談天津市初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

王 冬

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300392)

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談天津市初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

王 冬

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300392)

以天津市中心城區(qū)為研究對象，統(tǒng)計分析了近30年的降雨資料，并結(jié)合雨水徑流污染隨降雨時間的變化規(guī)律，分析了不同調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)下年徑流污染控制總量和經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而歸納出適合天津市初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

初期雨水，調(diào)蓄池，雨水徑流，降雨量

初期雨水，顧名思義就是降雨初期時的雨水。理論上指在降雨形成地面徑流開始，前12.5 mm(1/2 ft)降雨形成的徑流量[1]。在降雨初期，雨水中溶解了汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，雨水降落地面后，又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、雨污渠道中存積的污水、污泥及垃圾等,使得雨水中含有大量的有機(jī)物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質(zhì)。初期雨水帶來的面源污染，已經(jīng)形成典型的城市降雨徑流污染[2]。近年來，天津市通過“清水工程”“美麗天津一號工程”等項(xiàng)目的實(shí)施，點(diǎn)源污染逐步削減，非點(diǎn)源水污染對天津水環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步提高構(gòu)成了日益嚴(yán)重的威脅。城市初期雨水徑流污染成為僅次于農(nóng)業(yè)面源的第二大污染源，是地表水體污染的主要污染源，必須對初期雨水進(jìn)行收集、處理。

1 調(diào)蓄池對初期雨水治理的作用

歸納總結(jié)國內(nèi)外治理經(jīng)驗(yàn)，雨水調(diào)蓄可以概括為控制面源污染，調(diào)節(jié)洪峰流量和提高雨水利用程度三大用途。初期雨水的治理主要通過源頭削減、過程控制、末端治理三個方面著手。過程控制中通過建設(shè)雨水調(diào)蓄設(shè)施和利用管道自身的調(diào)蓄容量，將雨水進(jìn)行收集并送到污水處理系統(tǒng)中，從而達(dá)到降低初期雨水對地表水環(huán)境的污染。

2 初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計

2.1 國內(nèi)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

國外針對合理規(guī)劃設(shè)置雨水調(diào)蓄池設(shè)施已有了很成熟的理論，具有比較完善的適合本國的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。合流制系統(tǒng)溢流污染物負(fù)荷與理想分流制系統(tǒng)相當(dāng)，截流11 mm初期雨水，實(shí)現(xiàn)雨季溢流污染負(fù)荷減少65%，全年減少90%。德國[3]對于雨水調(diào)蓄池的重視可以追溯到20世紀(jì)初，德國利用公共雨水管收集雨水并經(jīng)過簡單的處理后達(dá)到雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可用于街區(qū)公寓的廁所沖洗和庭院澆灑。美國[4]早在1964年就開展了對雨天溢流污染控制的研究，以丹佛市為例，控制24 mm初期降雨可截流場次94.1%，控制12.5 mm初期降雨可去除總污染物負(fù)荷90%以上，合流制溢流次數(shù)控制在4次～6次。

近幾年來，國內(nèi)對雨水調(diào)蓄池的研究也在逐漸成熟起來，已有不少城市明確了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。比如，根據(jù)《廣州市中心城區(qū)排水系統(tǒng)控制性詳細(xì)規(guī)劃》中“雨季初期溢流污染控制標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究”，一類河涌削減量應(yīng)不低于70%，初期雨水標(biāo)準(zhǔn)不低于8 mm。臨沂市[5]綜合氣象資料、初期雨水水質(zhì)、國內(nèi)外類似工程經(jīng)驗(yàn)、管網(wǎng)特征與截流設(shè)施能力確定臨沂市老城區(qū)合流制排水系統(tǒng)初期雨水污染控制工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如下：宜提高初期雨水調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)至20 mm，設(shè)計匯流時間為2 h，設(shè)計調(diào)蓄排空時間為12 h。武漢主要是借鑒國家863武漢“水專項(xiàng)”的研究成果,對武漢市漢陽地區(qū)暴雨徑流中CODCr,SS污染物濃度進(jìn)行測量并對水質(zhì)水量變化特點(diǎn)進(jìn)行了分析。根據(jù)相關(guān)研究資料的圖表分析，可確定合流制地區(qū)需囤蓄處理的重污染水(CODCr>600 mg/L)對應(yīng)的徑流深約為7 mm，其中截污管截流約1 mm；確保不入湖的中污染水(600 mg/L>CODCr>400 mg/L)對應(yīng)的徑流深約為7 mm～15 mm；輕污染水(CODCr<400 mg/L)在超過調(diào)蓄能力后入湖。

天津市近年來也在逐漸加強(qiáng)對初期雨水溢流污染的控制，除加強(qiáng)污染源頭的治理與控制外，過程控制過程中調(diào)蓄池的設(shè)計也顯得尤為重要，國外已有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒，為了更好的實(shí)現(xiàn)城市雨水綜合管理，制定出符合當(dāng)?shù)厍闆r的調(diào)蓄池設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要。

2.2 國家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

參照GB 50014室外排水設(shè)計規(guī)范，用于分流制排水系統(tǒng)徑流污染控制時，雨水調(diào)蓄池的調(diào)蓄量可取4 mm～8 mm。國外有研究認(rèn)為，1 h雨量達(dá)到12.7 mm的降雨能沖刷掉90%以上的地表污染物；同濟(jì)大學(xué)對上海芙蓉江、水域路等地區(qū)的雨水地面徑流研究表明，在降雨量達(dá)到10 mm時，徑流水質(zhì)已基本穩(wěn)定；國內(nèi)還有研究認(rèn)為一般控制量在6 mm～8 mm可控制60%～80%的污染量。因此，結(jié)合我國實(shí)際情況，調(diào)蓄量可取不低于8 mm。

《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中對低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的構(gòu)建提供了明確的指導(dǎo)意見。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中提供的我國部分城市年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計降雨量值一覽表，天津市年徑流總量控制率為60%，70%，75%，80%，85%時對應(yīng)的設(shè)計降雨量分別為14.9 mm，20.9 mm，25 mm，30.4 mm，37.8 mm。為有效削減城市徑流污染負(fù)荷，年徑流污染控制率以懸浮物(SS)的控制率計算，新建、改建區(qū)域(項(xiàng)目)年徑流污染控制率宜大于40%。

按照《天津市海綿城市建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》：雨水徑流污染控制指標(biāo)可采用SS計算，年SS總量去除率應(yīng)不小于40%。用于分流制排水系統(tǒng)徑流污染控制時調(diào)蓄深度(mm)，按照降雨量計，宜不小于8 mm。

2.3 調(diào)蓄池標(biāo)準(zhǔn)的確定

2.3.1 天津市近30年降雨分析

由于降雨強(qiáng)度在2 mm以內(nèi)不會形成地表徑流，因此，本次針對天津近30年的大于2 mm的降雨進(jìn)行統(tǒng)計分析(如表1所示)。結(jié)果顯示，大于2 mm的年均降雨次數(shù)為35次，大于2 mm的年平均降雨總量為490.2 mm。從表2看出，調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)定為10 mm，可使每年60.2%的降雨場次不發(fā)生雨水直接外排，同時，可控制年徑流總量的50%，對城市內(nèi)澇防治及海綿城市建設(shè)起到了積極的作用。

表1 天津近30年降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表2 雨水徑流控制標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 天津雨水徑流污染水質(zhì)分析

降雨過程中，污染物濃度受降雨特征、區(qū)域性質(zhì)等不確定的因素影響，不同地區(qū)同一降雨事件或同一區(qū)域不同降雨事件中，污染物濃度差別很大，因此，采用美國城市徑流計劃(NURP)建議，采用事件平均濃度(EMC)對污染物時空分布特征對天津市中心城區(qū)雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行評估，確定了不同的調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)下，初期雨水指標(biāo)的平均濃度，結(jié)果如表3所示。

表3 各調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)的初期雨水水質(zhì)特征

2.3.3 不同調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)下年徑流污染控制總量分析

根據(jù)不同調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)下的初期雨水水質(zhì)，可以推算出，不同調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)下的年徑流污染控制總量及控制率，本次以SS，TN以及COD三個典型的雨水徑流污染指標(biāo)展開分析，結(jié)果如圖2所示。調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)從8 mm提高到12 mm，污染物控制率隨之提升；而隨著標(biāo)準(zhǔn)提高，調(diào)蓄池建設(shè)規(guī)模隨之?dāng)U大，投資增加。所以需要綜合分析污染物控制率與投資的關(guān)系。

2.3.4 不同調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益分析以100 ha區(qū)域?yàn)槔?，安全系?shù)與徑流系數(shù)分別取1.5和0.5，經(jīng)濟(jì)效益分析如表4所示。

表4 不同調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)下的經(jīng)濟(jì)效益分析

3 結(jié)語

通過參考國家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、借鑒國內(nèi)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及對天津市降雨資料與雨水徑流污染特性分析，確定本工程初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10 mm降雨量；并根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測和現(xiàn)場調(diào)研情況，調(diào)整安全系數(shù)β(1.1～1.5)。

[1] 鄧志光，吳宗義，蔣衛(wèi)列.城市初期雨水的處理技術(shù)路線初探[J].中國給水排水，2009，25(10)：11-14.

[2] 趙劍強(qiáng)，孫奇清.城市道路路面徑流水質(zhì)特性及排污規(guī)律[J].長安大學(xué)學(xué)報，2002，22(2):21-23.

[3] 蔣德明，蔣 瑋.國內(nèi)外城市雨水徑流水質(zhì)的研究[J].物探與化探，2008，32(4)：417-420.

[4] 車 伍，劉 燕，李俊奇.國內(nèi)外城市雨水水質(zhì)及污染控制[J].給水排水，2003,29(10)：38-41.

[5] 張顯忠，張善發(fā)，謝 勇,等.臨沂市老城區(qū)初期雨水污染現(xiàn)狀與調(diào)蓄策略[J].中國給水排水，2013，29(19)：146-150.

On design standard for the primary rainfall storage tanks in Tianjin

Wang Dong

(TianjinMunicipalEngineeringDesignInstitute,Tianjin300392,China)

Taking the downtown of Tianjin as the research object, the paper undertakes the statistic analysis of the rainfall documents in recent 30 years, analyzes the pollution control volume and economic benefit of the annual runoff under various storage standards by combining with the changing standard of the rainfall runoff pollution along with the rainfall time, sums up the design standard for the primary rainfall storage tanks which are suitable for Tianjin.

primary rainfall, storage tank, rainwater runoff, rainfall volume

1009-6825(2016)31-0143-02

2016-08-25

王 冬(1989- )，男，助理工程師

TU991.114

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