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研究应用报告
南阳市中心城区现代化建设进程中排渍问题研究
黄海杜杰峰于甲辰
指导老师：
曹邦卿
（南阳师范学院土木建筑工程学院,河南南阳473061）
摘要：
本研究结合南阳市城市排水设施及城区雨季积水现实状况，对南阳市关键积水地段排水管道部署、现有可供接纳水表现实状况及渍水现象进行分析，对其关键积水渍水地段排水管道所接纳汇水区域进行重新部署，对现有旧管道进行改造。
改造后实施分流制排水体制，部分路段实施雨水截流就近排入周围水体，并结合南阳城区自然地理情况及环境保护要求，对改造方案可行性进行分析论证，提出包含另辟蹊径、护城环流和雨污分流、梅溪引水定时冲刷等相关对策提议，为中心城区积水问题处理和其它城市内涝现象治理提出可行性探索。
关键字：
城市内涝；雨污分流；排渍；管道改造
StudyofNanyangCityCentreArrangesWaterloggingProblems
intheModernizationProcess
HuangHaiDuJiefengYuJiachen
Instructor:
CaoBang-qing
（SchoolofCivilEngineeringandConstructioninNanYangNormalUniversity,NanYang,HeNanProvince,PostCode:
473061）
Abstract:
ThisdesigncombinesNanYangCity'sdrainagefacilitieswiththecity'sseaperstatusintherainyseason,andanalysesthelayoutofdrainagepipe,waterstatusandzishuiphenomenonthatareforacceptanceofExisiting。
Thenitredecoratethecatchmentareathatconnectedtothedrainagepipeinthemainproblemareasandtransformtheexistingoldpipelines。
Weaimstocarryoutthedrainagesystemwhichcoincideswiththebypasssystemafterthetransformation。
andtheraininterceptioninsomepartsoftheroadssoastoleadtheraintodrainintonearbywater.Atthesametime,thisdesignschemealsoanalysesandarguesthefeasibilityoftheretrofitschemeonthegroundofNanYangCity'snaturalgeographicalconditionaswellastherequirmentsofenvironmentprotection。
Soweputourrelevantcountermeasuresuggesionsthatinclude:
makeanewplancirculatethewaterroundthecityandsourregularlythroughdrawingwaterfromMeiXiinNanYang.Sothatwecanputforwardafeasibilityexplorationtosolvetheproblemofcitycenter'swaterproblemsandcontrolwater-loggingphenomenoninothercities.
Keywords:
Citywater-logging,RainandPolluted,RowStains,PipelineReformation
引言
伴随中国城市化水平逐步提升和“十二五”计划对城市快速发展要求，排水系统作为城市关键基础设施之一，也得到了蓬勃发展，不过和此同时也存在排水管网老化、市政设施管理不善等很多问题，严重阻碍了城市快速发展脚步。
排水系统改建改造作为一项实实在在惠民工程越来越受到相关部门重视，其易堵塞、难维护特点使得排水管网改建改造成为一项“治标不治本”而又耗财耗力工程。
本设计经过对其它城市相关问题处理措施研究并结合当地具表现实状况提出创新性处理方案，为这项民生工程根本落实提供设计依据。
1.环境概述
1.1气象资料
南阳盆地处于亚热带和暖温带过渡地带，属经典季风型大陆半湿润气候，四季分明，雨量充沛，年平均降雨量在777.9毫米之间，夏季平均降雨量为416毫米，约占年降雨量53.5%。
图1-1南阳市区关键水系
1.2水文地质概况
城区内白河自东北向西南穿越市区，白河5条支流（三里河、梅溪河、汉城河、温凉河、邕河）自北向南穿越市区，护城河沿老城区四面，上连梅溪河，在东南角注入温凉河。
上述河流是南阳市雨水排放自然通道，自然地势和天然河流一致坡向对白河北岸市区雨、污水聚积及排放形成了有利条件。
2．现存关键问题
2.1南阳市排水系统普遍现实状况和存在问题
2.1.1排水系统老化
南阳市修建于八十年代排水设施，设计标准低、管径细，流量小。
大部分排水管道为500mm，有仅为300mm，碰到大雨，流量不能满足泄洪要求，造成积水。
依据市政统计资料，500mm以下雨水管道约104公里，占总雨水管道60%；500mm以下污水管道28公里，占污水管道总长68%。
管道老化及南阳市中心城区管网所属砂土层地质结构，人为破坏和车辆超载严重，造成排水管网损坏现象时有发生。
图2-1抬高河床（鸿全部百货前面）
2.1.2内河河床抬高，长久得不到治理。
近几年来，因为积淤及杂物堵塞严重，内河河床逐步抬高，使内河行洪能力大大降低。
雨季加上上游泄洪，水面急剧升高，甚至高出市区低洼之处，河水反向排水管内倒流，在进水井口冒出，造成城区大面积、长时间积水。
2.1.3汛期路面积水严重
多年来，灾难性天气频发，夏季短时间内集中降雨强度较大，造成市区多处积水。
部分小强度降雨过程，连续时间不长，但却给本市中心城区排水系统带来了严峻考验。
图2-2南阳日报对中心城区积水报道
2.1.4管理工作存在微弱步骤
中心城区未实施排水（污）许可制度，排泄物未得到有效无害化处理，管网进水井常常被杂物堵塞，影响排水。
路面上杂物如废塑料袋、树叶、纸屑等易随雨水流到窨井盖上堵塞下水。
在实地调研过程中我们发觉南阳人民公园内护城河东侧居民将生活垃圾随便堆弃在护城河内，使通向护城河河道愈加阻塞。
图2-3大量垃圾直接倾入河道
2.1.5市政排水设施资金不到位
据调查，南阳曾经每十二个月收取排水设施有偿使用费，用这些费用对积水路段逐年进行排水管道改造更换、加大管径、增加流量，取得了一定效果。
从统一开征污水处理费后，排水设施有偿使用费停收，每十二个月用于排水设施养护维修资金仅几十万元。
所以，资金问题是制约排水设施功效改善根本性问题。
2.2南阳中心城区（南阳商场周围）--问题突出地段
2.2.1毁河变渠、终将酿祸
南阳市主城区原本存在多条河流，但对于关键积水地段南阳商场积水水体关键向护城河排放。
因为城市发展需要，护城河由人民公园南门流出后便走暗涵向南经过南阳市繁荣商业街，因为该暗涵内垃圾淤泥淤积长久无人清理，致使河床逐年升高，排水不畅，严重影响行洪。
该段复原护城河河道开口8.4米，河床深2.7米—3.1米，坡降0.11﹪，河道两侧人行道宽度不得小于3米。
但因为该河段缺乏管理，河床淤泥淤积已达一米多深，再加上该河段关键为商业街观光水景而设计，对雨季排涝贡献较小。
从人民公园南门流出水体经新华路暗涵后又关键从其它暗涵汇入下游水体。
明河变暗涵，不仅使水体临时容纳体积降低，更使水体渠道截面积大大降低，造成暴雨时雨水排泄不畅。
图2-4河床抬高一米左右
图2-5明河变暗涵垃圾淤泥淤积（人民公园内部）
2.2.2水道淤塞，有水难排
天桥是南阳市城市中心地带，而这个在人民路和新华路交叉口黄金地段又是积水关键地段，原因之一便是人民路是该区域内高程最低地段，该路段排水管道容纳较大汇水面积汇水，北起育滨街，南至民主街，东到工农路，西至梅溪东岸全部雨水及生活污水。
其中人民路接收包含人民路在内八一路、新华路后街、新华路及联合街等五条街道聚集雨水。
另外，造整天桥周围内涝严重另一个原因是管理不善，经调查天桥下原本有大量雨水下水道，但因为长时间无人清淤，加上天桥下被埋护城河常年淤积造成二分之一以上雨水下水道口堵塞，而其它没有淤塞下水道也有大量淤泥在管中沉积，造成强降雨时雨水无法立即排入排水系统。
图2-6水道淤塞有水难排
天桥下被埋护城河尽管只有短短一百多米，但给此处现实状况排水造成很大影响，究其原因改河变涵即使能使污水不再向昔日那样对市中心市容造成负面影响，但因为其本身存在弊端将一直困扰着周围市民。
2.2.3地低坡小，积水难畅
经调查人民路东侧至府衙处地势改变加大，坡度较陡，碰到短时间强降雨，东侧老城区雨水会随地势坡度快速聚集到人民路地下管网，而人民路排水系统又因为本身地势较低，纵向坡度较缓，致使雨水排泄不畅。
再加上护城河被埋地下变成一座暗河，使其行洪标准不能达标根本原因。
2.3排水系统
南阳市城区共有大小河道8条。
其中白河为省管大型河道，三里河、温凉河、梅溪河、汉城河现由市区河道管理处负责管理。
城区东部邕河、西部十二里河原在郊区，现未进行计划治理。
梅溪河上游有一座中型水库（靳庄水库），三里河上游有两座小型水库，十二里河上游兰营水库为中型水库。
图2-7问题突出区域（红色区域）
2.4城市治涝基础情况
多年来南阳市前后投入100多万元对梅溪河、三里河水毁堤坝进行修复；投入300多万元对温凉河、护城河进行清淤；坚持不懈地对白河进行大规模整改，使白河城区段防洪标准达成50年一遇；每十二个月汛期前，相关部门对内河险工隐患进行排查。
另外市政管理处定时实施加固除险工，对主次干道排水系统全方面疏通，对排泵站进行检修，起到了一定效果。
3．雨水排放改造设计
3.1雨水河道改造方案
据调查，南阳市河道排放问题关键集中在南阳商场周围，其它河道排水系统已经靠近成熟，暂不在改造范围之内。
而南阳商场周围关键河道是梅溪河和护城河，所以将护城河和梅溪河作为设计关键。
依据原有设计思绪，该河段承纳汇水面积0.8--1平方千米。
关键问题为该地段内涝严重，结合雨季积水关键原因，近期处理问题关键方法是疏通已经有河道管涵，清理景观护城河内淤泥，疏通被埋护城河下垃圾，但处理该地段积水问题仍需对原有排水系统结构进行变更。
方案一另辟蹊径：
结合地形情况，原本由梅溪河水体汇入护城河西北角，经护城河环流南阳古城交汇于古城东北角最终流入温凉河直冲白河，考虑到人民路地势较低，坡度较小，治水逆流，天桥下护城河水经过重修管道逆流至梅溪河，但因为地势原因，想让水往高处流必需经过对水进行加压，初步构想是在人民公园西北侧建一提水泵站，将从天桥逆流回水体由此泵站输回梅溪河，缓解人民路南段因汇水面积过大造成雨季排水不畅问题。
该方案优点有：
1、这么做可根本改变天桥下水流受阻这一难题。
2、引护入梅可使南阳商场繁荣商业区无须在担心受污水浊气困扰。
3、缩短改回水区域内水体在暗涵中滞留时间，直接排入周围水体梅溪和，增加其安全系数。
方案二护城环流：
护城河原本是以人民公园为界，东侧向东直至琉璃桥，西侧护城河向南直至中州路向东汇入温凉河。
但因为城市发展需要，于人民公园向南部分，给位暗涵直至中州路。
因为部分护城河被埋地下，造成排水不畅，所以可将天桥以北护城河内水体全部沿东侧护城河排出，经调查，东侧护城河河沟较深，可承纳更多回水面积，这么使汇水区域分配愈加合理。
该方案优点有：
1、该方案可利用地形地势使水体在自重作用下得到有效排出。
2、可根本处理天桥下暗涵淤塞问题。
3、只用对部分管线进行改造无须建造泵站减小投资。
方案三雨污分流、梅溪引水、定时冲刷:
基于中心城区现实状况和确实存在积水问题，确定基础保持人民公园内护城河出公园后进入暗涵原状，在做好护城河上游管理工作和暗涵段定时清淤基础上在人民公园北侧人民路和建设路交叉口建设一个泵站，利用梅溪上游水库定时（依据上游靳庄水库库存和需要合理安排冲刷间隔）经过泵站对护城河段进行冲刷，降低人工清理难度。
同时将联合街以北污水在联合街口经过现有污水管道单独排放，将污水和雨水分开，联合街以南只有雨水经过护城河。
而此段雨污分流关键目标是为了处理此段长久以来渍水问题，同时保持新建护城河段人文景观。
设计依据汇水街区面积和人均污水量进行计算，详见表4-1，表4-2。
此方案优点：
1、处理了护城河在人民路暗涵段清淤困难问题，使护城河段通水顺畅，减轻南阳商场段积水压力，从根本上处理困扰中心城区居民积水问题。
2、死水变活水，增强水体自净能力，将人民公园内护城河同下游暗涵整体联通，增加了中心城区人文景观。
3.2方案论证
方案一：
护城河沿人民公园进入暗涵，因为现在已经投入使用，暗涵坡度和原有设施已经设置完成。
即使存在很多问题，不过河水回流使管道埋深增加，增加了管道综合费用。
同时泵站建设需要一定建设资金，需考虑市政财政能力。
方案二：
在方案一河水回流基础上不设泵站，而是利用东侧护城河排除积水，西侧一样需要设置一定深度回流管道，东侧要加强护城河管理工作。
就现实情况来说，护城河段基础上无人管理，造成了内河河道被严重挤占，同时生活垃圾使河道通行能力极差。
所以想要重新利用护城河处理城市内涝，首先必需确保河道基础通行。
资金起源很关键，管理工作是关键。
方案三：
护城河西北侧和梅溪河只有一路之隔（人民路），利用这一地理优势只需要就近建设一个泵站定时进行冲刷护城河就能够根本处理中心城区积水问题，雨污分流降低了下游河道被生活垃圾阻塞风险，保持了水体纯净，同时基础上保持了原有暗涵设置和鸿德商场前水上景观。
而且施工难度小，对该地域影响较小。
首先方案一经论证需要护城河河水倒流至梅溪，而该设想需要在河道坡降较小情况下才能实现河水倒流，假如经过人为方法实现倒流，则需要将人民公园内河道向下开挖，破坏人民公园原有水景，对于公园内部实施该工程可行性较差；其次第一个方案需要建一泵站，投资较高且经调查人民公园西北角已无空地可用，建一泵房对人民公园整体布局造成影响。
所以第一方案实施难度大、造价高，不利于工程实施。
对于第二方案护城环流同应存在坡降问题，让水逆流必需对原有河道开挖，建泵站提升水位。
另外，经调查北侧护城河原本接纳较大汇水面积汇水，假如将人民路周围雨水也经过该河道排出必将加大北侧护城河行洪压力，对北部老城区防涝造成不利影响。
第三方案没有对原有河道进行大量改造，保留原有护城河段已建水景及人民公园内现有情况，减小工程量，利用原有地势地形，只需在梅溪河旁建一小扬程泵站就能满足护城河定时冲刷用水要求，降低造价，节省投资。
本方案针对造成积水关键原因----河道淤塞问题借水清淤，充足利用有利地形地势条件，降低了投资，也降低了清淤费用。
综上分析，对比以后决定方案三作为最终推荐方案。
3.3雨水管道排放设计公式及参数
1、雨水设计流量应按下式计算确定
（3.1）
式中,Q—雨水设计流量（L/s）；q—设计暴雨强度（L/s*ha）；
ψ—径流系数；F—汇水面积（ha）
注：
当有生产废水排入雨水管道时，应将其水量计算在内。
2、q=
，其中t=t1+ｍt2（3.2）
3、设计降雨历时
t=t1+ｍt2（3.3）
式中，t—降雨历时（min）；
t1—地面集水时间（min），视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，通常采取5～15min；
m：
—折减系数，管道采取2，明渠采取1.2；陡坡地域管道采取1.2～2；
t2—管渠内雨水流行时间（min）；
南阳市排水系数采取管道搜集排放，取m=2。
4、径流系数确实定
径流系数采取下表，平均径流系数可按加权平均计算。
表3.1径流系数（ψ）
地面种类
径流系数ψ
公园或绿地
0.15
大块石铺砌路面和沥青表面处理碎石路面
0.60
级配碎石路面
0.45
干砌砖石和碎石路面
0.40
非铺砌路面
0.30
多种屋面、混凝土和沥青路面
0.90
5、暴雨强度公式
采取河南省南阳市暴雨强度公式:
i=
，其中t=t1+ｍt2（3.4）
6、管道粗糙系数按下表选择:
表3.2管道粗糙系数n
石棉水泥管
0.012
浆砌砖渠道
0.015
水槽
0.012～0.014
浆砌块石渠道
0.017
陶土管、铸铁管
0.013
干砌块石渠道
0.020～0.025
混凝土管、钢筋混凝土管、水泥砂浆抹面渠道
0.013～0.014
土明渠（包含带草皮）
0.025～0.030
7、雨水管道最大设计流速非金属管道为5m/s；
8、雨水管道最小设计流速为0.75m/s。
3.4雨水管道设计计算
计算结果见附录中《表3.3雨水主干管水力计算》。
4污水排放设计
4.1污水管道排放相关参考
4.1.1生活污水量确实定
为了更正确计算人口密度不一样各个城区污水人均量，分别制订排放标准，分期建设，特划分区域范围，参考之前计划建设中排水分区做法，依据地理和自然地形，城市用地布局，和城市发展实际情况，基础上按径向（南北向）重新将将南阳市区划分为五个区。
仲景路以东至东环城路为I区（东区）；老城区为II区；人民路以西至百里奚为III区（中区）；百里奚路以西为IV区（西区）；白河以南为V区（河南区）；其它区段分别按地理地势就近划归相关区域。
根据国家设计规范，中心城区属于第二分区，依据各区用水量调查和现实状况人口（含暂住人口）统计，南阳市人均综合污水量指标为200L/（cap·d）。
经计算南阳街区总面积为2751.06ha。
污水管道按近期计划设计，故取设计人口数为800000人。
总人口密度为：
800000/4000=200cap/ha
故比流量q0=200×200/86400=0.463（L/（s·ha））
4.1.2设计管段及划分
两个检验井之间管段采取设计流量不变，且采取一样管径和坡度，称其为设计管段。
4.1.3设计管段设计流量
（1）每一设计管段污水设计流量包含以下多个流量：
a本段流量q1—是从管段沿线街坊流来流量；
b转输流量q2—是从上游管段和旁侧管段流来污水量；
c集中流量q3—是从工业企业或其它大型公共建筑物流来水量。
（2）本段流量可用下式计算：
（4.1）
其中q1—设计管段本段流量（L/s）；
F—设计管段服务街区面积（ha）；
Kz—生活污水量总改变系数；
q0—单位面积本段平均流量，即比流量（L/（s·ha））。
4.1.4生活污水量总改变系数
（4.2）
其中 Q—平均日平均时污水流量（L/s）。
4.2排水体制选择
从南阳市未来需求出发，该城市是一个新型旅游城市，对于水处理要求更高，环境保护更为严格。
根据城市道路相关标准，排水管道应为雨污分流，不过南阳很多路段仍为雨污合流。
雨污合流造成很多问题：
一是污染环境，大量未经处理超标准污水直接流入内河，造成环境污染；二是腐蚀损坏排水设施，增加维修费用；三是极易造成管道堵塞，加大设施泄洪压力。
采取雨污分流可使人民路水景愈加清澈，降低水体更换，节省管理费用。
污水经过污水管道进入污水处理厂，减轻对白河污染。
从总工程造价来看，合流制增加了管道建设费用，增大了下游污水厂容量，增加了下游污水处理厂建设投资。
同时，分流制使流入污水厂水量和数值改变小，污水厂运行效率较高，易于控制和管理。
综合上述分析，分流制较合流制含有一定优越性，故采取分流制排水系统。
4.3污水管道设计计算
4.3.1参数要求
1、设计流速
污水在管内流行缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤泥。
当污水流量增大时，可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。
为了预防管道产生淤积或冲刷，设计流速不宜过大或过小，要求污水管道最小设计流速为0.6m/s,非金属管道最大设计流速为5m/s。
2、最小管径
依据养护经验证实，管径过小极易堵塞，为了不使管道堵塞和维修方便，本设计采取最小管径为300mm。
4.3.2设计计算
因为中心城区排污企业相对较少，关键污水为生活污水。
此次设计关键针对生活污水排放，相关数据取以上生活污水计算参数。
另外，以下计算部分只针对渍水问题突出中心城区路段进行具体计算，中心城区路段埋设管道进行相关具体计算以下：
表4.1新（改）建关键道路污水管道设计流量计算表
序
号
街道
名称
区间
××路——××路
居住区生活污水量
面积流量
设计
流量
（l/s）
本段流量
传输流量
q2（l/s）
累计平均流量
（l/s）
总改变系数
Kz
生活污水设计流量
Q1（l/s）
本段
传输q4（l/s）
总Q2
（l/s）
街坊面积
10㎡
比流量
q0l/s104㎡
流量
q1（l/s）
q0l/s104㎡
q3（l/s）
1
人民
天山——冶铁
14.3
0.463
6.62
0
6.62
2.25
14.90
0.186
2.66
0
2.66
17.56
2
人民
冶铁——环城
14.0
0.463
6.48
6.26
13.10
2.06
26.99
0.186
2.60
5.52
8.21
35.20
3
人民
环城——建设
9.9
0.463
4.58
0
4.58
2.30
10.53
0.186
1.84
0
1.84
12.37
4
人民
建设——新华
10.7
0.463
4.95
4.58
9.53
2.16
20.58
0.186
1.99
1.84
3.83
24.41
5
人民
新华——中州
7.1
0.463
3.29
9.53
12.82
2.07
26.54
0.186
1.32
3.83
5.15
31.69
6
人民
中州——七一
13.7
0.463
6.34
12.82
19.16
1.97
37.75
0.186
2.55
5.15
7.70
45.45
7
护城河
王府山——新东
17.9
0.463
8.29
0
8.29
2.05
16.99
0.186
3.33
0
3.33
20.32
8
护城河
新东——体育场
16.5
0.463
7.64
8.29
15.93
1.99
31.70
0.186
3.07
3.33
6.40
38.10
9
护城河
体育场——护河出口
32.8
0.463
15.19
15.93
31.12
1.87
58.19
0.186
6.10
6.40
12.5
70.69
10
护城河
王府山——工农
13.8
0.463
6.39
0
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