城市给排水系统中雨污分流改造技术研究

近年来，随着城市规模的持续扩展与人口密度的不断提高，城市基础设施面临严峻考验，其中给排水系统的运行效率和环境影响尤为突出。我国多数早期建设的城市采用合流制排水系统，这种系统虽然在早期具备一定的经济性和便利性，但随着城市功能日趋复杂，合流制排水的弊端愈发显现，雨污混流直接导致水体污染加剧、污水处理设施超负荷运行，且在强降雨天气下极易引发城市内涝，影响居民生活与城市安全。面对日益严峻的水环境治理任务与国家生态文明建设目标，推进雨污分流改造已成为提升城市排水系统效能、改善水环境质量的重要途径，亟需结合技术创新与系统优化，探索更加科学、经济、可持续的改造路径。

一、城市排水系统现状与雨污分流改造的必要性

（一）城市排水系统的发展现状

我国城市排水系统大致分为合流制和分流制两类。合流制系统将雨水与污水通过同一管道排入污水处理厂或直接排放水体，具有投资省、施工周期短、早期维护简便等优势，广泛应用于 20 世纪前中期建设的城市区域。但该系统在雨水量骤增时，容易发生污水直排，造成水体污染问题。而分流制系统则通过独立的雨水管和污水管分别输送雨水与污水，污水进入污水处理厂集中处理，雨水经过必要处理或直接排入水体，能够有效改善排水系统功能，提高水环境质量。近年来，随着城市规模扩大与排水需求增长，分流制系统的优越性逐渐凸显，成为新建城区的普遍选择。然而，老旧城区仍存在大量合流制排水系统，技术老化、管道堵塞、混接问题普遍，严重影响城市排水系统整体效能。

（二）合流制系统存在的环境与社会问题

合流制系统在降雨初期因雨水冲刷地表及管网沉积物，携带大量污染物质，包括悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、生物需氧量（ BOD₅ ）、氨氮（NH₃-N）等，对受纳水体造成严重污染。据监测，典型合流制初期雨水径流污染负荷中，SS 浓度可高达 500mg/L，COD 高达 600mg/L ，远超地表水Ⅲ类标准。此外，合流制系统在暴雨期间易出现污水处理厂溢流现象，超负荷运行降低污水处理效率，部分污水未经处理直接排入河道，水体富营养化问题加剧。部分城市在降雨量超过设计重现期（一般为 1 年到 2 年）时，容易出现井盖冒水、路面积水、下凹式立交桥积水甚至大范围内涝，严重威胁居民出行安全和城市运行稳定。

（三）雨污分流改造的必要性分析

针对上述问题，雨污分流改造成为破解城市水环境困局的重要途径。首先，通过独立雨水与污水管道系统，污水全部输送至污水处理厂集中处理，雨水可根据需要进行预处理后排放，有效减少水体污染物入河总量 [1]。其次，雨污分流降低污水管网输送负荷，提升污水处理系统运行效率，减轻污水厂处理压力。再次，分流制系统设计标准一般考虑重现期在 1 至 3 年的降雨强度，配套雨水调蓄池、雨水截流井等设施，可有效缓解极端降雨期间的内涝风险。此外，分流制有助于雨水资源化利用，如雨水回收系统、雨水渗透系统的布设，促进雨水就地消纳与补充地下水，增强城市生态系统韧性。根据《城镇污水处理及污染防治技术政策》（2015 年版）要求，重点流域与水源地保护区、地下水型饮用水源保护区、国家级重点生态功能区，应优先实施雨污分流改造，推动水环境质量持续改善。

二、雨污分流改造的关键技术与实施路径

（一）现状评估与系统规划

高效、精准的改造前期调查是保障雨污分流工程顺利实施的基础环节。首先，需全面开展排水系统普查，重点包括管径、材质、管道走向、节点位置、雨水出口与污水排放口的空间分布、混接状况及各类附属设施的运行状态与结构完整性。针对老城区历史遗留问题复杂、资料缺失的情况，普查过程中广泛应用高密度非接触式雷达（GPR）、管道内窥检测（CCTV 机器人爬行检测）、无人机倾斜摄影航测、三维激光扫描、GIS 空间数据建模等先进技术，建立覆盖面广、信息准确的数字化地下管网档案系统。其次，针对典型混接、错接问题，利用烟雾试验、染色跟踪、水质在线监测、流量分析等多手段组合排查，精准定位雨污混接点、非法接入点与管道渗漏区段，形成问题清单。结合城市地形地貌特征、土地利用现状、交通道路分布、水系走向及地质条件，科学划分排水分区，优先安排人口密集、环境敏感、内涝高风险区域的分流改造。系统规划中需充分考虑区域发展需求、地下空间资源、建设时序、经济投入与环境效益，制定分区、分步、分期的综合改造实施方案，确保工程具备可操作性、投资效益最大化及长期运行的可持续性。

（二）管网改造与新建技术

雨污分流改造的核心技术在于合理新建与高效更新独立的雨水与污水管道系统，确保两者输排路径物理隔离、功能互不干扰 [2]。对于既有老旧管网，常见的结构性缺陷包括腐蚀破损、接口松动、渗漏严重、沉降变形等，需采用先进的内衬修复技术进行加固与功能恢复。目前广泛使用的修复方法包括 CIPP（原位固化法）内衬、HDPE 高密度聚乙烯内衬、螺旋缠绕结构修复等，可在不大规模开挖的前提下，提升管道整体强度、防渗性能及耐久性，适用于 Φ200～Φ2000mm 各类中小口径管道。新建管网设计遵循相关标准，结合雨污分流实际需求，科学确定管径、坡度与流速参数，保障系统具备足够的输排能力与自净能力 [3]。雨水管道材料常选用 HDPE 波纹管、PP 增强复合管或钢筋混凝土管，兼顾轻质高强、耐腐蚀、耐冲刷性能；污水管道优先选用HDPE、球墨铸铁、PVC-U 高性能材料，确保抗腐蚀、耐磨耗、密封可靠。为降低对城市道路交通、市政管线与周边建筑的影响，施工过程中广泛应用微型盾构、水平定向钻（HDD）、泥水平衡顶管、浅埋暗挖等非开挖施工技术，适用于主干道、建筑密集区、既有地下设施密集区等复杂环境，提升施工效率，缩短工期，降低扰民程度。

（三）配套设施与智慧排水系统建设

完善的配套设施是雨污分流系统长期稳定、高效运行的重要保障。雨水调蓄池的合理布局与建设，可有效削减暴雨高峰流量、减轻排水系统负荷，常见类型包括地埋式调蓄池、下沉式绿地调蓄区、透水铺装雨水调蓄系统等。调蓄池结构多采用钢筋混凝土、预制装配模块或 HDPE 拼装系统，具备结构稳固、施工快捷、易于维护的特点，设计调蓄容积依据汇水面积、设计暴雨强度与重现期（一般取 13 年）计算，典型指标为5001000 m³/ 公顷。雨水截流井设置于雨污交汇点、关键节点处，配备智能化自动控制闸门与溢流口，能有效截流初期雨水径流中的高浓度污染物（如 SS、COD、BOD₅、氨氮等），降低水体污染风险，保障受纳水体水质安全[4]。智慧排水系统基于物联网（IoT）架构，结合 SCADA 自动化监控平台，部署在线水质传感器、流量计、液位计、溢流报警器等多种终端设备，实时掌握雨水、污水管网运行状态及关键水质指标变化。通过数据集中管理与动态分析，智能预测降雨过程、内涝风险，实施远程控制、智能调度与应急响应，保障排水系统整体协同高效运行 [5]。配合大数据挖掘与人工智能（AI）分析模型，系统可实现雨水资源化利用、污染负荷精准控制与运行管理智能优化，助力构建安全、绿色、智慧的现代城市排水体系。

三、雨污分流改造案例分析与技术优化方向

（一）典型城市雨污分流改造案例

以某市雨污分流改造工程为例，该项目是城市核心区大规模系统性分流改造的典型案例。改造区域总面积约 15 km ²，涉及居民区、道路、公园、企事业单位等多元用地类型，地下管线密集，施工环境复杂。项目总体管网改造长度超过 120km ，其中雨水管道与污水管道按照独立系统分别新建与改造，全面实现雨污分流。针对既有老旧管网破损、渗漏严重的问题，采用 CIPP（原位固化法）内衬修复技术，有效提升管道结构强度与密封性能；在道路交通繁忙、地下空间条件受限区域，广泛使用非开挖顶管与微型盾构技术，最大限度减少地面交通干扰，保障施工安全与效率。项目配套建设 1000m 级地埋式雨水调蓄池，具备雨水调蓄、削峰、沉淀功能，提升系统暴雨期间的承载能力。同时，在重点节点安装50 座智能截流井，结合在线水质监测、液位感知与自动控制技术，实现对初期高污染雨水的高效截流与定向输送。项目实施后，区域内污水收集处理率由改造前的 65% 大幅提升至 98% ，地表水体的 COD、氨氮等主要污染物浓度分别下降约30% 与 40% ，显著改善了周边水环境质量，提升了城市排水系统整体运行水平与环境承载能力。

在某中小城市，结合城市实际情况，采取分区分步、逐年推进的雨污分流改造模式。该市老城区因建设年代久远，存在大量雨污混接、错接现象，排水系统运行效率低，且区域内涝问题突出。改造过程中，优先选择人口密集区、易涝点、学校、医院及水源保护区等重点区域实施改造，确保资源投入效益最大化。新建雨水管网总长度达到35 km ，全部采用 HDPE 高强度双壁波纹管，具有良好的耐腐蚀、耐压与抗沉降性能，适应复杂地质条件下的施工需求。与此同时，全面引入LID（低影响开发）理念，在道路、社区、公园等区域配置雨水花园、渗透铺装、植草沟、生物滞留带等设施，有效提高雨水的就地渗透、调蓄与利用能力，减轻雨水径流对市政排水系统的压力。根据统计，项目实施3 年内，累计减少未经处理的污水溢流量约 20 万立方米，极大缓解了城区排水系统超负荷运行问题，明显降低了暴雨期间的内涝风险，全面改善了城市水环境质量与居民生活条件。

（二）雨污分流改造中的技术难点

城市既有空间资源紧张、地下管线密布，限制了新建独立雨污管道的布局与施工，特别是在老城区道路狭窄、人口密集区域，施工组织与交通疏解难度大，部分区域甚至面临无法开挖的局限性。老旧小区与建筑内排水系统老化严重，普遍存在雨污混接、错接、私搭乱接等问题，彻底整治需配套实施建筑内部管网更新、改造立管、检修排水井，增加整体改造成本与协调管理难度。此外，部分地区地质条件复杂，地下水位高、软土层厚、基岩埋深不均，非开挖施工风险较大，对施工工艺与专用设备要求较高，需结合地质勘察结果科学制定施工方案。改造期间，噪声、扬尘、道路开挖、临时交通封闭对居民生活与商业经营影响不可忽视。

（三）技术创新与发展方向

未来雨污分流改造应注重智慧排水系统的集成应用，基于物联网、大数据、云计算技术，构建实时感知、智能分析、动态调度的综合排水管理平台，提升系统整体运行效率。LID 技术与分流制系统协同发展，推广雨水花园、渗透铺装、屋顶绿化、下凹绿地等低影响开发措施，实现雨水源头减排、就地利用，降低雨水径流总量与污染负荷。新型高性能复合管材、柔性接口、模块化拼装结构的应用，有助于提高管道系统耐久性与适应性。多源协同治理理念强调区域水务、排水、交通、市政基础设施一体化设计与改造，形成系统化、可持续的雨污分流模式，推动城市水环境治理与基础设施现代化建设。

总结：雨污分流改造是提升城市排水系统运行效率、改善水环境质量、缓解内涝风险的关键举措。本文通过分析城市排水系统现状及存在问题，结合典型案例，探讨了雨污分流改造的核心技术路径与实际应用成效。研究表明，科学规划、合理采用 CIPP 内衬修复、非开挖施工、智能截流井、LID 设施及智慧排水系统等综合技术手段，能够有效提高污水收集率，降低水体污染物排放，改善城市水生态环境。面对未来城市发展与极端气候挑战，需持续推动技术创新，强化系统性治理理念，完善政策支持与公众参与机制，稳步推进雨污分流改造工作，构建安全、绿色、可持续的现代化城市排水系统。

参考文献：

[1] 张文远 . 基于城市综合流域排水模型的城市排水系统雨水管网改造研究 [J]. 水利规划与设计 ,2024,(12):21-24+125.

[2] 张国俊 . 城市排水系统雨污分流改造技术探究 [C]// 江西省工程师联合会 .2024年智能工程与经济建设学术会议论文集（能源工程与环境保护专题）. 广东金达莱建设工程有限公司 ;,2024:289-292.

[3] 邹灿锋 . 城市排水系统规划和设计的优化策略 [J]. 城市建设理论研究 ( 电子版 ),2024,(31):28-30.

[4] 张文远 . 基于城市综合流域排水模型的城市排水系统雨水管网改造研究 [J]. 水利规划与设计 ,2024,(12):21-24+125.

[5] 陈帅 , 舒启瑞 , 陈小龙 . 城市排水系统智能控制与调度研究 [J]. 给水排水 ,2024,60(07):155-161.