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^[1]、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^[2]。

　　 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。

　　 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。

　　 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) 。

　　 经估算, 在鹤壁市规划局大院改造项目中, 采用“海绵城市改造+传统雨污分流”的总投资为94.81万元 (见表2) , 而采用“海绵城市改造+雨污分流新模式”的总投资为78.26万元 (见表3) , 相较于“海绵改造+传统雨污分流”模式节约18%的工程投资。

　　 为进一步推广这种模式, 2018年3月, 鹤壁市将“用地规模低于1 hm²的建筑小区应采用“雨水地表、污水地下“的雨污分流建设方式”作为强制性条款纳入到《鹤壁市海绵城市建设设计手册 (试行) 》4.2.1中。

　　 占地面积较大的建筑小区在进行雨污分流改造时, 线型排水沟的排水能力不能满足小区2年一遇标准下的排水需求, 需考虑新建1套地下管线。

　　 小区内雨水收集系统中雨水口除沿路缘石布设外, 道路中间或小区广场内也会有一定数量的雨水口, 因此在进行源头雨水减排和控制时, 部分雨水支管肯定需要重新敷设;小区内污水收集系统中污水管与化粪池、建筑污水出户管的连接也相对较为复杂, 因此小区内雨污分流改造若是将原有合流管线保留为雨水管, 则污水和雨水两套收集系统均会产生工程量, 开挖范围较大。

　　 考虑到以上问题, 对于规模较大的小区, 雨污分流建议采用“将合流管保留为污水管、新建雨水收集系统”的改造方式, 以降低工程量、提高可实施性 (图7) 。

　　 市政道路在雨污分流改造时, 考虑到雨水管的规格一般比污水管大, 采用的是“将合流管保留为雨水管、新建污水收集系统”的改造方式 (见图8) , 可以有效地降低市政道路雨污分流改造的工程量。在进行道路雨水减排和径流污染控制时, 可将绿化分隔带改造为生物滞留带, 并充分利用现有雨水支管作为生物滞留带的溢流排放管, 仅需将现状雨水口平移至绿化带内即可, 对于原有雨水收集系统的改动较小。

　　 市政道路采用该种模式进行雨污分流改造时, 需将新建的污水收集系统与周边小区的污水系统予以衔接, 避免出现小区与市政之间的混错接现象。

　　 底商的“泔水乱倒”现象以及阳台洗衣排水进入市政雨水管的问题, 会导致雨水管晴天直接排放污水, 是分流制排水系统主要的弊端, 也是城市管理面临的难题。针对这种问题, 鹤壁采用的策略是在雨水管入河之前的检查井, 设置截污管将晴天污水截流至就近的污水检查井, 同时在污水检查井截污管入口处设置防导流措施, 以防止污水倒流至雨水管, 见图9。

　　 末端截污纳管的改造方式应确保截污管顺坡, 截污管的管径满足截流雨水管晴天污水即可, 不宜过大, 否则雨天时通过截污管进入污水收集系统的雨水过多, 宜提高污水处理厂的冲击负荷。根据鹤壁实践经验, 截污管的规格不宜超过D300。

　　 针对建筑小区雨污分流改造时, 新建雨水管线在与市政排水系统衔接时容易出现的错接问题, 鹤壁在推进雨污分流改造时, 采取接口位置由主管部门审批、并由市政处管理人员会同施工单位现场确定的方式, 有效地杜绝了雨污分流改造时排口错接、混接的问题。

　　 此外, 在推进雨污分流改造工作时, 对于一些改造后的仍出现晴天持续排污的雨水管排放口, 一般是由于其汇水范围内的管网仍存在混错接。对于此类排口, 市政处管理人员借助海绵城市监管平台开发的手机APP, 从末端沿逐个监测点上溯, 通过流量变化分析来缩小和锁定出现混错接点位的范围, 提高工作效率和针对性, 有利地推进了雨污分流改造工作的进程。

　　 在上述雨污分流改造模式的指导下, 试点区内的雨污分流改造工作推进较为顺利, 截至目前已基本完成。根据鹤壁市海绵城市监测平台对于雨水管 (道路原合流管, 保留为雨水管) 排口的监测数据显示, 改造完成前存在晴天持续排污现象, 改造彻底完成后排口的晴天排污现象消除。图10为D-26、D-27排口改造前后的监测数据分析。

　　 根据淇滨污水处理厂2015年1月1日～2018年6月30日进厂水质监测数据, 得益于雨污分流改造, 雨季 (5～6月) 时进水COD平均浓度由2015年的190 mg/L提高到2018年的300 mg/L, 提高近60%;进水氨氮平均浓度由2015年的60 mg/L下降到2018年的35 mg/L, 下降40%左右, 见图11。

　　 得益于雨污分流改造的良好效果, 试点区内的黑臭水体护城河的水质得到了明显的改善和提升。根据鹤壁市城市内河自2015年以来的水质监测报告, 目前护城河黑臭水体已经消除、基本实现了IV类及以上的水质标准, 见图12。

　　 (1) 雨污分流改造难度较大, 但不应对雨污分流改造过于悲观或“一棒子打死”^[3]。对于一些建设年代较新的合流制城区, 结合海绵城市建设, 通过科学的雨污分流方式, 加以合理的管控措施, 可以实现有效的雨污分流。

　　 (2) 雨污分流改造中会出现各类问题, 是否进行雨污分流, 应结合城市现状问题和特点, 通过研究和论证来确定, 应避免直接照搬文中模式或在没有深入研究的情况下盲目进行雨污分流。

　　 (3) 本文中介绍的“源头应优先利用雨水走地表、污水走地下的方式”在鹤壁市的适用范围为1 hm²左右的小区, 在其他城市或地区应用时, 应在结合城市降雨特征、竖向条件等基础上进行量化计算和评估, 不宜直接照搬。

　　 (4) 本文中介绍的“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”具有一定的可推广性, 其他城市或地区可进行借鉴和参考。