東莞市石馬河流域溢流調蓄池研究

中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014

1 研究區域概況

東莞市石馬河是東江下游的一級支流，流域面積為601km2，包括干支流河涌107條，涉及鳳崗、塘廈、清溪、常平、樟木頭、謝崗和橋頭等7個鎮的112個村（社區）。石馬河沿線共設19個人工水質監測斷面，根據近3年的監測結果，所有監測斷面水質均為劣V類，主要污染物是氨氮、總磷和化學需氧量。氨氮濃度在1.81～17.84mg/L，平均濃度為7.74mg/L；總磷濃度為0.48～5.91mg/L，平均濃度為1.84mg/L；化學需氧量濃度在18～111mg/L，平均濃度為36mg/L。根據采樣監測，各支涌水質整體較差，存在30%左右的黑臭河涌，及40%左右的劣V類水體。

東莞市石馬河流域水環境綜合治理遵循“流域統籌、系統治理”的思路，對城鎮面源污染進行截留和集中處理。此次選取塘廈鎮TXD90小區為研究區域。根據現場調查，該區域為老舊小區，小區內人口約有700人，面積為0.1168km2。小區排水系統為合流制，小區周邊的小微水體污染較嚴重[1]。

2 區域初期雨水現狀

2.1 降水柏拉圖統計

石馬河流域雨量充沛，根據謝崗雨量站1978—2017年降水資料和清溪鎮近10年的資料統計，清溪鎮2015年降水量為1696.7mm，與謝崗鎮多年平均降水量1667mm相近，故此次以清溪鎮2015年作為典型年進行統計分析。根據實測場次降水數據的量級，將降水量劃分為7個區間，統計2015年實測場次降水發生的頻次、累積頻次及累積降水量，如表1所示。由表1可知，在累計20mm降水量時，可以控制區域81.1%的降水事件，是相應的年降水量的32.4%。

表1 清溪鎮2015年降水量和降水次數分區統計分析

2.2 初期雨水面源污染負荷

研究表明，初期5mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為48%；初期10mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為67%；初期15mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為78%[2]。

2018年10月—12月對塘廈鎮TXD90小區總排口進行3次收集。對監測資料進行分析，結果表明，懸浮物（SS）的濃度為20～250mg/L，化學需氧量（COD）的濃度為140～350mg/L，生化需氧量（BOD5）的濃度為30～90mg/L，氨氮（NH3-N）的濃度為3～25mg/L，總磷（TP）的濃度為0.9～2.7mg/L。初期5mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為38.6%；初期10mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為56.8%；初期15mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為76.3%；初期20mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為82.3%。監測結果與通過控制區域80%的降水事件達到控制80%的污染負荷的方法一致[3]。

3 CSO調蓄池計算

根據溢流污染調蓄池運行原理，晴天通過截流井污水直接送往污水處理廠處理，雨天時收集溢流污水（初期雨水），超量雨水直接溢流至河道，晴天時將初期雨水送往污水處理廠處理達標后排放[4]。

雨水管理模型是排水系統設計、運行和管理的基本依據和重要工具，歷來受到排水企業以及科研和教學部門的重視。SWMM是一套功能齊全、界面友好、易于使用的優秀免費軟件，文字采用SWMM模型方法對初雨溢流調蓄池的截污效果進行模擬分析[5]。

根據小區的實測地形和實際排水情況劃分匯水區域單元，結合小區排區雨水管網資料和截污管網布置情況，每一匯水單元的凈雨量匯入管網節點，最后在末端布置溢流調蓄池進行調蓄[6]。為保證計算結果具有可靠性，概化小區排水模型，應根據地表和管網資料條件將小區劃分得盡可能小，具體劃分情況為排區劃分為8個片區，37根管網，如圖1所示。采用新一代東莞暴雨強度公式如下：

圖1 TXD90片區管網模型概化示意圖

式中：q為暴雨強度；P為重現期；t為降水歷時。

采用芝加哥法將其合成降水量為20mm，雨峰r=0.4，降水歷時為120min，設計暴雨過程曲線。此次計算參數設置情況如表2所示。

表2 研究區域SWMM模型的主要參數設置

根據構建研究區域SWMM模型，采用降水量為20mm的降水過程線進行分析，調蓄容積最大達到760m3，工程設計中，取整V=800m3。

4 結束語

文章旨在解決區域老舊小區設置末端溢流調蓄設施問題，合理確定其規模，對比國內外方法，提出采用柏拉圖缺陷原理，通過控制80%降水事件設計初期雨水調蓄池容積，控制區域主要的初期面源污染，從而達到控制80%的污染負荷的目標。通過對東莞區域降水特點的統計分析和對該區域初期雨水污染現狀的分析可知，在累計20mm降水量時，可以控制區域81.1%的降水事件，即相應的年降水量的32.4%，控制徑流中污染負荷占總負荷的平均值為82.3%。同時，通過采用SWMM排水管網模型計算調蓄池規模，反算區域相應的截留倍數，為區域其他老舊小區改造提供了理論依據。同時，該規模控制可以在粵港澳大灣區起到借鑒作用。通過石馬河綜合治理，有利于建設城市新面貌、形成城市競爭新優勢和實現東莞市在“大亞灣經濟技術開發區”中的愿景。