降雨對城市外排水量的影響分析及對策研究

張榮斌 馬暉斌 韓明 陸海濤 徐潔燕 潘澤棟

摘要：降雨原因造成的城市外排水量增加對于污水處理廠的穩(wěn)定運行具有重要的影響。本文基于嘉興市聯(lián)合污水排污區(qū)在2014～2016年的外排水量、降雨量和河道水位等數(shù)據(jù)，分析了降雨對外排水量的影響規(guī)律及其成因，提出了減少降雨對外排水量影響的相關(guān)措施，以期為城市污水處理廠的穩(wěn)定運行提供支撐。

關(guān)鍵詞：降雨徑流;外排水量;降雨量;河道水位

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.088

Study on the influence of rainfall on the urban sewage discharge and the countermeasures

Zhang Rongbin，Ma Huibin，Han Ming，Lu Haitao，Xu Jieyan，Pan Zedong

（Jiaxing United Sewage Pipe Network Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314000，China）

Abstract：The increase of the urban sewage discharge caused by rainfall has an important effect on the stable operation of the wastewater treatment plant.Based on the data of the urban sewage discharge，the rainfall and river water level， of Jiaxing City from 2014 to 2016，this paper analyzes the influence and causes of rainfall on the urban sewage discharge，and puts forward relevant measures to reduce the impact of rainfall，in order to provide support for the stable operation of the urban sewage treatment plant.

Key words：Rainfall-runoff;Sewage discharge;Rainfall;River water level

1背景

隨著城市化進程的加速發(fā)展以及國家對水環(huán)境保護的重視，我國普遍開展了對現(xiàn)有合流式污水雨水處理系統(tǒng)的改造，以避免降雨時過量雨水進入污水管網(wǎng)而造成污水處理廠進水量的增加，以及因此造成的污水處理廠在雨季進水濃度的降低，影響污水生化處理效果。目前，研究降雨對城市外排水量影響的相關(guān)研究較少。在國外，Hanner[1]等人研究了瑞典的兩座污水處理廠，結(jié)果表明在降雨條件下兩座污水處理廠的進水量大幅增加，造成了兩座污水廠的出水污染物濃度都超過了相關(guān)的污染物排放標準，不能達標排放。Mines[2]等人研究了24座污水廠，結(jié)果表明污水廠的進水量都與月平均降雨強度之間存在中等或較強的相關(guān)性。在國內(nèi)，有關(guān)降雨對污水處理廠運行影響的研究比較少見。趙珊[3]等人研究了降雨條件下污水廠生物處理系統(tǒng)的運行情況，結(jié)果表明在降雨條件下污水處理廠的脫氮除磷性能受到了顯著影響。因此，研究降雨對污水處理廠進水的影響具有重要意義。

2 研究方法

本文基于嘉興市聯(lián)合污水排污區(qū)的相關(guān)外排水量、降雨量和河道水位等數(shù)據(jù)，初步分析了降雨對城市外排水量的影響規(guī)律及成因，提出了減少降雨影響的對策措施。基于聯(lián)合污水外排系統(tǒng)在2014年、2015年和2016年的相關(guān)數(shù)據(jù)，全年超負荷（>60萬m?/d）運行天數(shù)分別達到78d、206d和280d，其全年平均日外排污水量分別為52.64、57.40、6.201×105m?/d，2016年以后系統(tǒng)正常外排污水量已經(jīng)基本飽和。因此，研究降雨對外排水量的總體影響分析選用了2014～2016年的數(shù)據(jù)，在具體影響原因分析時則選用水量最小的2014年的數(shù)據(jù)進行研究。

3 降雨對外排水量的影響分析

3.1 降雨對外排水量的長期影響分析

2014～2016年的聯(lián)合污水外排水量、月降雨量和月平均河道水位（市區(qū)防洪大包圍外的杭州塘）的相關(guān)數(shù)據(jù)分析見圖1和圖2。結(jié)果表明，外排水量在高溫多雨的夏季達到全年最高值，冬季低溫少雨時水量較小;在春節(jié)前后、因企業(yè)停產(chǎn)，外排水量達到全年的最低值。外排水量與降雨量、河道水位的變化趨勢呈現(xiàn)基本同步變化。初步分析，首先是嘉興地處東亞亞熱帶季風(fēng)區(qū)，雨熱同步，因此夏季多雨，同時夏季高溫用水量增加、相應(yīng)污水量增加。其次，降雨增加，由于雨污合流、雨污混接等原因進入污水管網(wǎng)的雨水量必然增加;河道水位上漲，相應(yīng)地下水水位同步上漲后、滲入污水管道的地下水量也增加。此外，一方面，隨著污水收集率的提升此三年數(shù)據(jù)總體逐年增長，另一方面，年降雨量也逐年增加，初步推測降雨因素是這幾年外排水量增加的次要原因之一。

3.2 降雨對外排水量的短期影響分析

2014年5～6月期間有連續(xù)多日強降雨，有數(shù)日小雨，有連續(xù)數(shù)日無雨，河道水位與降雨相關(guān)性較好。不同降雨過后，外排水量同步呈現(xiàn)不同幅度的增長，因此作為降雨影響外排水量的具體情況分析。由圖3可知，5mm以內(nèi)的日降雨對外排水量幾乎沒有影響，5～10mm左右的日降雨量，可增加日外排水量約2～5×104t，10mm以上的日降雨量的次日，即可對外排水量產(chǎn)生明顯影響，一般增幅在1×105t以上，連續(xù)3日以上降雨、并在日降雨20mm以上的次日，外排水量即可超過6×105t的設(shè)計能力，增幅在1.5×105t以上。考慮其時管網(wǎng)運行水位普遍偏高、甚至在起端外溢，推測如果外排設(shè)計能力足夠富裕，降雨后的外排量還會增加。河道水位的波動幾乎與外排水量重疊，在間接反映降雨對外排水量的影響的同時，也反映了服務(wù)區(qū)內(nèi)存在較為普遍的雨污混接和管井滲漏。

4 降雨對外排水量影響的成因分析

分析降雨期間外排水量大幅增加的原因，包括以下幾個方面：

（1）限于實施難度、歷史原因和小區(qū)污水收集三級污水管網(wǎng)實施的滯后，老城區(qū)、老舊小區(qū)、沿街商鋪等仍部分保留了合流制的排水系統(tǒng)，導(dǎo)致雨季超過截留倍數(shù)以外的雨水大量進入外排污水系統(tǒng)。（2）雨污分流制小區(qū)存在不同程度的雨污串管現(xiàn)象，導(dǎo)致雨季雨水甚至河水大量進入污水系統(tǒng)。（3）降雨時河道水位越高，相應(yīng)地下水滲入量也越大。同時，地下水?dāng)y帶著管道周邊土地進入管道，還會導(dǎo)致管道非正常淤堵、道路路基塌陷。（4）磚砌檢查井抗?jié)B能力差、管道連接和井體砌筑質(zhì)量差。

5 減少降雨對外排水量影響的措施

結(jié)合降雨對外排水量影響的成因分析，提出了減少降雨對外排水量影響的相關(guān)措施如下：

（1）結(jié)合舊城改建推進雨污分流改造，逐步減少合流制排水系統(tǒng)的范圍，最終全部實現(xiàn)雨污分流排水系統(tǒng)。（2）利用公園、停車場等公共空間，規(guī)劃布置一定數(shù)量的調(diào)節(jié)池，將雨季合流水予以存貯，在降雨后期逐步排放進入城鎮(zhèn)生活污水處理系統(tǒng)，減少對污水系統(tǒng)的沖擊以及對內(nèi)河水體的污染。（3）結(jié)合CCTV等檢測手段以及市政道路建設(shè)、綠化提升、小城鎮(zhèn)綜合改造、海綿城市改造等工程，改造或重建滲漏嚴重的結(jié)構(gòu)性缺陷管井。重新敷設(shè)的管材推薦使用強度高的鋼筋砼混凝土（沒有工業(yè)廢水接入的地區(qū)）或球墨鑄鐵管，完善原材料進場第三方質(zhì)量抽檢、施工質(zhì)檢和竣工驗收檢測監(jiān)測程序。

6 結(jié)論與展望

降雨原因造成的城市外排水量增加對于污水處理廠的穩(wěn)定運行具有重要的影響。本文基于嘉興市聯(lián)合污水排污區(qū)在2014～2016年的外排水量、降雨量和河道水位等數(shù)據(jù)，分析了降雨對外排水量的影響規(guī)律及其成因，結(jié)果表明降雨是造成外排水量增加的重要因素。因此，預(yù)期通過對合流制排水系統(tǒng)的改造、海綿城市建設(shè)等工程措施以及排水設(shè)施建設(shè)標準的提高，有望能夠大幅度的減少降雨期間對外排水量的增加，進而減少對污水處理廠進水穩(wěn)定的沖擊，從而保障污水處理廠出水的水質(zhì)穩(wěn)定達標排放。

參考文獻

[1]Hanner N， Mattsson A， Gruvberger C， et al. Reducing the total discharge from a large WWTP by separate treatment of primary effluent overflow [J].Water Science & Technology，2004，50（7）：157-162.

[2]Mines R O Jr， Lackey L W， Behrend G H. The impact of rainfall on flows and loadings at Georgias wastewater treatment plants [J].Water Air and Soil Pollute，2007，179（1-4）：135-157.

[3]趙珊，孟春霖，高瓊，等.降雨對污水處理廠生物處理系統(tǒng)影響研究[J].城鎮(zhèn)供水，2010（S1）：35-38.

[4]廖愛仙，胡華域.對城鎮(zhèn)污水處理廠污水監(jiān)測技術(shù)的若干分析[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，31（07）：148+150.

收稿日期：2020-03-11

課題項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項“區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量改善綜合調(diào)控系統(tǒng)與平臺建設(shè)”課題（編號：2017ZX07206-001）

作者簡介：張榮斌（1973-），男，漢族，本科學(xué)歷，高級工程師，研究方向為給排水工程。

通訊作者：張榮斌。