南宁朝阳溪上段综合治理工程设计方案浅析

吴赳赳 　　广西城乡规划设计院
黄自勤　广西建筑综合设计研究院

1　朝阳溪污染现状及治理方案

1.1朝阳溪简介
　　朝阳溪是贯穿南宁市中心区的天然洪雨河流，北起罗伞岭，穿过南宁市北郊、城北区和永新区至大坑口汇入邕江，全长14.28km²，流域面积24.4 km²。朝阳溪源头为残土丘地带，无水源林，上游基流很小。流域内较大的工厂有味精厂、棉纺厂等十六家；下游流域范围为南宁市主要商业区。沿岸的居民生活污水和部分工业废水未经处理排入河道，使朝阳溪成为一条纳污河道，淤泥沉积，水质发黑，臭气四溢，过往行人无不掩鼻而过；暴雨时朝阳溪成为蓄洪、行洪渠道，洪水排到邕江。由于居民和单位沿河两岸任意搭盖建筑，侵占河道断面，朝阳溪调洪库容逐年减少，1992年实测水位69～72m时，库容仅为1973年同水位库容的44.8%，调蓄洪能力大为减弱，使朝阳溪部分地区小雨成涝，大雨成灾。
　　为了彻底整治朝阳溪，南宁市政府先后委托省内外四家设计院进行可研、初设和施工图设计，目前下段综合整治工程施工已经完成，城市环境大大改善，上段整治工程已经动工。本文仅对上段综合整治方案作一简要介绍。
1.2朝阳溪治理目标
　　经国内外有关专家（包括世界银行专家）反复论证，确认朝阳溪环境综合治理工程方案首先要服从南宁市总体规划的安排，服务于新区的开发和旧城区的逐步改造，工程的分期实施方案要为逐步实现总体规划目标创造条件；同时，把治理目标定为除臭，变污水为清水，改善两岸环境质量，提高朝阳溪行洪、排涝能力。
1.3朝阳溪综合治理方案
　　在综合治理方案上有两种意见，一种主张沿朝阳溪敷设截污管，将污水引入污水处理厂，然后将朝阳溪全部盖起来，用暗渠排雨洪水，在复盖的渠道上搞开发，并籍以筹措治理所需资金。另一种意见主张截流污水进行处理，但朝阳溪依现河道进行清淤、铺底、护岸、引水、绿化，还朝阳溪本来面目，给市民提供一安适的休闲场所。
　　市政府综合两种意见，决定上段约5.4km采用双孔钢筋混凝土箱涵(暗渠)，箱涵上复土，以珍稀植物为主，修建若干主题花园，使整个暗渠上部成为市民休闲娱乐的场所；朝阳溪下段全部开敞治理，渠底清淤、衬砌，河岸块石砌筑，岸坡种植草皮；在流经市区主干道的友爱桥、朝阳桥、银兴桥、大坑口等较宽敞处修建市民休闲广场；在暗渠出口处设一泄洪闸，旱季，上段暗渠接纳的城市污水由泄洪闸拦入沿下段两岸铺设的合流式截流管，与下段服务区的污水汇合后经污水泵和过江管送往江南污水处理厂，处理后排入邕江；同时在朝阳溪下段复式明渠引清水形成约6.6万m²景观水面，景观水深1～3m，总水量约13.9万m³，按20天连续供水将景观水全部调换一次，需建Q=290m³/h取水泵站一座，装机容量30kw，从邕江取水，经DN300输水管（约4km）送至暗渠出口泄洪闸前。
　　泄洪闸旱季关闸排污，确保下游景观水清洁；雨季开闸行洪，避免内涝。

2　污水与雨水计算

2.1污水量计算
　　根据南宁市总体规划(已于99年12月经国务院批准)，朝阳溪上段三个派出所，下辖人口约16万人，接纳的生活污水总量约为6.4万m³/d，工业污水总量约为4.6万m³/d，规划年限2010年，因此，上段接纳污水总量为11万m³/d。
2.2雨洪水计算
　　南宁市降雨一般多集中在汛期5～9月，约占全年雨量的72%，历年最大一日暴雨发生在5～6月占45%，多年平均降雨量为1282.9mm。
　　根据广西水利电力设计院对朝阳溪的洪水分析计算，朝阳溪上段（友爱桥以上）各断面设计洪峰流量如表1所列。

表1 朝阳溪上段各断面设计洪峰流量 断面名称 均值Q_m
(m³/s) C_V C_S/C_V Q_m (m³/s) P=2% P=6% P=10% 重机厂 60.1 48.5 39.8 二十八中 94.3 76.1 62.4 明秀桥 42.0 0.55 3.5 109 88.0 72.2 南棉桥 50.0 0.50 3.5 121 99.5 83.0 十三中 55.0 0.46 3.5 125 105 88.6

3　断面设计

　　朝阳溪上段采用矩形箱涵（暗渠）方案，雨季排除雨洪水，旱季排除城市污水，断面设计在考虑雨季排出大量雨洪水的同时，还应考虑旱季排除城市污水时避免淤积。
3.1行洪断面设计
　　行洪断面计算采用均匀流公式：

　　Q=AV
　　V=1/n R^2/3·i^1/2式中：Q－设计流量（m³/s）；
　　　　　A―过水断面积（m^２）；
　　　　　Ｖ―设计流速（m/s）；
　　　　　R－水力半径（m）；
　　　　　i―设计渠道底坡（即水力坡降）；
　　　　　n―粗糙系数，钢筋混凝土水泥砂浆抹面取０.014

3.1.1直排式复合断面（方案一）
　　采用直排式合流制，暗渠结构设计预留接污口，两岸原合流道收集的雨污水直接排入双孔暗渠，暗渠渠底中部设污水小流槽，用以排除旱季污水。在暗渠出口处设一泄洪闸，旱季时关闭，既防止下游1 m深景观水倒灌入暗渠，又使截流的污水在闸前导流至下游明渠两岸截污管，避免下游景观受上游污水污染，雨季时开闸泄洪，污水随雨洪水进入下游明渠，排入邕江。横断面如图1所示。

图1

3.1.2侧沟截流式断面（方案二）
　　在方案一的基础上，于暗渠内靠岸边两侧按截流式合流制方式各设截流沟，截流沟与下游明渠截污管连接处设截污闸，旱季和初雨时，关闭泄洪闸，开启截污闸，两岸原合流管道收集的雨污水直接排入截流沟，经截污闸进入下游截污管，送往污水处理厂；暴雨时，超过截流量（取3～5倍污水量）的雨污水，经截流沟顶溢流进入暗渠，生活污水可被雨水充分稀释到符合GB8978－88《污水综合排放标准》的规定，此时关闭截污闸，开启泄洪闸，混合污水排入下游明渠，最后排入邕江。
　　经计算，本方案有以下三种断面形式：
　　（1）双孔方渠（图2）
　　此为可研报告在底坡i=0.0006的条件下推荐的暗渠断面尺寸，经行洪校核可满足雨季行洪要求，因其接近正方形，水力条件较好。
　　（2）双孔矮渠（图3）
　　经现场踏勘发现，按图2双孔渠方案实施，在一些自然地形低洼地段，暗渠将高出地面0.7～1.0m，给渠顶复土绿化工程和周围环境带来不利影响，因此，提出了双孔矮渠方案（图3），渠顶标高可降低0.6m，底坡减缓至0.0005从而解决渠顶高出地面的问题。
　　（3）三孔矮渠方案（图4）
　　从优化钢筋混凝土暗渠结构受力条件和节省土土建投资考虑，提出三孔矮渠方案（图4），在中孔侧壁上预留连通孔，连通孔下沿与侧沟壁顶标高相同，暴雨初期混合污水经两边孔排泄，流速较大，沿地表迳流进入排水渠的大量杂质不易沉积。雨洪时，两边孔的混合污水经连通孔进入中孔，保证暗渠安全行洪。

图4

3.2方案比较
　　直排式复合断面与侧沟截流式断面的比较如表2。

表2 暗渠断面形式方案比较 项 目 直排式复合断面 侧沟截流式断面 维护管理 旱季、初雨或少雨时,渠内流量小,断面大,流速小,易淤积沉积物多,行洪不畅,渠底滑,不便行走,清淤困难 旱季、初雨或少雨时,侧沟截流断面小,流速大,沟内淤积少,沉积物少,清淤工作量小,且大沟干爽,维护管理方便,行洪畅通 施工条件 渠底中部小流槽与渠道底板连成一体,施工复杂,工程量大 侧沟墙高1.3m,可在渠道底板上砌筑,施工简便,工程量小 环境影响 沉积物多,从检查口逸出的臭气多,影响检查口附近的空气质量 沉积物少,从检查口逸出的臭气少,通过加强绿化和定期清淤可减少对检查口附近空气质量的影响 对污水处理厂的影响 为防止1m深景观水倒流暗渠,需在暗渠深>1m时开启,此时将有约17倍污水量的合流污水进入污水厂,故BOD₅太低,不利于生化处理和污水厂正常运行 泄洪闸开启前,仅有4倍污水量的截流水进入污水厂,故BOD₅浓度较方案一高很多,对生化处理影响较小,如下游没降雨,基本不影响污水厂正常运行 投资(万元) 10174.25 11504.46

　　从表2可知，在满足行洪的条件下，侧沟截流式断面在运行管理上有更多的优点，而三孔侧沟截流式断面在结构安全方面有更大的优越性，且可以避免暗渠顶露出地面，因此，推荐采用三孔侧沟截流式断面。
3.3三孔侧沟截流式暗渠断面设计
　　按20年一遇洪水设计，用50年一遇雨洪水校核，计算结果如表３所列。

表3 三孔侧沟截流式暗渠各段设计特征值 河段 重机厂～北湖小学 北湖小学～28中 28中～明秀桥 明秀桥～南棉桥 南棉桥～13中 桩号 8+289 7+220 6+220 5+340 4+015 3+015 距离(m) 1133 1000 880 1325 1000 2%洪峰流量(m³/s) 94.3 101 109 121 125 自由流水深(m) 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 暗沟宽 3孔×b(m) 3×4.8 3×5.1 3×5.4 3×5.8 3×5.9 底坡(‰) 0.49 0.5 0.5 0.5 0.5 满流水力坡度(‰) 0.68 0.66 0.66 0.68 0.70 选用断面(净尺寸)3孔－b×h(m) 3-4.8×3.7 3-5.1×3.7 3-5.4×3.7 3-5.8×3.7 3-5.9×3.7 暗渠内底高(m) 70.703 70.148 69.648 69.209 68.545 68.000 满流时测压管水位 75.356 74.586 73.926 73.366 72.445 71.745

　　表3表明，在下游无壅水的情况下，渠道按三面湿周（非满流）考虑，三孔侧沟截流式能通过五十年一遇的雨洪流量；四面湿周（满流）时，测压管水头线不超过沿线地面标高，渠两岸的检查井不会冒水。
3.4截污设计
　　朝阳溪上段污水总量为11万m³/d，各分段污水量按暗渠长度比例分配，稀释倍数取4，截污沟侧墙高1.3m，截污沟各断面设计特征值如表4所列。

表4 截污沟各断面设计特征值 河 段 长 度(m) 坡 降（‰） 过水断面尺寸2-b×h(m) 截流污水量（m³/s） 实际排污能力（m³/s） 流 速(m/s) 重机厂～28中 2070 0.5 2-1.0×1.3 2×1.00 2×1.05 0.82 28中～明秀桥 880 0.5 2-1.3×1.3 2×1.42 2×1.54 0.91 明秀桥～南棉桥 1325 0.5 2-1.6×1.3 2×2.06 2×2.08 1.00 南棉桥～13中 1000 0.5 2-1.8×1.3 2×2.49 2×2.50 1.06

3.5暗渠附属设施
3.5.1沉砂池与护栏
　　在重机厂暗渠入口处设沉砂池，宽度同渠道，长度2m，深0.5m，用以减少大块杂物和砂石在渠内淤积；入口处设护栏，防止人畜进入暗渠，避免发生意外事故。
3.5.2连通措施
　　在暗渠出口处设连通管，连通暗渠两侧截污沟，调节两岸合流污水量，改善沿岸排水状况，连通管尺寸为1×1 m²。
　　在暗渠内的隔墙每隔10m开孔2×2m²，洪雨时边孔洪雨水经连通孔进入中孔排泄。
3.5.3检查孔（兼通气冒水孔）
　　沿暗渠隔墙两边每隔100m设一检查孔（交错布置），旱季进入维护，暴雨满流时兼排气冒水之用，孔口设格栅盖板，强度按汽－15设计。

4　结语

　　（1）朝阳溪上段综合治理采用暗渠方案，可满足旱季排污，雨季行洪的要求；
　　（2）暗渠宜采用三孔布置，可避免渠顶高出地面，结构更安全；
　　（3）在暗渠内侧沿纵向布置截流沟排除旱季合流污水，可减少泥砂杂物在暗渠内沉积；
　　（4）在截流沟末端设截污闸，旱季开闸，污水进入朝阳溪下段截污管；雨洪时关闸，合流污水进入下段明渠，排入邕江。