马涌南岸DN2400 截污管，由截污管转输至南岸路西侧澳口泵站，再由澳口泵站提升转输至大坦沙污水处理厂处理。经摸查知，现状工程范围内有10 个雨水排口与现状截污管存在不同程度的交叉重叠，形成穿井管，穿井管情况统计如表1 所示，穿井管作用下过流能力统计如表2 所示。

表1 穿井管情况统计

表2 穿井管作用下过流能力统计

穿井管的基本情况可分为以下4 类。

（1）穿井管与截污管断面无重叠。例如，⑤、⑥号穿井管位于环翠园五金批发市场附近，现状为DN600 管，总体埋深约2.5m，管内底标高均高于截污管管顶标高，与截污管断面无重叠，该类穿井管形式不会对截污管运行造成影响。

（2）穿井管与截污管断面有重叠，且穿井管管内底标高位于洪水位以上。例如，④、⑦号穿井管分别位于环翠园北侧路和百海置业有限公司附近，现状均为DN600 管，总体埋深约2.0～2.3m，管内底标高均位于洪水位线以上，但穿井管断面与截污管断面仍有0.4～0.6m 的重叠，受穿井管的影响，满流条件下，不考虑局部阻力损失，穿井管作用下满流的过流能力分别为4.25m3/s 和4.46m3/s，损失约8.2%和3.7%。正常运行时，该类穿井管从截污管运行水面以上穿出，不对其正常过流断面造成影响，同时不受洪水位影响。

（3）穿井管与截污管断面有重叠，且穿井管管内底标高位于洪水位以下，截污管旱季运行水位线以上。例如，⑧号穿井管位于南岸大街路口附近，现状为DN800管，总体埋深约2.6m，管内底标高为5.35m，位于洪水位以下，截污管旱季运行水位线以上，截污管管内底标高为3.83m，断面重叠高度为0.8m。截污管满流时的过流能力为4.63m3/s，受穿井管的影响，满流条件下，不考虑局部阻力损失，过流能力约为3.96m3/s，过流能力减少约14.5%，经计算截污管旱季过流能力为2.64m3/s，仍富余1.32m3/s 的截流能力。该类穿井管形式与截污管断面有重叠，但管内底位于旱季运行水位线以上，旱季正常运行时不影响截污管的过流断面，雨季过流断面将受影响，过流能力减少，同时存在暴雨时雨水倒灌的风险。

（4）穿井管与截污管断面有重叠，且穿井管管内底标高位于截污管旱季运行水位线以下。例如，①～③号穿井管位于周门北路～周门西街附近，现状管渠为DN800（1.2m×1.2m），总体埋深2.0～2.5m，穿井管断面完全位于截污管断面区域，管内底标高均位于截污管旱季运行水位线以下。受穿井管的影响，满流条件下，不考虑局部阻力损失，过流能力减少约17.2%～37.6%，影响较大，②号穿井管作用下的截污管满流过流能力甚至小于截污管旱季过流能力，对截污管的运行造成很大的影响。例如，⑨～⑩号穿井管位于南岸路华南文体市场附近，现状为DN600 管，总体埋深2.8～3.2m，受穿井管的影响，满流条件下，不考虑局部阻力损失，过流能力减少约8.2%，现状仍分别富余1.78m3/s 和2.15m3/s的过流能力。因⑨～⑩号穿井管管径较①～③号穿井管管径小，且穿井管位于运行水面下的部分较少，故对截污管过流断面的影响较小一些。该类形式穿井管管内底标高低于截污管旱季运行水位线，直接影响截污管过流断面，旱季会出现穿井管挡水壅水进而影响上游管道运行水位的风险，雨季溢流风险增加，可能增加内涝风险。该类形式穿井管如图1 所示。上游、后下游对各个入水口进行封堵，封堵距离根据实际情况，其次根据现场实际最大排水量确定导流管管径，导流管强度与规格应满足工程导流需要，导流管封堵前一个和后一个检查井之间连接，上游段宜设泵排水，保证通水流畅。

图1 穿井管形式

3 不同形式穿井管作用下的改造思路

（1）穿井管与截污管断面无重叠。该类形式穿井管埋深较浅且不与截污管断面重叠，不对截污管运行造成影响，可直接穿井而出。

（2）穿井管与截污管断面有重叠，且穿井管管内底标高位于洪水位以上。该类形式穿井管可从截污管运行水面以上穿出，不对其正常过流断面造成影响，可直接穿井而出。

（3）穿井管与截污管断面有重叠，且穿井管管内底标高位于洪水位以下，截污管旱季运行水位线以上。该类形式穿井管旱季正常运行时不影响截污管的过流断面，雨季过流断面将受影响，过流能力减少，同时存在暴雨时雨水倒灌的风险。若远期实现区域内完全雨污分流，截污主管只接纳污水，正常运行则不受穿井管影响，可直接穿井而出。

（4）穿井管与截污管断面有重叠，且穿井管管内底标高位于截污管旱季运行水位线以下。该类形式穿井管直接影响截污管过流断面，由于穿井管挡水雍水进而容易造成上游管道高水位，对于影响过流能力较大的穿井管考虑设泵井强排，将穿井管的标高抬高至不影响管网正常运行的位置穿井入涌，泵井强排如图2所示。若受现场条件限制，不宜建设泵井，只能在影响过流断面的情况下强行穿井时，可将现状井尺寸适当改大，抵消部分该穿井管对管网系统运行的影响。当对穿井管进行改造时，因其与现状截污管存在重叠交叉，破除井壁将对截污管转输污水造成影响，因此需要在施工前采取施工导流措施：首先根据管道实际情况先

图2 泵井强排

4 结语

排水管网系统高效、安全运行是城市可持续发展的重要标志。涌边截污管作为城市排水管网系统的主要通道，其运行状态决定了污水出路的可靠性和稳定性，本文通过研究不同形式穿井管作用下的截污管运行情况，得出当穿井管位于截污管旱季运行水位线及洪水位线以上时，不对其过流断面造成影响，同时不受雨季洪水位倒灌影响，可保证截污管旱季正常运行和雨季雨水排口正常出流，是应优先考虑的穿井管形式。当穿井管位于截污管旱季运行水位线以下时，直接影响截污管的过流断面，是应尽量避免的穿井管形式。随着雨污分流工作的进一步推进，截污管只接纳城市污水，管道负荷减小，此时穿井管对截污管过流断面的影响也会进一步减小，因此应加快推进城市雨污分流工程，保证管网系统的正常运行。