科创中国

针对滨河区域城镇具有工业、生活点源及面源等多种污染源，以及现有排水系统不完善造成污染排河问题，开发排水系统适宜性截污技术及装备，有效削减入河污染负荷。 本项目研发源于“十三五水专项”课题中的“适宜性截污技术”相关内容，后又获得广东省重点研发计划支持，进一步深化研发。目标区域一般为“大分流，小合流”排水管网系统，即总体进行了雨污分流形成分流制管网体制，但部分地块支管分流不彻底，存在合流制区域。项目以排河污染负荷减排、建设运营成本低、经济及环境效益高为目标，建立多目标截流体系，即晴天截流点源污染，雨天截流面源污染，同时避免内涝产生。技术路径如下：基于InfoWorks构建管网模型，根据水量模拟结果及水质监测值评估内涝及排河污染负荷；提出初期降雨径流有效截流理念，并以此为参数布设截流系统；构建厂网一体化模型，以污染负荷削减为目标建立模型预测的控制方案（MPC）；开发智慧截流井装备，将MPC方案嵌入管网设施控制平台，软硬件结合实现关键节点排污量控制，达到晴天点源污染全截流、雨天有效截流面源污染并进一步调蓄及处理，减少入河污染物排放。

(1)针对滨河城镇区多种排水体制并存，管网可能错混接，以及多种污染源共存的复杂状况，耦合监测数据构建管网模型，模拟内涝、定量评估入河污染负荷，确定截流目标和针对大、小雨的截流策略；模拟不同降雨下的内涝情形，分析内涝成因，截污同时考虑内涝防控，截流设计后复核管网在设计降雨下运行安全。该项适宜性截污技术及装备不受管网体制限制，不以彻底的管网分流改造工程为必须条件，节约成本，适应性广。(2)针对上下游汇水时间不同，末端截流无法有效截流上游汇水区初期雨水的问题，首次定义“有效截流率”概念，即实际截流的初期径流占应截流初期径流量的比例，并以此为指标构建分散式截流系统；同时，构建排水系统MPC模型，求解多目标非线性约束方程，得到基于有效截流率最大，即负荷削减最大的流量分配方案，在不同节点、不同降雨下进行截流量分配调控。通过管网控制平台实现可视化和远程调控，易于操作，快捷高效。(3)开发智能截流井为有效截流初期径流、精准截污的实现提供硬件支持。截流井截流量可控可调，对有无调蓄池，以及先截流后调蓄，先调蓄后截流三种不同截流形式进行设计，根据负荷控制量确定截流量、限流量及限流管管径，接入管网控制平台

近年来，我国城市化进程快，长三角、珠三角经济发达区域在城市发展过程中，大规模新建或改建市政管网。管网新、扩建和雨污分流过程中存在合流制、分流制及混流区域，管网系统复杂。加之重建轻管，重地上轻地下的建设理念，管网错漏接、混接现象严重。因此，居住区、商业区、工业区、农业区产生的点源、面源污染物均可通过排水管网系统进入受纳水体，特别是雨天面源污染占比较大，造成水体环境的污染问题。同时，有研究表明初期径流中的污染负荷占总负荷的比例可能超过70%,其污染物浓度高于普通城市污水。因此，在控制面源污染的时候常常针对初期雨水进行截流、调蓄、处理。目前，国外主要通过低影响开发技术（LID），最佳雨洪管理（BMP）实现面源污染控制，但这些技术主要针对发达城市区域，而针对我国实际发展中城镇管网系统复杂，存在多种污染源，晴天也需截污的适宜性截污技术开发相对较少。

本项目针对滨河集镇区域具有工业、生活点源及面源等多种污染源问题，以及现有排水系统不完善、初期雨水负荷有效截流率低的问题，开发针对多源污染的排水系统适宜性截污技术及装备。以模拟采样数据为基础，不受管网体制限制，不以彻底的管网分流改造工程为必须条件设计截流、控制系统，可以有效削减入河污染负荷。同时，该研发技术的产业化推广应用取得了良好的经济、环境、社会效益。

清华大学深圳国际研究生院市政排水系统研究团队参与了“十一五”、“十二五”和“十三五”国家重大水专项课题，具体为：“十三五”国家重大水专项课题“重污染河流负荷削减与污染控制技术集成与示范”和“太湖流域城镇生活污染综合控制及管网改造提升技术研究”、“十二五”国家重大水专项课题“城区管网优化管理与面源污染控制技术研究”和“十一五”国家重大水专项课题“老城区水环境污染控制及质量改善技术研究与示范”。团队经过多年技术攻关，结合“十一五”、“十二五”和“十三五”水专项的目标与实践，建立了针对城市河流污染治理的“源解析-系统模拟-控源截污-水体修复-运维监管”的总体思路，重点突破了污染源解析、污染负荷与水质变化响应关系模拟、系统优化设计与目标定量评估、污染源全过程控源等一系列关键技术，研发了“沿河民居污水真空排水收集系统”、“初期雨水收集与快速净化技术与设备”、“滨河集镇区域多源污染适宜性截污技术”、“集镇污染源精准调度智能管网控制集成技术”等系列技术，以及“新型多功能智能截留井”、“适宜性污水提升输送装置”等多台（套）设备。

经济效益：该项目累计合同金额4.13亿，其中截污控源工程占比大约在2.53亿，其中2019年、2020年、2021年三年新增利润分别为3367.2万、693.0万和978.4万，新增税收分别为449.0万、105.5万和453.2万，节支总额分别为1225.3万、269.2万和912.7万，新增利润合计5038.6万，新增税收合计1007.7万，节支总额累计2407.2万，创造了显著的经济效益。

社会、环境效益：项目作为重大专项课题，具有示范引领作用。雨天面源污染的有效截流、控制，对解决黑臭水体问题，提升水环境质量起到关键作用。水环境的改善提升了周边居民的居住体验，提升了人民幸福感。污染源过程截流、控制技术，相对于管网系统的大规模新建、改建，成本更低，并能将高浓度溢流污染输送至污水厂，提高了污水处理厂的效能，同时防止过多低浓度雨水进入污水厂对常规运行造成冲击。项目在珠三角、长三角区域进行了推广应用，获得良好的社会反馈。综上，本技术的社会、环境效益良好，具有先进技术工程示范作用。

依托国家水专项，在常州市庙桥片区开展示范工程。周边服务人口约6500人，面积3.12km²。示范工程实施后，入河面源综合控制技术达到SS削减65.1%，COD削减65.4%；面源及点源等主要污染物COD等入河负荷削减74.7%。

适宜性截污技术2020年在广东省"污染防治与修复"重点专项中进一步开发应用。示范工程位于董塘一桃陈沙溪区域，面积14.6km²，雨季面源污染管网溢流污染削减30%以上，河道主要水质从黑臭达到V类标准。

同时，技术应用于多个水环境治理项目中管网“控源截污”部分，如博罗县石湾镇中心排渠水环境生态修复项目，铁场排洪渠截污控源工程，汕头朝南练江流域支流生态修复项目，汕头金砂公园湖水水质提升项目等，项目合同金额累计2.53亿，项目实施后水体环境从黑臭达到V类或以上。

开发的智能截流井，具有截流、泄洪排涝、防河水倒灌以及远程自动控制等功能，常州高新区共建设智能截流井153座，运行良好，并已纳入该区智慧水务管理平台。常州及周边区域新建截流井或截流泵站150多座，共计300多座。

从行业发展趋势看，未来进入高质量发展阶段，排水系统精细化地评估，优化设计，针对性的方案日益重要，结合模拟、数据传输、远程控制技术的发展，排水系统的“控源截污”技术体系将更加完善，项目在该领域起到了良好的引领示范作用。未来，将进一步与合作单位共同实现技术、产品的产业化，并通过技术转让、技术许可、作价入股、合作开发、技术咨询、技术服务、委托开发等多种方式与投资人及企业合作。