城市面源污染的驱动力是沉积物径流冲刷，包括地表沉积物冲刷和排水管道内沉积物冲刷；降雨径流对污染物的初期冲刷效应为控制城市水环境污染提供了机会，使得人们可以尽可能少的截流、处理污染最严重的初期雨水，而不是截流全部降雨径流，从而达到环境、经济最优化。除却城市总体规划、工业布局、城市社会管理等其他的面源污染的影响因素，站在排水工程的角度来看问题，控制面源污染的关键是初小雨控制，尤其是合流制污染水的溢流频率和溢流量控制。

目前，国内外面源污染控制理念，从“源头控制”到“末端截流”的各种工程技术手段和社会管理手段中，初雨调蓄池、初雨截污深隧属于末端截流手段之一，因其快速、高效而得到广泛应用，相对于调蓄池，截污深隧除了可以储存初雨外，还可以将储蓄的初雨输送至污水处理厂集中处理。

理论上，初雨截污深隧既可以应用于分流制雨水排放系统，也可以应用于合流制排水系统。国内外工程实践表明，用于分流制排水系统的案例很少。本章仅讨论合流制系统初雨截污深隧。

初雨截污深隧系统包括预处理构筑物、跌水竖井、连接支隧、主隧道、初雨处理厂等，典型预处理构筑物布置如图3-10所示。由于需要控制初雨截流量和污染水散发的臭味，截污隧道系统预处理构筑物相对比较复杂，包括合流管截流设施、闸门井、格栅、沉砂池、通风、除臭等设施。

图3-10　截污深隧预处理构筑物布置实例图

为了最大限度控制水体污染，预处理构筑物一般设在合流主干管末端、排入受纳水体之前，主隧道通常沿受纳水体布线，如泰晤士河截污深隧设置17座截污竖井，基本布置在泰晤士河沿岸，主隧道大致沿泰晤士河平行布线，如图3-11所示。广州东濠涌排水深隧的竖井选址和主隧布线也基本如此。

截污隧道主要是发挥其调蓄功能，将截流初雨暂时储存在隧道内，雨停后，在一定时间段内，逐步将调蓄初雨输送到现有污水厂或专用初雨处理厂，处理达标后排放。如果现有污水处理厂处理能力充足，深隧截流初雨可以输送至污水厂处理，节省工程投资；如果现有污水厂规模不足以处理截流的初雨，则需要在深隧末端附近设置专用初雨处理厂。初雨截流深隧调蓄初雨的运作频率与当地降雨气候条件密切相关，雨季蓄水频率高，旱季蓄水频率低。旱季截污深隧难以为初雨处理厂提供稳定流量，因此，初雨处理厂通常选择物理化学法处理工艺，比如高效沉淀池、砂滤池等，近几年逐渐受到关注的活性焦吸附工艺也有应用，比如郑州市马头岗污水处理厂活性焦吸附装置、淀池活性焦吸附试验段等，可以将污水厂一级A尾水处理到主要指标达地表Ⅲ类水要求。

图3-11　泰晤士河截污深隧平面布置图

截污深隧处于地下深层空间，一般使用末端排污泵站的方式提升隧道内调蓄初雨至处理厂。与雨水调蓄池类似，截污深隧放空时间直接影响其使用效率。理论上，放空时间越短，隧道使用效率越高，但所需要的初雨处理厂规模则越大，工程投资和运营费用相应增加。理想状态下，调蓄初雨在一年内间隔最短两场雨的间隔时间内放空最理想，截流深隧使用效率可以达到100%，现实中显然是有困难的。这就需要进行长期降雨分析，如30年期连续降雨记录曲线或典型年降雨曲线，将长期降雨数据输入数学模型，分析隧道截流频率和截流量，结合受纳水体环境容量，合理设置放空时间，达到环境效益、经济效益的最大化。截污深隧截流污染物浓度比较高的初雨，污染严重地区，初雨水质接近或超过生活污水，为了保证深隧运营安全和避免臭气影响周边居民生活，在截流竖井、隧道末端泵站等位置，需要设置完善的通风和除臭设施。

3.2.3.1　规模设计

截污隧道设计规模涉及各个构筑物的规模论证，包括截流口、跌水竖井、隧道调蓄容积、末端泵站、初雨厂等。截污深隧规模论证的核心内容是确认初雨深度。

规模论证方法可以采用传统人工计算做初步论证，也可以采用计算机数学模型方法做详细分析论证。显然，依靠目前强大的计算机计算能力，数学模型甚至可以直接运行年降雨曲线模型，甚至10年或更长时间降雨模型，可以对深隧调蓄规模、放空时间做更加详细、快速、准确地计算，辅助工程师进行方案论证。比如，深圳前海深隧工程的沉积物分析，工程师采用InfoWorksICM 软件，建立了十年降雨模型，对深隧沉积物总量、累积位置做了详细分析，进而对沉积物管理包括清淤频次等提出相应建议。

《室外排水设计规范》对于合流制和分流制雨水调蓄池容积计算，分别提出截流倍数和初雨深度两个概念。对于截流倍数法可将当地旱季污水量转化为当量降雨强度，从而使系统截流倍数和降雨强度相对应，考虑现有污水处理厂可以处理的旱季污水当量强度，其余溢流量即为雨水调蓄池的截流降雨量。截污深隧调蓄容积计算与用于污染控制的雨水调蓄池容积计算类似，《室外排水设计规范》建议合流制雨水调蓄池计算：

式中 V——调蓄池有效容积（m3）；

　　 ti——调蓄池进水时间（h），宜采用0.5～1h，当合流制排水系统雨天溢流污水水质在单次降雨事件中无明显初期效应时，宜取上限，反之，可取下限；

　　 n——调蓄池建成运行后的截流倍数，由要求的污染负荷目标消减率、当地截流倍数和截流量占降雨量比例之间的关系求得；

　　 n0——系统原截流倍数；

　　 Qdr——截流井以前的旱流污水量（m3／s）；(www.daowen.com)

　　 β——安全系数，可取1.1～1.5。

用于分流制排水系统径流污染控制时，雨水调蓄池的有效容积计算：

式中 V——调蓄池有效容积（m3）；

　　 D——调蓄初雨量（mm），按降雨量计算，可取4～8mm；

　　 F——汇水面积（hm2）；

　　 φ——径流系数；

　　 β——安全系数，可取1.1～1.5。

在计算出调蓄容积的基础上，根据深隧长度、合适的自净流速，可以初步确定截污深隧的内径和深隧底坡度，国内外深隧工程经验，一般取最小坡度0.001。

深隧放空时间直接决定了截污隧道的使用效率和末端泵站、初雨处理厂的设计规模，需要根据当地长期降雨数据、受纳水体环境容量、污染负荷消减目标、工程建设成本、运营成本等综合分析，达到环境效益、经济效益最优化。《室外排水设计规范》建议调蓄池放空时间为：

式中 t0——放空时间（h）；

　　 V——调蓄池有效容积（m3）；

　　 Q′——下游排水管道或设施（泵站、污水厂）的受纳能力（m3／s）；

　　 η——排放效率，初雨调蓄隧道取值1.0。

3.2.3.2　截污深隧设计注意事项

截污深隧流量波动比较小，设计过程中需要注意以下几点：

①详细论证初雨深度，同一个深隧系统，不同排水体制初雨截流量不同。

②根据现有污水厂规模、受纳水体环境容量、污染负荷去除率目标、工程成本、运营成本等因素，综合分析论证隧道放空时间。

③污染初雨进入隧道前，可设置沉砂池，尽量将大颗粒沉积物消除在隧道系统外。如果征地等因素限制，无法布置沉砂池，则需要做沉积物管理综合分析，制订详细隧道清洗计划，比如利用污水厂尾水定期冲洗隧道。

④截污隧道通常为重力流进入末端排污泵站，大多数情况下，隧道工作为非满流状态，需要对整个隧道系统做空气动力分析，设置完备的通风系统，保证隧道运营安全。