更新時間：2015-03-01 14:42 來源：論文網 作者: 閱讀：2556 網友評論0條

 導讀:：通過對其2010年度污染減排效應的對比分析。上海率先建設和使用雨水調蓄池。合流制排水系統汛期溢流。服務系統名稱成都路排水系統新昌平排水系統。

關鍵詞：污染減排，雨水調蓄池，溢流，排水系統

 合流制排水系統汛期溢流，已成為城市河流、湖泊和河口等受納水體的重要污染源，是目前世界城市水環境污染、生態系統健康失衡的重要原因之一[1,2]。雨水調蓄池是一項行之有效的控制和削減城市排水系統暴雨溢流污染的設施，在德國、美國和日本等發達國家已得到較廣泛的使用[3,4]。國內，在蘇州河環境綜合整治二期工程中，上海率先建設和使用雨水調蓄池，至2010年底上海已建成的調蓄池超過10座。目前對調蓄池污染減排效應的研究主要集中于工程設計之初的經驗匡算[5]和數學模型模擬計算方面[6]，以及對單座調蓄池――成都路調蓄池環境效應的初步評估[7,8]，系統性的對比研究還未開展。本文選取蘇州河沿岸兩座不同容積設計方法、進水模式的調蓄池――成都路和新昌平雨水調蓄池，通過對其2010年度污染減排效應的對比分析，嘗試對調蓄池的設計建設和運行管理提供參考，并為初期雨水污染為代表的城市面污染治理提供參考。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域概況

 近30年上海中心城平均降水量為1200.3 mm排水系統，其中約70%集中在汛期(4~9月)[9]。成都路和新昌平雨水調蓄池概況見表1，其中成都路調蓄池是國內第一座投入使用的大型雨水調蓄池，新昌平調蓄池是目前國內投入正常使用的有效容積最大的雨水調蓄池。

表1 成都路和新昌平調蓄池概況

 Table 1 Introduction of Chengdulu and Xinchangpingstormwater detention tanks in 2010

雨水調蓄池名稱	成都路	新昌平
所在區縣	上海市靜安區	上海市靜安區
溢流受納水體	蘇州河	蘇州河
試運行年份	2006	2008
正式開始運行年份	2007	2009
服務系統名稱	成都路排水系統	新昌平排水系統
排水系統類型	合流制	合流制
排水系統服務面積 (km2)	3.06	3.77
系統徑流系數	0.8	0.6
系統旱流污水配泵流量	3.300	2.020
系統雨水配泵流量	22.495	19.970
調蓄池設計容積 (m3)	7400	15000
進水模式	雨水泵泵排進水	重力自流進水
調蓄池進水配泵流量 (m3/s)	4.090	—
調蓄池進水配泵臺數	2	—

1.2 雨水調蓄池設計模式

1.2.1 成都路調蓄池

 調蓄池工作原理圖解見圖1[5,7]。成都路調蓄池容積按德國廢水協會制定的《ATV128合流污水系統暴雨削減裝置設置指南》方法計算，公式如下[5]：

(1)

式中，V――調蓄池容積，m3;

 VSR――每公頃面積需調蓄的雨水量，m3/hm2，12≤VSR≤40，成都路調蓄池取20;

AU――非滲透面積，AU=系統面積×徑流系數，hm2。

成都路系統服務面積306 hm2，設計徑流系數0.8，代入式(1)計算出的容積為：

，工程建設實際取V成都路=7400 m3，VSR實際為20.15。

 所有設備均由成都路泵站PLC控制，運行方式分為：晴天模式、進水模式、滿池模式、放空模式和攪拌模式[7,8]。

#FormatImgID_2#

#FormatImgID_3#

圖1 合流制排水系統雨水調蓄池流程圖(a)與流量圖解(b)

 Fig.1 Flow chart (a) and graph (b) of stormwaterdetention ombined sewage detention tank

1.1.2 新昌平調蓄池

 新昌平調蓄池容積設計采用截流強度法計算[10,11]，根據單位時間截流污水量、截流時間來確定調蓄池的容積，公式如下[11]：

(2)

式中Q截――污水截流強度，m3/s，設計截流污水量為4.034 m3/s;

t――截流時長，min，設計截流時長為60 min。

按(2)計算的新昌平調蓄池容積為：

 ，工程建設實際取V新昌平=15000 m3。若按式(1)反算VSR，VSR=44.21排水系統，為成都路VSR的2.19倍。

 所有設備均由新昌平泵站PLC控制，運行方式分為：晴天模式、進水模式、放空模式、和沖洗模式[10]。

1.3 水樣采集與分析

 2010年汛期降雨時對成都路和新昌平排水系統進行了近10次管道出流水質變化過程監測。水樣采集點位于排水系統泵站集水井，人工手動采樣，平均采樣間隔為5 min。水樣采集后保存于1L的棕色玻璃水樣瓶中，未及時分析的水樣放入4℃的冰柜中保存。水質分析指標包括：COD、NH4+-N、TP和SS等10項，采用文獻[12]方法分析。降雨與管道出流量數據由泵站自動化采集系統獲得，采集間隔為5min，系統自動記錄泵站各水泵的啟、閉時間，并根據各臺水泵的銘牌流量和運行時間計算出流量。

2 數據分析

2.1 降雨量

 2010年成都路泵站全年降雨量為1122 mm，雨量較近30年平均1200.3 mm的降雨量偏少;新昌平泵站年降雨量為1200 mm，雨量較近30年平均降雨量持平。

2.2 污染物濃度

 依據2010年對調蓄池汛期合流污水水質的多次連續跟蹤監測數據，以及2006~2009年連續4年運行期間所積累的基礎水質監測數據，進成都路調蓄池的降雨初期高濃度污水COD平均濃度高達到453 mg/L、超過排水系統設計排水標準的溢流污水COD平均濃度為259mg/L。進新昌平調蓄池的降雨初期高濃度污水COD事件平均濃度為380 mg/L，超過排水系統設計排水標準的溢流污水COD事件平均濃度為223 mg/L。

2.3 調蓄池污染減排

 2010年成都路和新昌平調蓄池對的溢流COD總減排量分別為53.3 t和201.9 t(圖2)。其中，成都路調蓄池汛期減排為40.0 t，非汛期減排為13.3 t，汛期和非汛期COD削減比例分別為75.0%和25.0%;新昌平調蓄池汛期和非汛期的COD減排量分別為125.8 t和76.1 t，相應比例分別為62.3%和37.7%(圖2)范文。

圖2 2010年成都路和新昌平雨水調蓄池COD削減量(t)

 Fig.2 COD reduction of Chengdulu and Xinchangping stormwaterdetention tanks in 2010

3 運行效能評價

3.1 成都路調蓄池

 成都路調蓄池2010年汛期暴雨溢流量削減、溢流污染物削減分別9.7%和15.9%，較2009年5.7%和8.5%的水平相比，分別提高了4個和7.4個百分點，這主要是由于世博期間，調蓄池的運行管理進一步完善，暴雨溢流事件中調蓄池全部得到使用的原因所致。同時2010年降雨量較近30年平均降雨量偏小約9.4%，大暴雨次數亦偏少也是重要的客觀自然原因。成都路調蓄池全年COD削減量較2009年增加2.4 t排水系統，其中非汛期COD削減量較前年增加了4.4 t，增長率達48.9%，這主要是2010年非汛期降雨比例偏高、降雨次數偏多、調蓄池使用次數多的共同原因導致。

表2 2010年成都路和新昌平調蓄池使用狀況統計

 Table 2Service data statistic ofChengdulu and Xinchangping stormwater detention tanks in 2010

統計內容	成都路雨水調蓄池		新昌平雨水調蓄池
	汛期*	全年	汛期*	全年
降雨量 (mm)	721	1122	760	1200
降雨使用次數	15	20	41	68
總調蓄水量 (m3)	88340	117787	331020	531180
溢流次數	11	16	14	20
總溢流水量 (m3)	819636	979760	1128870	1303695
溢流水量削減比例	%	10.7%	22.7%	28.9%
溢流COD削減比例	15.9%	17.4%	33.3%	41.0%
未使用次數及原因	0	1次，連續降雨	0	0

 *注：配合世博會會期，2010年汛期從5月1日~10月31日，較往年提前二個月開始，延長一個月結束。

3.2 新昌平調蓄池

 新昌平調蓄池繼2009年強化運行管理以來，降雨期間盡可能多的使用調蓄池，一個降雨日中如果有多場次降雨發生，調蓄池就多次使用。2010全年使用次68次、溢流削減總量為531180 m3，溢流量削減比例28.9%，與2009年使用次數65次、調蓄總量543420、溢流量削減比例30.6%相當，仍然保持了較高水平的使用次數、溢流削減總量和削減比例等污染削減效能。同時，2010年新昌平調蓄池調蓄了更多的高濃度初期降雨徑流，使得在調蓄總量略有增加的情況下，COD削減量達到創新高的201.9 t，超過2009年151 t水平高達33.7%。值得關注的是，新昌平非汛期COD削減量達到76.1 t，占到全年溢流COD削減量中的37.7%。

3.3 非汛期效能分析

 從兩個調蓄池全年和汛期使用情況分類統計的中不難發現(表2)，無論是成都路還是新昌平調蓄池，全年的溢流量減排比例和溢流污染減排比例均高于汛期，這一方面是由于在非汛期，由于降雨強度普遍不大，調蓄池運行效能反而更優排水系統，另一方面也說明了排水公司作為運行管理單位對雨水調蓄池的科學運行管理非常重視，在思想上和工作中已不區分汛期和非汛期，而是進入全年的常態化運行管理，通過及時、高效使用調蓄池，從而大大提高了調蓄池的污染減排效能。

4 調蓄池優化潛力分析

4.1 調蓄池運行潛力分析

4.1.1 進水模式

 成都路調蓄池采用雨水泵泵排進水模式，具有進水速度快的優勢，但設備故障率高。在2006~2009年的連續運行期間，每年都暴露出因設備故障導致無法正常進水問題，例如：2007年曾出現進水蝶閥嚴重漏水問題，2008年曾出現因電氣儀表設備防腐等級低，導致的因設備故障引起的調蓄池無法進水使用的情況;2009年汛期曾經發生閘門故障，經過運行單位及時解決并加強日常養護工作后，2010年未出現因閘門等電器設備故障導致的調蓄池未使用現象，污染減排效能逐步穩定，但仍有設備腐蝕、老化等隱患，需加強對儀器設備的常態化維護管理，宜在適當的時候，對調蓄池作電器設備等硬件設施進行全面評估，制定適當的保養或更新改造計劃。新昌平調蓄池采用是重力自流進水方式，節能環保，不存在調蓄池因閘門故障導致的非正常使用情況。重力自流進水模式避免了因設備故障導致的進水問題，同時節約了設備購置、維護、改造和運行等大量費用，符合節能環保理念。由于重力自流進水速度慢，在雨強較大情況下排水系統，存在調蓄池使用過程中的溢流現象，建議對超出調蓄池進水流量部分配置變頻泵，以充分利用調蓄池容積。

4.1.2 放空模式

 2010年成都路調蓄池出現了因連續降雨導致調蓄池未及時放空，從而導致調蓄池出現1次降雨溢流未使用現象，影響了調蓄池連續使用。如何應對連續強降雨現象，及時見縫插針地配合污水輸送干線放空調蓄池，發揮調蓄池的連續調蓄潛力，值得下一步探討。

4.2 容積設計標準分析

 調蓄池容積設計方法或設計標準的選用直接影響調蓄池暴雨溢流削減量和削減率，成都路和新昌平調蓄池選用的VSR分別為20.15和44.21，這是導致2010年成都路和新昌平溢流污染削減率存在較大差異的主要原因范文。同時，設計方法和標準的確定又和降雨條件和服務系統用地類型關系密切。由于上海地區降雨條件與德國相比，存在較大差異：德國年均降雨量約為700~800 mm，且月均降雨量差別較小，單場降雨歷時較長，降雨曲線與美國SCSⅠA型降雨曲線接近，屬平均型降雨[7];而上海地區近30年來年均降雨量約1200.3 mm，且70%左右的雨量集中在4~9月的汛期，單場降雨歷時較短，降雨曲線與SCSⅡ型降雨曲線接近，屬于脈沖型降雨。因此在德國VSR取值20時，可削減約80%的溢流量。鄰近德國的在意大利當VSR取值5~35時，服務面積0.096 km2的合流制排水系統調蓄池平均可削減85.0%~93.0%的暴雨溢流污水，另一服務面積0.40 km2的調蓄池對暴雨溢流的平均削減率達到88.0%~99.0%[3,7]。而在上海，選用式(1)德國調蓄池設計方法排水系統，目前運行數據顯示，VSR分別取值20.15和44.21時，溢流量削減僅為10.7%和28.9%，溢流污染物削減為17.4%和41.0%。

 目前上海中心城區運行的幾座調蓄池建造的容積受土地稀缺影響，往往不能依據理論和實際的最優設計。在場地條件不受限制條件下，調蓄池的容積設計應以溢流污染削減率為目標。若要到達類似于德國設計調蓄池需達到80%的溢流污染削減目標，VSR的取值范圍建議根據上海地區的降雨特征參照圖3而定[11]。

 注：上海地區0.5、1、2、3、5、10、20、30、50、100 a一遇暴雨設計重現期(從左至右依次對應每條曲線上的數據點)

圖3 上海地區不同VSR的暴雨設計重現期(降雨量)與溢流污染物削減率關系

 Fig.3 Relationship between different designstorm return period and stormwater overflow pollutanreduction rate at different VSR condition in Shanghai

5 結論與建議

 ① 雨水調蓄池是一類重要的控制城市暴雨溢流污染設施，2010年成都路和新昌平調蓄池分別削減10.7%和28.9%的暴雨溢流量，分別削減17.4%和41.0%暴雨溢流COD。

 ② 在既定服務面積、下墊面類型和降雨等邊界條件下，調蓄池的設計方法、設計標準、進水模式和放空模式是調蓄池污染減排效應發揮的重要影響因素。

 ③ 建議依據雨水調蓄池服務區域的自然地理條件，以溢流污染物削減為目標，容積設計進一步優化，選用適當的容積設計標準充分發揮雨水調蓄池減排暴雨溢流污染的功能。

參考文獻：

 [1]AmirT, Ronald L. Pollution loads in urban runoff and sanitary wastewater [J].Science of the Total Environment, 2004, 327:175-184.

 [2]GilbertJ K, Clausen J C. Stormwater runoff quality and quantity from asphalt, paver,and crushed stone driveways in Connecticut [J]. Water Research, 2006,40(4):826-832.

 [3]Calabró P S, Viviani G. Simulation of the operation ofdetention tanks [J]. Water Research, 2006, 40:83-90.

 [4]ChenJ Y, Adams B J. Analysis of storage facilities for urban stormwater quantitycontrol [J]. Advanced in Water Resources, 2003, 28:377-392.

 [5]張辰.合流制排水系統溢流調蓄技術研究及應用實例分析[J].城市道橋與防洪,2006,5:1-4.

 [6]徐貴泉,陳長太,張海燕.蘇州河初期雨水調蓄池控制溢流污染影響研究[J].水科學進展,2006,17(5):705-708.

 [7]程江,呂永鵬,黃小芳,等.上海中心城區合流制排水系統調蓄池環境效應研究[J].環境科學,2009,30(8):2234-2240.

 [8]顏曉斐.上海成都路合流污水調蓄池的污染減排效益及優化[J].中國給水排水,2010,26(8):6-10.

 [9]程江,楊凱,劉蘭嵐,等.上海中心城區土地利用變化對區域降雨徑流的影響研究[J].自然資源學報,2010,25(6):914-925.

 [10]喬勇,徐國鋒,趙國志.上海市全地下式昌平泵站及調蓄池工程的設計[J].中國給水排水,2008,24(20):23-26.

 [11]程江.國內外雨水調蓄池容積設計方法及實證研究[J].城市道橋與防洪,2010,12(增刊):89-94.

 [12]國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法(第四版)(增補版)[M].北京:中國環境科學出版社,2006.

相關文章

昵稱：

驗證碼：

文明上網，理性發言

網友評論僅供其表達個人看法，并不表明谷騰網同意其觀點或證實其描述。