鹤壁实例：基于海绵城市建设的雨污分流改造模式研究

雨污分流改造是目前城市建设的全国性难题，不少城市在改造过程中遇到新建管线管位难以落实、分流过程中产生新的混错接、底商“泔水乱倒”导致雨水管晴天排污等问题，导致改造效果不佳，因此是否进行雨污分流改造在业内存在一定的争议。海绵城市概念提出后，雨污分流改造时还需要与雨水的源头减排和控制相结合，又带来了新的挑战。以国家第一批海绵城市试点城市鹤壁为例，结合其试点区雨污分流改造过程中的探索和实践，研究如何基于海绵城市建设进行雨污分流改造、如何规避和解决上述问题，以期为其他同类城市提供借鉴和参考。

      前言

     雨污分流改造是目前城市建设的全国性难题，不少城市在改造过程中遇到了较多的问题，其中以新建管线管位难以落实、分流过程中产生新的混错接、阳台洗衣废水排入雨落管、底商“泔水乱倒”导致雨水管晴天排污等问题为主，导致改造效果不佳，甚至出现改造后通过分流制排水系统进入城市水体的污染量比合流制溢流污染还要严重的现象。因此，是否进行雨污分流改造在业内存在一定的争议。

      海绵城市的概念和建设要求提出后，合流制区域在进行雨污分流改造还需要考虑雨水的源头减排和径流污染的控制，因此传统的雨污分流改造方式又面临着新的挑战。

      客观来讲，雨污水如何能够彻底实现分流，可以有效控制排入城市水系的污染，对于提升和改善城市水环境具有重要的作用。因此，在当前国家推进海绵城市建设和黑臭水体治理的大背景下，如何进行雨污分流改造、如何规避和解决在改造过程遇到的上述问题，是当前业内的难点和重点。

      1、现状概况及存在问题

      鹤壁市位于河南省北部，太行山东麓向华北平原过渡地带，总面积为2 182 km²，总人口164万。鹤壁市海绵城市建设试点区位于鹤壁的主城区——淇滨区，淇滨区成立于1992年，1999年5月鹤壁市政府由老城区迁至淇滨区，因此整体上淇滨区是一个建设年代不足30年的较新的城区。试点区的具体范围为：西起107国道，北到黎阳路，东至护城河，南临淇河，总面积约29.8 km²，其中规划建设用地面积27.24 km²，水域及生态绿地2.56 km²。

      试点区范围内二支渠以北、107国道以东、护城河以西、黎阳路以南为雨污合流制，面积约为7.3 km²，占试点区的面积的24.5%，现状共有9个合流制溢流口(见图1)。合流制排水区的受纳水体为护城河，是鹤壁市向国家上报的黑臭水体，现状水质极差、黑臭现象严重，根据相关监测数据护城河的水质为劣Ⅴ类。

合流制截污干管沿区内棉丰渠自西向东敷设，管径为D600～1 000，到护城河以后由北向南截流，管径为D1 200。由于截流干管的规格较小、截流倍数低（估算约为0.5），造成每年的溢流次数较高。采用Infoworks ICM模拟的结果显示，试点区内合流制溢流口在典型年降雨条件下的溢流污染非常严重，个别排口年溢流频次甚至达到了50次/年以上(见表1)。

试点区内的污水最终被收集至淇滨污水处理厂，合流制问题从污水处理厂进水水质的变化也得到了反映。海绵城市试点建设前，淇滨污水处理厂逐月进出水COD、氨氮浓度变化如图2所示，雨季（5~9月）污水处理厂进水COD平均浓度为210 mg/L，氨氮平均浓度为60 mg/L；旱季（10月~次年4月）污水处理厂进水COD平均浓度为300 mg/L，氨氮平均浓度为30 mg/L。可以看出，由于试点区内的雨污合流问题，雨季大量雨水被截流至污水处理厂，导致雨季时污水处理厂进水中COD浓度比旱季低约80～90 mg/L，雨季进水中氨氮浓度则明显高于旱季。

根据污染源分析与计算结果，护城河汇水分区以合流制溢流污染为主，占73.70%，面源污染和内源污染也占据一定的比重，分别为18.79%和7.51%。可以看出，合流制溢流污染问题是护城河黑臭水体的主因，因此合流制溢流污染的控制效果直接决定了黑臭水体治理的成败。

      2、雨污分流改造模式

      针对试点区内的现状问题，鹤壁市结合海绵城市试点建设，分别从源头（建筑小区）、过程（市政道路）、末端（雨水管道入河口）和城市管理方面摸索出了一套符合实际、成效较好的雨污分流改造模式，主要概括为五个“应”：源头应优先利用雨水走地表、污水走地下的方式，小区应将合流管作为污水管、新建雨水收集系统，道路应将合流管作为雨水管、新建污水收集系统，末端应通过截污纳管控泔水、并设置防倒流措施，接口应由主管部门审批位置、防止产生新的混接。

      2.1 源头应优先利用雨水走地表、污水走地下的方式

      对于占地面积较小的建筑小区，尤其是老旧小区，结合海绵城市改造，建议采用“雨水地表、污水地下”的雨水分流改造方式，用地表线型排水沟代替传统雨水管线，详见图3、图4。这种改造方式的优点是可以有效解决老旧小区内雨污分流时管位难以落实的问题，同时大幅降低了路面开挖与恢复的工程量。

但是由于线型排水沟的排水能力有限，这种改造方式对于占地面积较大的小区是不适用的。利用PCSWMM软件，结合水力计算，模拟在2年一遇设计重现期下，地块长宽比在1∶1、1.5∶1、2∶1时降雨产流峰值流量与线型排水沟的排水能力。模拟结果显示，当小区有4个排口时，用线型排水沟替代雨水管的雨污分流改造方式最大的适用面积是1～1.1 hm²；当小区有2个排口时，用线型排水沟替代雨水管的雨污分流改造方式最大的适用面积是0.5～0.7 hm²；当建筑小区有1个排口时，用线型排水沟替代雨水管的雨污分流改造方式最大的适用面积是0.2～0.3 hm²。因此，“雨水地表、污水地下”的雨污分流改造方式在华北地区降雨特征下，一般适用于面积不超过1 hm²的小区。对于一些面积超过此范围的建筑小区，若采用“雨水地表、污水地下”的改造方式，在末端可考虑采用地表明沟（加盖板）代替线型排水沟，提高其转输能力。建筑小区排口流量与线型排水沟能力对比见图5。

      目前这种方式在鹤壁市规划局大院、建行家属院北区、民政局大院等10余个项目都实现了应用。其中，鹤壁市规划局大院的占地面积为0.26 hm²，现状为雨污合流制。在海绵城市改造过程中，结合上述理论研究结果，将现状合流制管线保留为污水管，结合雨水源头控制新建线型排水沟作为地表雨水转输和排放管线，取得了较好的效果，有效地降低了雨污分流改造的成本(图6)。