20180722智慧水务资料包07智慧排水曹秀芹合流制截流井现状及存在问题分析

曹秀芹北京建筑大学2017.12.1420171213-14CONTENTS01背景综述02总结和展望03发生溢流时截流井实际截流量问题04目录针对截留量和溢流量控制的新措施05模拟技术在截流井方面的应用06影响截留量和溢流量的因素20171213-1420171213-14Ø国务院颁布的《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17号）指出，到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。城市黑臭水体整治已经成为地方各级人民政府改善城市人居环境工作的重要内容。Ø“十三五”规划中提到要加强水环境治理，在建设和谐宜居城市中要建设海绵城市。建设海绵城市，提高城市蓄水能力的同时，会影响进入合流管网的水量。Ø《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》（住房和城乡建设部建城[2017]116号）中再次强调“全面整治城市黑臭水体，加快推进海绵城市建设”。背景综述20171213-1420171213-14研究切入海绵城市的规划Ø通过海绵城市建设，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求（《关于推进海绵城市建设的指导意见》）。2015年第一批海绵城市建设试点城市为16个，2016年又新增14个试点城市。Ø为保障城市安全，在低影响开发设施的建设区域，城市雨水管渠和泵站的设计重现期、径流系数等设计参数仍然应当按照《室外排水设计规范》GB50014-2006（2016年版）中的相关标准执行（《海绵城市建设技术指南−低影响开发雨水系统构建》（试行），2014）。由于海绵城市建设使用的材料或设施具有一定的使用周期，所以新建管网规模不应该减小，即不考虑海绵城市建设的影响。2.1海绵城市建设对截流量和溢流量的影响20171213-14进入管网的雨水量减少，在污水量不变的情况下，合流水量减少。溢流水量减少，排污量减少，对防治黑臭水体具有积极作用。合流量溢流量截流量《城市黑臭水体整治——排水口、管道及检查井治理技术指南（试行》（2016年）指出，排水管道敷设在地下水水位以下的地区城市污水处理厂旱天进水化学需氧量（CODCr）浓度不低于260mg/L；排水管道敷设在地下水水位以上的地区，污水处理厂年均进水CODCr不应低于350mg/L。为了达到污染物浓度的进水要求，必须对管道混接问题和管网渗漏问题予以足够的关注。20171213-14《室外排水设计规范》GB50014-2006(2016年版)《室外排水设计规范》GB50014-2006(2006年版)Ø雨水管渠设计重现期提高20171213-14地区混接问题天津津南（2015）咸水沽镇现状为不完全雨污分流制区域，除了红旗路、体育场北路和新兴南路部分区段分别设置雨水管、污水管外，其他路段皆为雨污混合管，因此排水系统存在一定程度的雨污混接现象。福建宁德（2014）居住小区雨污合流制居多、混接情况普遍。闽东大广场、名仕苑、金甸名苑等小区虽然在小区内实现了雨污分流，但在接入市政排水管时雨污混接情况普遍。山东淄博（2014）老城区混接现状严重，其中有相邻两个不同排水体制系统的混接、分流制市政管网的混接等诸多情况重庆（2016）重庆老城区内排水管网混乱，从住宅立管排入检查井、雨水口连接管接入检查井以及底层服务网点排水管接检查井或雨水口没有统一的路径，采用就近接入。深圳（2007）深圳等城市的住房阳台改成厨房或装上洗衣机的情况,生活污水会直接进入雨水管道系统,导致投资浪费和水体污染加剧。上海存在住宅、小区排水体制混乱，复旦分流制排水系统与五角场合流制排水系统的混接。一些地区的管道混接现状如下：2.2管道混接对截流量和溢流量的影响20171213-14Ø分流制区域雨水或污水管线错接入合流制管道的现象普遍存在于各大城市中。如雨水管接入合流管，混合污水被进一步稀释，浓度降低，以至达不到规范中的污水厂进水浓度要求，并且导致溢流的污染物量增加，造成水体污染，影响环境；若污水管接入合流管，同样导致进入河道的污染物增大。20171213-14Ø陈玮等(2016)认为当地下水位低于城市管网埋深时，管网工况以污水外渗为主；因此，这些地区在进行合流制管网改造时，提高截流倍数，控制管网漏损较为重要。Ø对于地下水位高于城市管网埋深时，管网工况以地下水内渗、稀释污水为主，降雨时溢流污染会加剧。管网改造的首要任务是补漏，尽可能降低旱季管网运行水位，避免多水合一，只要污水处理厂浓度提上去，进入环境的污水量自然就降下来了。Ø但是，地下水入渗与渗出问题还与管材质量、管道维护等有关。2.3地下水水位对截流量和溢流量的影响20171213-1420171213-14通过某一工程实例，计算得到雨天溢流时截流井实际工况下相关参数：Ø在雨天溢流管发生溢流时，槽堰式和堰式截流井由于堰高的影响而使上游合流管道出现壅水现象，槽式截流井因为截流管管径远小于槽深使得截流管内水流由重力流变为压力流，导致实际截流量大于设计截流量。这样不仅对截污干输送能力提出了挑战，而且增大了污水处理厂的负荷，影响了污水处理厂的正常安全运行。20171213-14溢流时截流管的实际截流量计算雨天时截流管内的水流为满流压力流工况，可根据伯努力方程按短管自由出流计算截流管的实际截流量：20171213-1420171213-14传统截流井4.1传统截流井目前我国使用的绝大多数截流井还是《合流制系统污水截流井设计规程》(CECS91:97)中提到的三种传统类型截流井：槽式截流井、堰式截流井、槽堰结合式截流井。堰式截流井槽堰结合式截流井槽式截流井20171213-14新型截流井截流井类型原理优点缺点目前使用情况旋流阀截流井依靠旋流阀进、出水口的压差推动水流精确度高设备成本较高，不易普及国外双层截流井水力自动截流适用于对老城区排水管网改造计算设计复杂，井室建设要求高国外可调堰式截流井改变堰的高度来调节流量堰高可调需要人工操作、活动部件容易腐烛生锈、易挂垃圾国外可调折板堰截流井水力自动控制流量可以灵活控制，造价低在堰板控制方面还有待优化德国用得比较普遍闸板式截流井利用一道或两道闸门的开启来调节溢流量和截留量能起到防止河水倒灌的作用设置闸门对井室尺寸要求较大、对场地要求较高用于井室尺寸满足的场地4.2新型截流井介绍及其适用性分析20171213-14l旋流限流阀可以根据每座截流井的截流量及井内水位变化等数值确定每个旋流限流阀的最大通过流量。进入截流管的水量达到最大截流量后，就不再受雨水量和截流井水位升高的影响，可以实现准确控制截留量。l为了便于维护，一般需要单独设置流量控制井。l设备成本较高，不易普及。旋流阀截流井20171213-14l双层管道和双层检查井上层用于输送和收集雨水，下层输送和收集污水，截流的初期雨水通过双层截流井中设置的截流措施截流至下层污水管，然后输送至污水厂进行处理。l优点：可以截流初期雨水，达到保护水质的目的。同时适用于老城区合流制改建成分流制的情况。l但计算设计复杂，井室建设要求高。l目前仅应用于国外，国内双层截流井几乎没有，应用极少。研究切入双层截流井形式水力自动截流20171213-14l在固定堰中间设置一槽，上部可调堰部分用金属、玻璃钢或高强度塑料制成，可调堰部分可以在槽内升降，这样就可根据截留量或溢流量的要求来调节堰的高度。l需要人工调节堰高、活动部位容易生锈、间隙容易漏水、管理不便等问题。l目前国内应用较少，主要为国外各大城市应用。可调堰式截流井20171213-14研究切入分离式截流方式l在水量控制方面，此种截流方式可在截流井内设置调节阀门，通过闸门的启闭程度来调节污水截留量的大小。l在水质控制方面，每座截流井可以根据各自的合流干管的水质情况，选择合适的截流倍数，把污染严重的水尽可能多的截入截污干管，使排入水体的污染尽可能少，达到保护水体的目的。l目前此种截流方式在北京、哈尔滨等地已有使用。4.3分离式截流方式分离式截流方式20171213-1420171213-14模拟技术在截流井方面的应用截流量和溢流量控制在实际工程中有重要意义，若是用模型进行模拟，就可以较为精准的获得管道流量等信息，以期为合理调控截流量、溢流量提供依据，符合现代精细化管理的要求。常用的模拟软件有SWMM、Infowroks、FLUENT等。SWMM典型应用：水文模型、水力模型、水质模型张晨等人在2017年以广东省普宁市排水管网系统为研究对象，基于SWMM模型软件，建立普宁市污水管网系统模型验证其模拟城市管网的可行性。何毅等人在2016年以大理“海东新区”中心片区构建SWMM城市排水管网模型，模拟研究排水管网中的水量，并以此来反映管网的排水能力。张倩等人在2012年利用SWMM模型模拟和研究截流式合流制城市（营口市）降雨径流时溢流口的水量和污染负荷。InfowrokCS典型应用：水质模拟、简单管道演算、全动态管道演算、降雨径流模型聂海泊等人采用InfowrokCS对研究区域老城区排水系统进行建模，分析管道内流量变化。余小玉等人应用infoworksCS对某市排水管网进行模拟分析管道内水流状态、水量变化与排水能力下降等问题。20171213-14模拟技术在截流井方面的作用通过FLUENT对截流井内水流状态进行模拟，得到井内的流场、流线、压力等信息，根据模拟的结果的反馈根据需要调节堰高，以实现对截流量和溢流量的精细化控制。截流井模型流场速度云图宏观流线图边界条件设置构建模型，网格划分输入合流管流量Q、堰高h、截流管管径d等参数根据需要调节堰高迭代计算，模拟结果反馈20171213-1420171213-14总结与展望Ø海绵城市的建设和黑臭水体的治理要求，原有的《合流制系统污水截流井设计规程》(CECS91:97)已经不适用于现状,必须予以补充和发展；Ø在现有合流管网的改造要考虑地下水水位的影响，做到因地制宜；Ø新型的截流井应该被使用，以满足合流管网改造和新建的需求；Ø使用模拟技术来实现截流、溢流的水质水量控制，符合现代精细化管理的要求；20171213-14谢谢！20171213-14