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摘要：目前，我国大部分城市尤其是新建区均已实行排水分流，雨污水通过不同的管道系统排除，污水全部进入城镇污水处理系统，很大程度上减少了城市水环境的污染源，城市环境得以和谐发展。雨污排水分流是大势所趋，但是在很多老城区因为客观原因，在短时间内并没有条件实施全面的雨污水分流改造，对于这些区域，现在普遍采用的是将合流制改造为截流式，截流旱季所有污水及雨季的部分合流污水，使得原合流污水在改造后仅在雨季有部分污水排入城市水环境。经过实际工程验证，效果显著，是在客观条件下经济、合理、有效的治污方法。本文简要分析了在截流工程设计中，设计参数在设计中的体现及截流井的设计要点等问题，供相关人士参考。
关键词：截流式、截流井、改造、设计
截流式改造治污的原理就是在原有合流制排水系统的适当位置设置截流干管，在旱季只有污水时将污水全部截流至截流干管中，排至污水处理厂；在雨季同时存在雨水、污水时，截流污水及部分的雨水（合流污水）排至污水处理厂。截流工程设计中最重要的参数是截流倍数。在确定了截流倍数确定后，我们如何反应在设计中呢？是通过截流干管上的关键构筑物-截流井来实现的。而截流井的设计包含了较多的知识点，如：截流的方式，管径、相对标高的确定，拍门的设计，井体的构造，与受纳水体的关系等。
一、截流倍数的选取及含义
根据《室外排水设计规范》GB50014-2006（2016年版），截流倍数定义为：合流制排水系统在降雨时被截流的雨水径流量与平均旱流量的比值。截流倍数应根据旱流污水的水质、水量、排放水体的环境容量、水温、气候、经济和排水区域大小等因素经计算确定，宜采用2~5。
由上面的理论我们可以得出，假设合流管流量为Q合，其中旱流污水流量为Q1，截流倍数取2的情况下，需要截流的流量为3 Q1（其中Q1为原污水量，2 Q1为截流的雨水量），排到水体的量为Q合-3Q1；截流倍数取5的情况下，需要截流的流量为6 Q1（其中Q1为原污水量，5 Q1为截流的雨水量），排到水体的量为Q合-6Q1。
二、截流倍数在截流井设计中的体现
（一）单根管道截流设计
如图1所示，合流管管径为DN300，雨季满流流量（合流流量）为53L/s，旱流污水流量根据实测为10L/s。晴日只有污水10L/s，全部截流到截流管中；假定截流倍数为3，则雨季截流的雨水量为旱季污水的3倍，雨季时截流量为（3+1）x10=40 L/s。因此，截流管设计流量晴日为10L/s，雨季为40L/s，溢流管设计流量为53 -40=13L/s。
图1 单根管道截流设计示意图
（二）多根管道截流设计
多根管道截流设计与单根管道截流设计略有不同，如图2所示，截流井A、C的截流管均为DN300，截流倍数取3，截流井B的合流管为DN400，截流倍数取2。管段AB的设计流量（截流量）为40 L/s，截流井B实测旱流污水量为15 L/s，截流倍数为2，则通过截流井B截流的流量为（2+1）x15=45 L/s。根据截流设计中已截流的合流污水不再溢流，可知管段AB已截流的污水不会在截流井B中发生溢流，而是与截流井B新截流的合流污水一起汇流到管段BC，则管段BC的设计流量为40+45=85 L/s。同理，截流井C截流量为40 L/s，管段CD的设计流量为85+40=125 L/s。截流井B的溢流管溢流流量为88-45=43 L/s。
图3 溢流式截流井剖面示意图
实际工程中也存在这种情况，当我们按截流倍数计算截流量时，截流量的计算值大于合流管道流量，此时就可采用截流式截流井，将雨季合流污水全部截流，不设溢流管。以图2截流井A为例，若实测旱流污水流量为16 L/s，截流倍数为3的情况下，计算截流量为64 L/s＞合流流量53 L/s，此时设计截流式截流井较为合适，如图4所示。由上可知，在合流管管径不大而污水流量较大时设置截流式截流井较适合，也避免了设置溢流管而导致水体可能倒灌的影响。管径较大的合流管常为雨季雨水的排泄管道，雨水流量大，很少设置截流式截流井。
图4 截流式截流井剖面示意图
三、截流井构造设计
（一）截流井平面尺寸确定
一般排水检查井的平面尺寸与进出水管的管径、管道根数、井深及检修维护有关，而截流井除考虑以上因素外还应保证井体内水流通畅，不发生雍水积高。原合流管与雨水管一样按照满流设计，未截流时原合流管直通水体，排水顺畅，若水体水位不发生顶托，井内水位较平稳，不发生雍高。在设置截流井后，在溢流管管径减小、截流管侧向出水且受到下游截流管水流影响下，排水条件发生变化，容易在截流井内产生水位雍高现象，产生水位差压力，造成截流管实际流量比设计流量大而与原设计标准发生变化。因此，建议设计截流井平面尺寸在原合流管检查井尺寸基础上放大一级，在溢流式截流井中溢流管管径按计算溢流量选取管径时尽量采用较大管径。
（二）截流管、溢流管管径的确定
根据公式Q=Av，A=πD2/4，管道的管径与管道内水流速度和水量有关。其中截流管道的水量指截流水量，溢流管道的水量指溢流水量。管道内的水流速度应满足最小设计流速，防止管道内流速过低，水中杂质淤积，堵塞管道。同时根据管道选用的管材，考虑其耐冲刷等性能，应满足相应管材的最大设计流速。根据《室外排水设计规范》GB50014-2006（2016年版），雨水管道及合流管道按照满流设计，满流状态下最小流速0.75m/s，污水管道按照充满度设计，最小流速0.6 m/s。在计算截流管的管径时应注意，在晴日时截流管内只有旱流污水流量，流量较少，流速较慢，在雨季时则为满流状态，流速较大。因此，应以雨季满流情况计算截流管的管径（流速＞0.75m/s），并以旱流污水流量复核流速（≥0.6 m/s），若不满足应适当调整。
（三）截流管、溢流管标高确定
（1）截流管标高的确定
截流管的标高应根据接入截流井的合流管道的标高确定。截流管标高过高，如高于合流管标高时，难以及时截流，造成水流不通畅，截流井内将长期存储部分合流水，而在晴日污水较少，污水将无法全部进入截流管。当截流管道标高过低时，将造成截流井井深加大，整个污水管网系统标高降低，埋设深度过大，增加工程造价。同时截流管标高应低于溢流管标高，否则晴日旱流污水将溢出到水体。根据实际工程经验，一般截流管管底标高与合流管管底标高相同或将合流管的管底标高做为截流管的管中心标高。
（2）溢流管标高的确定
溢流管的标高应满足旱流污水不溢出，雨季排除剩余雨水通畅且不发生水体倒灌现象。因此，溢流管道的标高与合流管标高、截流管标高和河道水位有关。若溢流管与合流管相同标高，虽然排水较通畅，但截流管势必降低，同时也无法保证旱流污水不溢出。因为溢流管较合流管小，仅排除剩余雨水，因此适当提高溢流管的标高是适当的，当然不能高出合流管，否则井内将产生雍高。溢流管道标高也不能过低，应考虑雨季河道水位升高，避免雨季时河水倒灌进入污水管网，造成部分地区发生污水冒溢事故。在工程实际设计中，一般将合流管的管中心标高作为溢流管的管底标高或者将溢流管管顶与合流管管底设置在同一高度。
（四）溢流管道拍门的设计
拍门的设置应根据溢流管道标高与河道洪水位确定。当溢流管道标高比河道洪水位低时，为防止暴雨时河水倒灌，应在溢流管道排放口末端设置拍门。当溢流管道管底标高足够高，比河道洪水位高时，可不设置拍门。
（五）截流井是否设置落底
井内设置落底是为了截流水流中携带的大量泥沙及杂质，避免杂质在管道部分淤积。截流井是否设置落底应根据原合流管排水是否含有较多泥沙、杂质确定。生活污水含泥沙较少，在流速满足情况下淤积在接受范围内，雨水则和路面清洁情况有关。因此应在现场调查的基础上做出判断。项目所在地若在菜市场这种地表垃圾较多的地区，下暴雨时，雨水冲刷地面，将大量泥沙及地表垃圾带入管道内，此时截流井内应设置落底，防止堵塞管道。若项目所在地区地面较干净、地表垃圾少，截流井可不设置落底。
四、总结
截流式合流管与污水管道、雨水管道都属于市政排水管道，有相同的地方，也有自己的特殊性，而截流井的设计既是截流管之起始，也是截流管的设计之重点。本文根据实际工程经验，简单介绍了截流工程设计中，设计参数与设计的紧密联系及截流井设计中的特点、要点。
参考文献
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［3］郑梅芳，林宪耀.“污水管道布置及溢流井设置形式的优化分析”.［J］.城镇供水，2013，1：32-35.
论文作者:王昕1 吕媛2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/14
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