某縣城中心城區(qū)初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計及環(huán)境效益研究

李 光

（安徽省城建設(shè)計研究總院股份有限公司，合肥 230001）

初期雨水是城鎮(zhèn)面源污染的主要來源，其組成部分主要有雨天混接污水、地表徑流污染、管道沉積物等，污染物負荷高。目前，大多數(shù)城市中心城區(qū)的排水體制主要為雨污合流制，暴雨期間，初期雨水混合著污水超過了合流制排水系統(tǒng)的截流能力，直接溢流排入水體，不僅會影響下游河道的水環(huán)境質(zhì)量，甚至會導致黑臭水體的出現(xiàn)[1-2]。因此，必須研究初期雨水污染治理手段，對初期雨水加以有效控制。

自20世紀60年代起，美國、德國、日本等就已開展了合流制排水系統(tǒng)溢流污染研究。美國費城將充氣式橡膠堰應(yīng)用于合流制溢流口，充分利用現(xiàn)有設(shè)施的儲存容積，截流量達到降雨總量的70%。德國采用大量分散式、小規(guī)模雨水調(diào)蓄池截流合流制管道的溢流污水和雨水，并通過沉淀處理或者旱季（晴天）時送到污水處理廠進行處理，較快地實現(xiàn)了城市排水系統(tǒng)的改造和合流制溢流污染的有效控制。目前，我國一些城市已經(jīng)認識到初期雨水污染的問題，采取了一些污染控制措施。上海市率先提出合流制排水系統(tǒng)污染物控制技術(shù)研究，并將初期雨水調(diào)蓄池作為控制溢流污染負荷的重要手段，蘇州河治理二期工程項目建設(shè)了5座地下式調(diào)蓄池，削減排入蘇州河的污染負荷[3-5]。

本文結(jié)合某縣城中心城區(qū)初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計實例，介紹了合流制排水系統(tǒng)中初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計要點，對調(diào)蓄池運行后對合流制排水系統(tǒng)的環(huán)境效益進行了評估研究。

1 工程概況

近年來，某縣城根據(jù)“環(huán)巢湖地區(qū)生態(tài)保護修復工程”，陸續(xù)修建了沿河截污管道和泵站，通過截污治污等手段，大大提高了城鎮(zhèn)生活污染控制率。城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量有了一定程度的改善。但后續(xù)提高的難度加大，究其原因，主要是對初期雨水污染缺乏有效的治理手段。

某縣城中心城區(qū)雨水調(diào)蓄工程屬于店埠河干流子系統(tǒng)雨水分區(qū)，總服務(wù)面積14.39 km2。根據(jù)店埠河沿岸各排口的分布情況、各排口的服務(wù)范圍、城市建設(shè)情況、現(xiàn)狀及規(guī)劃雨水管道的實施情況，在工程范圍內(nèi)新建2座調(diào)蓄池，1#調(diào)蓄池的服務(wù)范圍為4.98 km2，2#調(diào)蓄池的服務(wù)范圍為9.41 km2。

2 初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計

2.1 初期雨水污染控制標準

關(guān)于初期雨水污染控制，目前國內(nèi)外還沒有一個統(tǒng)一的標準。從工程學角度來說，主要有兩種表達方法：一是污染物控制率和溢流次數(shù)標準；二是當量雨量標準。國內(nèi)外主要的初期雨水污染控制標準如表1所示。

表1 不同排水體制初期雨水污染控制標準選擇

根據(jù)某縣城排水現(xiàn)狀及店埠河流域水污染治理的要求，本工程結(jié)合溢流污染物總量控制及合肥市初期雨水截流標準，參考合肥市相關(guān)工程的實踐經(jīng)驗，擬采用截流標準為6 mm。

2.2 初期雨水調(diào)蓄池的容積計算

調(diào)蓄池的容積計算是初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計重點。調(diào)蓄池設(shè)計得過小，不足以滿足對初期雨水的控制，仍會造成河道污染；而調(diào)蓄池設(shè)計得過大，則造成土建的浪費，增加工程費用。

該工程根據(jù)《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》（GB51174-2017）3.1.5條內(nèi)容，按式（1）計算雨水調(diào)蓄池的有效容積，計算結(jié)果如表2所示。

式中，V為調(diào)蓄池有效容積，m3；D為調(diào)蓄量，mm，按降雨量計；F為匯水面積，hm2；ψ為徑流系數(shù)，本次取值0.7；β為安全系數(shù)，可取1.1～1.5，本次取值1.2。

表2 調(diào)蓄規(guī)模一覽表

2.3 調(diào)蓄池的布置形式

該工程分建2座調(diào)蓄池，1#調(diào)蓄池2.5萬m3，2#調(diào)蓄池5.0萬m3。根據(jù)工程的建設(shè)需要，近期新建2#調(diào)蓄池，主要工程內(nèi)容包括：調(diào)蓄池及配套的格柵及進水泵房、離子除臭間等建、構(gòu)筑物。

2#調(diào)蓄池的平面尺寸為L×B×H=110.0 m×54.0 m×10.0 m（有效水深8.0 m），沖洗方式為真空沖洗，根據(jù)沖洗水量的要求將廊道劃分為7道，每個廊道內(nèi)有一個存水室，單個存水室內(nèi)設(shè)一個真空閥，共7個真空閥，其中調(diào)蓄池采用3個真空閥共用1臺真空泵及兩個真空閥共用一個真空泵兩種形式，共3臺真空泵3.0 kW，100 m3/h。液位計共9個及配套閥門組、控制柜2個。該工程在調(diào)蓄池進水管前設(shè)置2臺水平溢流格柵，尺寸7 000×1 540×300 mm，柵隙6 mm，單套處理量5.52 m3/s。

2.4 運行工況

調(diào)蓄工況：經(jīng)截流干管輸送的初期雨水首先進入粗格柵及進水泵房，經(jīng)粗格柵攔截初期雨水中大塊漂浮物后出水進入調(diào)蓄池，待調(diào)蓄池續(xù)滿后，關(guān)閉進水泵。在晴天污水排放低谷時段，開啟調(diào)蓄池內(nèi)的出水提升泵，將初期雨水轉(zhuǎn)輸至污水管道，最終輸送至污水處理廠，經(jīng)處理達到排放水體的要求后排出。

排澇工況：暴雨時段，通過智能截流井控制系統(tǒng)關(guān)閉各排口截流井的進水閘門及調(diào)蓄池進水閘門，直接將雨水排至店埠河。

2.5 調(diào)蓄水體出路

本工程調(diào)蓄設(shè)施用于溢流污染控制，其存儲的水體水質(zhì)一般不能滿足直接排放標準，需進行水質(zhì)處理達標后方能排放。目前，主要處理方式有兩種：轉(zhuǎn)輸至污水處理廠處理和就地處理。

2.5.1 轉(zhuǎn)輸至污水處理廠處理

旱季截流的旱季污水和雨季截流的初期雨水均送到污水處理廠處理，處理達標后排入水體，調(diào)蓄池僅起調(diào)蓄作用，不起凈化功能。

2.5.2 就地處理

旱季截流的旱季污水直接送入現(xiàn)狀污水管網(wǎng)，送到污水處理廠處理；雨季截流的初期雨水通過調(diào)蓄池配套的處理設(shè)施處理達標后直接排入水體。

本工程截流店埠河干流沿線排口初期雨水后進入2#調(diào)蓄池，調(diào)蓄規(guī)模為5.0萬m3。經(jīng)調(diào)蓄池調(diào)蓄后的初期雨水分三天錯峰轉(zhuǎn)輸?shù)轿鬯幚韽S進行處理，近期每天轉(zhuǎn)輸處理規(guī)模為1.67萬m3。

3 調(diào)蓄池的環(huán)境效益研究

3.1 徑流總量控制

調(diào)蓄池的主要作用是對徑流雨水進行儲存、滯留、沉淀、蓄滲或過濾以控制徑流總量和峰值，實現(xiàn)污染徑流控制的目標。根據(jù)合肥1989-2008年20年見降雨資料統(tǒng)計（無1-3月降雨資料），共有降雨事件1 346場，其中汛期降雨720場，非汛期626場。筆者統(tǒng)計了不同截流標準下的徑流總量，如表3所示。

表3 各截流標準下截流量百分比

本工程采用截流標準為6 mm，工程實施后年均溢流場次減少29次，仍有41次降雨事件超過標準溢流排入店埠河。在這41次出現(xiàn)溢流的降雨事件中，截流量達到26.9%，考慮到中強降雨事件后期溢流污染物負荷相對較低，6 mm截流標準已能截流污染物負荷總量的50%～60%。

調(diào)蓄池截流標準的選用直接影響調(diào)蓄池暴雨溢流削減量和削減率。應(yīng)當因地制宜，根據(jù)當?shù)氐慕涤晏卣骱拖聣|面特征，并結(jié)合已建工程的實際運行效果和地區(qū)削減污染負荷的實際需要，采用合適的調(diào)蓄池容積設(shè)計標準。

3.2 污染物總量控制

以2#調(diào)蓄池為例，調(diào)蓄規(guī)模為5.0萬m3，調(diào)蓄池出水接入到污水處理廠處理后排放，出水水質(zhì)執(zhí)行《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB34/2710-2016）。其主要進、出水水質(zhì)參數(shù)如表4所示。

表4 設(shè)計進、出水水質(zhì)一覽表

從表4可以看出，本次初期雨水調(diào)蓄工程可以在很大程度上削減排入店埠河的污染物總量，改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，有效緩解店埠河流域的水污染，滿足店埠河水質(zhì)管理的要求。

4 結(jié)語

隨著我國對于水環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，初期雨水污染控制與治理將受到更加廣泛的關(guān)注和重視。初期雨水污染控制是一項全方位、多領(lǐng)域的系統(tǒng)工程，目前尚無統(tǒng)一的建設(shè)標準，本文以某縣城中心城區(qū)初期雨水調(diào)蓄工程為例，從初期雨水污染控制標準、調(diào)蓄池容積計算、調(diào)蓄池布置形式、運行工況和調(diào)蓄水體出路等角度闡述了調(diào)蓄池設(shè)計的思路，通過徑流總量和污染物總量兩個方面論證了初期雨水調(diào)蓄給合流制排水系統(tǒng)帶來的環(huán)境效益，證明初期雨水調(diào)蓄池確實具有較好的暴雨溢流量和溢流污染物削減能力，并能提高短期內(nèi)排水系統(tǒng)的排水標準和延緩暴雨洪峰時間。該縣城的工程實踐表明，雨水調(diào)蓄池在初期雨水污染控制與治理方面能夠發(fā)揮一定的作用。