0 引 言
随着城市的迅速发展，城市水系出现不同程度的污染，很多城市的内河水水质越来越差，甚至形成黑臭水体。水环境问题极大地影响了人居环境，也成为当前城市水污染防治工作的薄弱环节和难点。 国务院颁布的《水污染防治行动计划》，即《水十条》，要求2017年底前，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体[1]。如何结合具体环境状况建设，探索一条标本兼治之道是当前黑臭水体治理工作的重点。
南昌市幸福水系处于城乡结合部，正处于逐步开发建设阶段，还有相当一部分区域未实现城市化。建成区按雨污分流建设排水系统，但有雨污混流现象；农村区域市政设施相对落后，生活污水和村办企业生产废水随意排放，通过各种水沟排入幸福水系。上述情况迭加，造成幸福水系污染严重、水渠淤积、气味恶臭，是典型的城市黑臭水体。为了解决幸福水系污染问题，南昌市启动了幸福水系综合整治工程。
幸福水系区域规划排水体制为雨污分流制。现状除建成区域实施了雨污分流，其余均未形成完善的市政排水系统。对于规划为雨污分流制而实际未能达到分流的区域，继续采用传统的雨污分流制，短时较难实现水系水环境综合治理目标。故应根据水系具体情况采用截流式分流制的污染控制技术，实现对点源、面源污染协调控制，分阶段、分步骤，近远期相结合进行水系综合污染治理。
1 工程概况
南昌市属丰水型城市，水系发达，湖泊众多，幸福水系由南向北接艾溪湖汇入赣江。幸福水系由横纵多条水渠组成，包括幸福中渠、一支渠、二支渠、东渠、五干二支渠等10余条渠道，水系总长约为22.5 km，是周边区域约30 km2范围的排涝通道。目前水系部分河段已显现出黑臭情况。
幸福水系治理设计目标：采用截流式分流制的污染控制技术进行综合治理，使其在满足水系调蓄、泄洪、排水等基本功能的前提下，以水系为纽带贯穿该区域，构建成具有生态属性交融的滨水城区，使整治后的幸福水系成为安全、生态的水系景观带(图1)。水质恢复至GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》 Ⅴ类以上水质。
图1 幸福水系规划总平面
Figure 1 The general plan of Xingfu water system in Nanchang
2 综合整治思路
鉴于幸福水系的现状，短期内市政设施难以完善覆盖，该区域的环境只有随着城市化进程逐步改善。因此，为了尽量减少对水系污染，又要尽量减少工程重复建设，节约投资，该区域水系污染治理应在区域工程规划前提下，分阶段、分步骤地进行综合治理[2]。水系污染综合治理工程系统庞大，一般分为政府管理和工程措施两大体系[3]：
政府对区域内工业废水不能达标排放的小造纸厂、小印染厂等企业要予以取缔或搬迁，督促工业废水达标排放，建成区雨污分流到位。同时，管控好农村生活污水、畜禽养殖废水的收集处理工作，以及所建水污染治理工程措施的维护运行。
实现黑臭水体治理目标，其工程措施设计思路一般为控源截污、内源治理、生态修复、引水活化[4]。本文仅分析工程措施中“截污”这一分项工程。若采用规划雨污分流方案,即雨、污水分别进入雨、污水系统，则只需对排入水系的雨水进行初期雨水截流就可以完成控源截污。但由于该区域现状，难以立刻实现全部雨、污分流，而且晴天时，分流不到位的混合水及未能分流的合流水、农田灌溉水、牲畜粪便等污染水也将流至幸福水系，按规划雨污分流方案实施效果则不理想。因此，采用截流式分流制，即雨、污分流系统+截流系统。
基于此思路，幸福水系综合整治工程采取的措施为：1)沿水系两岸布设截流管，在水系现状排口及规划雨水排口处，设置及预留溢流井控源截污，对雨污分流区域的初期雨水进行截流；未完全达到雨污分流区域的合流水及初期雨水进行截流[5]；2)河道清淤；3)水系、驳岸生态整治；4)引水活化[6]。
3 截流式分流制及其污染控制技术
3.1 截流式分流制的功能
截流式分流制为雨、污分流系统+截流系统，即建设2套排水系统，其具有不同的污染控制功能。雨、污分流系统中：雨水排入水系，污水排入污水主管进污水处理厂。截流系统中：截流污水排入污水主管进污水处理厂；初雨经调蓄池暂存，晴天排入污水厂或下游初雨处理站处理后外排。
单纯的雨、污分流系统，不加截流系统，则未分流的雨污水进入水体，水质将恶化。污水管网接入截流系统，则远期分流到位会造成截流系统浪费且初雨未能截留。截流式分流制既有截污又有截初雨功能。结合雨污分流不到位的实际情况可实现较好污染控制。该污染控制方案在近、远期发挥着不同的污染控制功能。 近期，由于雨、污分流管网系统的完善程度较低， 截流式分流制主要通过截流合流水及初期雨水的方式控制水污染。 远期，待服务区域的雨污分流系统建设完善后,截流式分流制则主要发挥截留初期雨水面源污染的作用。近期的截流与和远期的截留也有所不同，近期直接将污水“截流”至污水处理厂进行处理达标后排放，而远期则将初期雨水暂时“截留”于初期雨水调蓄池, 晴天时再陆续排入终端的初雨处理站处理达标后排放。
污染控制设计关键点为截流倍数的选定、初雨截留调蓄池、截流管管径分析。
3.2 截流倍数的选定
截流式合流制有截污倍数的概念，本项目虽不是合流制，但考虑雨污混流，所以也把截流倍数作为设计关键点。截流倍数的选定复杂且关键，其确定一般将目标设定在收纳水体环境容量许可的前提下，尽量使用较小的截流倍数。如果截流倍数取值小，则水环境治理效果较差，但工程造价小；反之截流倍数取值大，则水环境治理效果好，但工程造价增加[7]。所以应根据收纳水体的环境容量及径流雨水量、初期雨水污染物浓度、混合污水污染物浓度等模拟计算确定。截流倍数分析计算流程如图2所示。
图2 截流倍数分析计算流程
Figure 2 Calculation process of the interception ratio
因南昌市地势平坦，排水主干管过水断面按合流水量设计，其水流断面大，水力坡度小，旱流污水流速小，管底淤积严重。当降雨时，雨水将沉积的底泥冲起，使雨水水质比单纯受地面污染的雨水水质更差。经过实测水质等数据的模拟计算，并综合考虑环境需求、经济性等因素，幸福水系截流工程的截流倍数取5。
3.3 初雨截留调蓄池
考虑初期雨水污染是城市水系面源的主要组成部分，特别是近期雨水管道沉积污染物较多，为此本工程考虑在截流管溢流井前建造初期雨水调蓄池，以削减初期雨水对水系的污染[8]。待晴天时，雨水调蓄池的水陆续流入截流管，再去往截流管终端的初雨处理站及人工湿地处理后，排入受纳水体赣江。
截流式分流制既有截污又有截初雨的复合型功能，实际上是雨水调蓄池设施的建设提高了截污系统的截污倍数[9]。
3.3.1 调蓄池的分布
初雨调蓄池的布设根据初雨的特性是越分散越好，但由于水系治理工程范围局限于河道两侧绿化带边界内，本工程只能根据现状及规划路网、规划排水管网等情况确定截污管溢流口位置及其服务范围，从而确定调蓄池位置及其服务面积。上游雨水管道的初雨截留问题由后期海绵城市建设时考虑[10]。
3.3.2 调蓄池的方式
考虑本工程的实际特点，本工程的溢流井与调蓄池需达到以下功能。晴天时，污水不经过调蓄池直接经溢流井排至截流管；降雨时,雨水管或合流管内的进水量增加,管内水首先经溢流堰拦截至截流管,当合流水的流量超过2倍旱季污水设计量时，合流水开始进入调蓄池,当调蓄池内水位达到设计水位时不再进水,之后合流水水量若继续增大，则经溢流井进入截流管排入下游电排站前池;当截流管满流时,多余的合流水(大于6倍的旱季污水设计流量)经溢流井溢流至幸福水系。在溢流井及调蓄池的各管道上装有闸门控制流向及水量。截流井与调蓄池的运行模式如图3所示。
图3 截流水在构筑物间的流程
Figure 3 The flow pattern of intercepting in structures
3.3.3 初期雨水截留规模
对初雨截留系统规模的计算是一个系统工程，需在工程规模和环境效果之间寻找平衡点。目前大多计算方法只适合于集雨面积较小的工程设计(如建筑小区),而对于集雨面积较大的水系排水口截留初雨的规模计算尚无统一的标准计算方法可以参考。
GB 50014—2006《室外排水设计规范》[11]中关于初雨截留规模为4～8 mm,考虑到南昌市的地理位置及本工程初期雨水调蓄池较为分散，汇水面积不大，初期雨水收集较佳，本设计拟定初雨收集规模采用地面径流截留厚度5 mm 进行计算。
3.3.4 调蓄池容积
有效调蓄容积：对于调蓄池的容积，GB 50014—2006中分为合流制、分流制2种计算公式，由于本工程远期采用分流制截初雨，则分流制径流污染控制调蓄池容积计算如式(1)所示：
V=10DFΨβ
(1)
式中：V为调蓄池容积,m；D为需调蓄雨水量,mm，取5 mm；F为汇水面积,hm2，汇水面积以上游总管长不超过500 m的雨水管对应的汇水面积为宜[12]，取2000 hm2；Ψ为径流系数，取0.55；β为安全系数，取1.3。
经计算，水系沿岸调蓄池的总有效调蓄容积为71500 m3。水系沿线排水出口处设置了大小不等约80座调蓄池。
3.4 截流管管径
设计本工程截流管的排水能力，在暴雨时需满足截流倍数n0=5的截流水量的输水要求,在晴天时则需满足调蓄池初期雨水一日排空的排水要求,应取两者之大值，经计算前者较大。 本工程截流管布设在河道两岸,在各雨水排放口前的雨水管处分别布设溢流井，所以按雨水管汇水范围计算截流相当于该区域6倍污水量的合流水量作为本工程截流管的设计流量，本工程截流管径为DN(500～2500)mm。
4 工程实施效果
黑臭水体需要采用集成技术进行综合治理。幸福水系其中的幸福二支渠已被纳入黑臭水体整治名单。对该段渠道按上述理念实施了截污、清淤、生态边坡、引水等工程，治理效果显著(图4)。南昌市幸福水系的黑臭水体治理中，针对污水和初期雨水这两大污染源，采用截流式分流制的水污染控制方案，通过溢流井、初期雨水调蓄池和截流管等设施的有机组合，既有效解决了污水经由雨水管混排入受纳水体的问题，又较好解决了初期雨水对受纳水体的污染问题，后续整个水系的治理，以及情况类似的其他水体，可延用上述技术方案。
图4 治理后实景
Figure 4 Images of the water bodies after treatment
5 结 论
1)黑臭水体综合治理应根据具体环境制定相应的治理方案，注意近远期相结合、因地制宜。
2)建设规划为雨污分流制而实际未能达到分流的区域，建议采用截流式分流制对点源、面源污染协调控制，分阶段、分步骤地进行综合污染治理，以此达到较好的水系治理效果。
3)黑臭水体治理后，应加强后期运行维护及管理，建立长效管理机制，以保持水体长治久清。
4)建议水系治理宜着眼防患于未然,市政规划建设时,应考虑采用科学合理的水系治理和保护方案。
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