海绵城市背景下合流制改造及溢流污染控制路径研究

在我国各城市推进和实施海绵城市建设、黑臭水体治理、内涝综合整治及污水提质增效的过程中，合流制排水系统已成为各城市改善和优化排水系统、提升水环境质量和排水防涝能力的难点、痛点，在部分城市甚至成为影响海绵城市建设及黑臭水体治理效果的关键。由于合流制系统多位于老城区，很多城市在实施合流制改造及溢流污染控制时面临地下空间不足、施工难度大、投资高、协调困难等一系列问题制约；加之我国幅员辽阔，不同城市之间气候条件、经济状况、合流制系统状况、合流制溢流污染水平及规律等差异巨大，合流制系统改造思路和方案的确定存在较大的技术难度，不合理的方案往往导致在实施改造之后却未能实现规划设计目标。因此，明确新时期合流制系统改造及溢流污染控制路径，制定科学合理的合流制系统改造及溢流污染控制方案十分迫切和必要。

一、我国城市合流管渠统计

根据2011-2020年《中国城市建设统计年鉴》，我国城市当前排水管道总长度约74.4万km，其中合流管总长度约10.1万km，占排水管道总长度的12.6%。在统计的687个城市中有569个城市存在合流管，占比82.8%。在变化趋势方面，近10年来各城市积极推进排水管道新建和雨污分流改造工作，全国城市合流管长度总量呈波动减少的趋势，其中近几年下降较为明显；城市合流管长度占排水管道总长度比例呈显著下降趋势，近10年下降约一半，如图1所示。

图1 2011-2020年我国城市合流制管道长度及占比变化

从各省（自治区、直辖市）城市合流管长度占排水管道总长度比例来看（见图2），新疆、宁夏、黑龙江、西藏4省（区）城市合流管长度占比最高，均超过30%，总体上与城市降雨量、经济发展水平及排水管道建设改造政策等密切相关。

图2 我国各省（区、市）2020年城市合流制管道总长度及占比分析

从各城市合流管长度占排水管道总长度比例来看（见图3），在统计的687个城市中约14%的城市合流管长度占比在50%以上，27%的城市占比在30%以上；占比为100%的城市均集中在新疆维吾尔自治区及兵团地区。合流管长度占比与城市气候、经济及发展历史等因素密切相关，总体上干旱地区城市合流管长度占比偏高，经济发达城市占比一般低于欠发达城市。

图3 2020年我国各城市合流制管道长度占比分析

作为我国城市排水管道数量的官方统计数据，以此为基础对我国合流制管道数量、分布及变化特点的统计分析结果具有一定参考价值。但限于各地对“合流管”概念的不同理解和界定方式，以及我国排水系统较严重的混接、错接现象，统计年鉴数据与实际情况可能存在一定偏差，因而有必要对我国合流制排水系统的认定方式和评价方法进行研究。

二、合流制系统界定及分类

相较于传统意义的通过设计建设一套排水管渠同时收集排放污水和雨水的合流制系统（见图4），我国城市合流制系统更为复杂（见图5）。我国城市老城区在早期建设排水系统时受经济条件和河流、近海排放标准等限制多采用雨污合流管渠，随着旧城改造和新城开发建设，排水系统也经历了持续的新建（一般采用雨污分流）和更新改造（截污、雨污分流改造等），由于存在指导思想不明确、缺少统筹协调、建设不规范及运营维护缺失等问题，导致当前排水体制不清，单一的合流管渠仍不同程度存在，而雨污混错接现象普遍、上下游衔接混乱，合流与分流系统相互交织。

为更清晰地反映排水体制状况，需要分区域、分类型，更多从管渠实际雨污水收集情况、上下游衔接关系及排放出口效果等方面界定排水体制。在描述和界定中宜区分“合流制管渠”和“合流制系统”，区分“地块管渠”和“市政管渠”，以及区分“混接”和“错接”，进而更好地支撑对合流制系统的评价与改造完善。合流制管渠的判定宜以雨、污水是否各行其道，排水管段在降雨期间是否同时排放雨水和污水为标准。导致管渠合流的原因一般有3种：一是本身设计或仅建设了一套排水管渠；二是由于排水管渠上下游衔接客观原因造成“混接”，包括上游分流而下游只有一根合流管，或上游合流而下游分流只能接入污水管等情况；三是上下游均为雨污分流管渠但在衔接处出现人为造成的“错接”导致雨污合流。合流制系统的判定则宜以地块、排口/溢流口对应的相对较独立的排水片区或排水分区范围为单元。

1.地块管渠

地块管渠雨污合流一般包括3种情景：第一种是早期设计建设的用一套管渠同时排放地块内雨、污水的合流管；第二种是建设有污水管而无雨水管或仅局部有雨水管，利用地表坡度排放雨水但仍有部分雨水流入污水管形成混流；第三种是建设有雨、污两套管渠但由于施工等原因造成了错接，包括建筑雨落管与污水管的错接等。

2.市政管渠

市政管渠雨污合流一般包括4种情景：第一种是早期设计建设的一套管渠同时排放雨、污水，当前比较常见的是一些背街小巷、胡同等道路因空间限制仅设置一根管道，以及部分坡度较大地区仅铺设一条管渠，大部分雨水主要靠地表排放小部分进入管渠；第二种是合流管和分流管的被动混接，包括合流管接入污水管及雨污分流管渠接入合流管两种情况，随着市政排水管渠持续的新建和改造上下游的衔接处极易产生较多的混接；第三种是设计建设有雨、污两套管渠但后期因人为原因造成了错接；第四种是合流制系统的排污、截污干管，由于上游合流及混错接严重，排污、截污干管必然成为实际的合流管，包括部分早期原为雨水、山洪水排放通道的管渠逐渐演变成为主排污渠。

3.管渠衔接

市政管渠和地块管渠的衔接是产生或加剧雨污合流的关键，一般包括3种情景：第一种是地块和市政道路均为一套管渠同时排放雨、污水；第二种是地块和市政道路连接处存在合流管和雨污分流管的衔接，包括地块合流管接入市政污水管，及地块分流管接入市政合流管两种情况；第三种是设计建设有雨、污两套管渠但后期因人为原因在地块接入市政管处产生错接。

4. 排水系统

以雨水排口、合流制溢流口对应的排水分区为单元，只有地块和市政管渠均实现彻底的雨污分流且地块与市政管道、市政管道之间均正确衔接，才能称之为彻底的雨污分流系统，其余情况均界定为“合流制”或“雨污混接、错接的合流制”如图6所示。由于雨污混、错接情况及污水截流设施的存在，许多排水分区内虽有大量的雨、污分流管渠，但就排水分区而言仍然是合流制系统。

三、我国合流制系统改造目标

1. 合流制系统问题

我国城市合流制系统的问题相对更为复杂，可能同时存在排水能力不足、溢流污染频发，以及污水收集处理效能低等问题。早期设计建设的合流制管渠标准相对偏低，随着城市快速发展原有管渠的污水、雨水汇水范围都不断增大，间接降低了管渠排水能力；许多合流制管渠由于修建年代久远和缺乏维护而出现结构性缺陷和功能性缺陷，部分位于建筑物下的管渠因无法清掏和检修淤积严重，严重影响过流能力；部分截流井、溢流口设置不合理导致出现旱季污水外流、雨天溢流排水不畅等问题，降低系统截流能力甚至增加内涝风险；合流制管渠管径设计大于相应分流制雨污水管道，在旱季低流速情况下管道淤积问题更为突出，雨天因管道冲刷导致溢流进入水体的污染物浓度更高；河水、地下水倒灌或入渗，施工降水排入等问题普遍存在，加之管网维护不善和淤积严重，部分合流管渠旱天甚至处于满管状态，污水厂进水浓度偏低；污水处理厂设计规模和工艺与截污管道系统协同考虑不足，污水厂降雨期间进水浓度和进水量波动剧烈，污水厂网系统效能不高，厂前溢流量大。

2.相关政策与要求

近几年我国在海绵城市建设等方面出台了一系列重要政策文件和规划，其中对合流制系统的改造和溢流污染控制有很多明确要求。

在海绵城市建设方面，住建部印发的《关于进一步明确海绵城市建设工作有关要求的通知》明确提出海绵城市建设应聚焦城市雨水相关问题，重点解决或者缓解城市内涝、水资源短缺、雨水径流污染和合流制溢流污染等问题，合流制溢流污染控制、雨污分流改造是海绵城市建设的重要任务。强调坚持系统施策，“源头减排、过程控制、系统治理”及生态措施与工程措施相融合的海绵城市建设思路对合流制系统改造和溢流污染控制也具有重要指导意义。

在黑臭水体治理方面，住建部等部门印发的《深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》强调要“加强汛期污染强度管控；采取增设调蓄设施、快速净化设施等措施，降低合流制管网雨季溢流污染，减少雨季污染物入河湖量；严控违法排放、通过雨水管网直排入河”。生态环境部印发的《关于开展汛期污染强度分析推动解决突出水环境问题的通知》要求加强汛期水污染防治，把排水管网及污水处理厂雨季排放和溢流作为“十四五”重点解决的问题。

在内涝综合整治方面，住建部等部门印发的《“十四五”城市排水防涝体系建设行动计划》要求全面排查城市防洪排涝设施薄弱环节，排查排水防涝工程体系存在的过流能力“卡脖子”问题，雨污水管网混错接、排水防涝设施缺失、破损和功能失效等问题。要求系统建设城市排水防涝工程体系，针对易造成积水内涝问题和混错接的雨污水管网，汛前应加强排水管网的清疏养护；禁止封堵雨水排口，已经封堵的应抓紧实施清污分流，并在统筹考虑污染防治需要的基础上逐步恢复。

 

在污水提质增效方面，国家发改委等部门印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》，“合流制溢流污染控制”和“合流制溢流污水净化设施建设”被作为未来污水处理补短板、强弱项的重要内容。在补齐城镇污水管网短板、提升收集效能方面，规划开展老旧破损和易造成积水内涝问题的污水管网、雨污合流制管网诊断修复更新，循序推进管网错接混接漏接改造；因地制宜实施雨污分流改造，暂不具备改造条件的，采取措施减少雨季溢流污染。在强化城镇污水处理设施弱项、提升处理能力方面，规划提出长江流域及以南地区分类施策降低合流制管网溢流污染，因地制宜推进合流制溢流污水快速净化设施建设。

3. 改造目标与指标

综合我国合流制管渠实际状况及存在问题，以及海绵城市建设、黑臭水体治理、内涝综合整治及污水提质增效方面的工作重点和目标要求，提出我国城市合流制排水系统的改造应统筹考虑“厂-网-河-城”（见图7），兼顾排水安全、控制减少污染排放，以及提高设施能力和运行效率。

图7“厂-网-河-城”统筹下的合流制系统改造思路与目标

我国城市合流制改造应系统性关注和统筹解决排水系统存在的多重问题，全面落实国家相关政策文件和标准规范要求，根据合流制系统实际状况、水环境质量现状和经济发展水平等，因地制宜确定务实、明确和循序渐进的目标指标（可参考表1选取），包含排水防涝、溢流污染控制、污水提质增效3个方面共16项指标，各指标均可量化评估。除污水厂、河湖水体及截污干管相关指标外，其余指标均以排口/溢流口对应的合流制排水分区为基本单元确定。

表1 合流制排水系统改造目标指标

四、合流制改造及溢流控制系统化方案

1.厂-网-河-城统筹的系统化思路

随着国内对排水基础设施及水环境问题的重视，尤其是在推广海绵城市建设实践中，许多城市加大了对合流制系统的改造力度，更加重视合流制溢流污染问题。在取得了一定成效的同时，也存在很多问题，如实施范围有限、控制措施单一、投资效益比不高等，一个重要原因是缺少系统性的改造思路和规划设计方案。为更科学地推进我国城市合流制排水系统改造与溢流污染控制工作，需要全面落实海绵城市建设、黑臭水体治理、排水防涝、污水提质增效等相关领域的要求，因地制宜编制系统化方案。系统化方案应明确城市合流制系统改造和溢流污染控制的目标、思路及重点任务，从建设目标、建设费用、建设条件、过渡期处理等多方面对排水系统进行综合评估，确定具体的改造原则和改造方式，统筹好轻重缓急、近远期时序安排及过渡期的衔接处理等问题，确保各项措施和方案合理衔接、规模匹配，实现方案的最优。

系统化方案首先需对包括合流制管渠及污水处理设施在内的整个合流制系统的运行状况进行全面分析与综合评估，除部分极干旱地区外新建排水管网应采取分流制，经评估能够雨污分流的实施彻底的雨污分流改造。对于确实不具备雨污分流改造条件，规划确定保留合流制的排水片区通过综合措施优化和完善合流制系统的运行，进而减少合流制溢流污染，同时聚焦合流制系统的其他问题，在改造的同时提高管渠雨水排放标准，修复管渠的结构性和功能性缺陷，强养护管理减少管道污染物沉积，促进管网系统的提质增效。对于合流制系统污水处理设施存在的短板，应最大程度利用污水处理厂现有能力并适当扩能，结合“厂网河一体化”实时调度与科学运营，提高污水厂雨季抗冲击能力及处理效能。最后通过实施补水、生态修复和内源治理等提高水体自净能力和环境容量，控制河湖旱季水位，并统筹好合流制溢流污染控制和排水防涝。

图8 合流制系统改造及溢流控制总体策略

2.系统化方案编制方法及案例

以我国某南方城市老城区一合流制片区为例，介绍合流制改造及溢流控制系统化方案编制方法。

（1）摸底排查，诊断分析。系统化方案的制定首先要对现状合流制系统进行全面细致的摸底排查，通过诊断分析全面掌握合流制系统建设状况及运行水平，有效识别出合流制系统存在的问题、短板、安全隐患及需要重点开展的工作，为合流制系统改造及溢流污染控制方案的制定，改造目标、措施选择及设施规模的确定提供重要参考和依据。

对片区排水系统开展调查，首先对片区管网系统进行梳理，全面掌握片区及周边相关区域市政和地块排水设施布局与规模；结合现场踏勘对片区内现有合流制排口类型及旱季出流情况进行梳理；通过管网诊断明确片区及片区周边范围雨、污水管网混错接点情况及管网运行情况；通过构建排水模型评估合流制管网排水能力，调查结果如图9所示。

图9 合流制片区市政排水管网、地块排水体制、管线混错接情况及排水能力调查

（2）系统施策，持续优化。结合城市排水设施、水环境质量、经济发展水平等实际情况，因地制宜制定片区合流制系统改造方案，同时对规划设计方案的实施效果进行持续的监测、评估与优化调整。系统化方案的制定应以水量、水质、水位监测和模拟数据为基础，若有条件可对整个合流制系统进行建模，若条件不允许可选取重要或典型区域建立模型。

首先对片区排水分区进行优化调整，在此基础上综合采取源头径流控制、雨污分流改造、局部内涝积水点改造、合流制调蓄池建设、管道清淤修复及末端湿地建设等措施，实现消除污水直排、提升管道系统排水能力和污水收集处理效能、降低现有合流制泵站溢流频次、消除黑臭水体和易涝积水点等目标，并通过模型模拟对方案的效果和可达性进行验证。

图10 片区排水分区优化调整及合流制系统改造方案

 

（3）分步实施，加强统筹。制定城市合流制改造及溢流污染控制中长期规划，明确设施体系建设的时间表、路线图和具体建设项目。片区合流制系统改造需全面考虑地块内部、市政管网及地块与市政管网之间的改造，在摸清现状管线分布及混接情况的基础上系统确定改造计划，确保各阶段、各局部改造既符合远期改造方案又能有效发挥工程效益。

在实施市政合流管改造时，沿线建筑小区宜尽可能同步改造或纳入优先改造计划，逐步进行地块雨污分流改造和现有合流管结构性缺陷修复，未能同步改造的应为地块污水纳管做好预留，在过渡期市政雨水管可仅与道路雨水口衔接。地块雨污分流改造一方面可结合老旧小区改造将雨污分流改造纳入基础类改造内容同步实施，一方面优先选择沿河分布及外围市政管网为分流制的合流制小区进行改造，将地块雨水接入河道或市政分流制雨水管道中。

图11 片区尺度雨污分流改造方式示意

五、总结

通过梳理我国城市合流制管渠系统状况、存在问题及当前海绵城市建设、黑臭水体治理、内涝综合整治、污水提质增效工作对合流制系统的相关要求，提出了适用于我国城市合流制系统的界定与评价方法。结合当前各城市在推进相关工作过程中存在的问题，提出海绵城市建设背景下我国合流制系统改造路径，更好地指导新时期全国城市合流制排水系统改造与溢流污染控制工作，推动城市水环境的改善、排水防涝能力提升及排水设施运行效率的提高。