數(shù)字模型技術(shù)在溢流污染控制上的應(yīng)用

黃 俊 北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司廣東分院，廣州 510000

以數(shù)字模型技術(shù)作為重要的技術(shù)手段來研究溢流污染控制要追溯到20世紀后期。當時，世界上的發(fā)達國家，如美國、日本和歐洲均通過建立水力模型來探索各種有效的溢流污染控制手段。數(shù)字模型技術(shù)的引入，即通過水力模型軟件構(gòu)建排水管網(wǎng)模型，則能夠仿真整個系統(tǒng)在降雨下的動態(tài)變化過程，幫助設(shè)計人員更為直觀地了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)，輔助設(shè)計人員更快速高效地評估設(shè)計方案并進行優(yōu)化。

1 數(shù)字模型技術(shù)的應(yīng)用

1.1 排水管網(wǎng)設(shè)計

利用數(shù)字模型技術(shù)構(gòu)建城市排水管網(wǎng)模型，通過模型的各種功能模塊，分析目前管網(wǎng)存在的問題，確定排水能力不足和可能發(fā)生堵塞的管網(wǎng)，同時查看整個排水管網(wǎng)的利用率分布。依照模擬結(jié)果，找出管網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，確定改造的方案，盡可能充分利用每根管道的容量。模型的好處就在于可以預先測評各種排水管網(wǎng)設(shè)計方案對溢流污染控制的實際效果，通過分析對比，做出最經(jīng)濟合理的選擇。目前，數(shù)字模型技術(shù)已在很多國家和地區(qū)應(yīng)用廣泛，成為排水管渠設(shè)計和管網(wǎng)優(yōu)化改造方案合理性測評的首選工具。

1.2 調(diào)蓄池設(shè)計

調(diào)蓄池對有效控制合流制溢流污染是一項重要的技術(shù)手段。調(diào)蓄池有兩種形式，一種稱為滯留調(diào)蓄池，另外一種稱為截流調(diào)蓄池。滯留調(diào)蓄池暫時滯留雨水，待降雨洪峰過后，再將所滯留的雨水排出，主要起調(diào)節(jié)洪峰流量的作用。截流調(diào)蓄池停留時間較長，主要著眼于控制徑流污染。通過數(shù)字模型技術(shù)，可對比研究在排水管網(wǎng)中于何處加入多大尺寸的調(diào)蓄池來消減溢流現(xiàn)象，減少溢流頻次和溢流總量。且可以評估調(diào)蓄池的運行控制方式，如對進水時間點的控制，對放空方式設(shè)置等。

1.3 LID設(shè)施設(shè)計

溢流頻次和溢流總量的控制，主要是從水量的角度去考慮溢流污染的后果，除此之外，還應(yīng)該結(jié)合對溢流污染物的控制，才能實現(xiàn)對黑臭水體的治理。首先要從源頭上來控制面源污染量，盡量減少進入到管道中的污染物總量，近年的海綿城市建設(shè)中所提倡的源頭LID設(shè)施的應(yīng)用，是一種極為有效的污染物控制方式。例如雨水花園，生態(tài)滯留池，綠色屋頂?shù)?。通過數(shù)字模型技術(shù)，可以評估各種LID設(shè)施的組合效果，例如布設(shè)位置，面積，連接關(guān)系等。即可從大的區(qū)域規(guī)劃尺度上整體評估控制率分配方案的合理性，也可細致到地塊尺度上LID詳細設(shè)計方案的優(yōu)化。

2 工程實例

下圖所示為某黑臭河道的控源截污設(shè)計方案，包括設(shè)置截污干管和調(diào)蓄池措施。在該項目中，設(shè)計人員充分利用了數(shù)字模型技術(shù)手段來評估各種設(shè)計方案的溢流污染控制效果，并從細節(jié)上對方案進行了優(yōu)化。

首先，通過傳統(tǒng)方法計算了該河道的環(huán)境容量，根據(jù)計算結(jié)果，該河道每年可自納COD為66.2噸，氨氮為7.1噸。

然后，利用數(shù)字模型技術(shù)構(gòu)建了如下四種工況的排水管網(wǎng)模擬，并利用2015年全年降雨數(shù)據(jù)（間隔5min），評估了四種工況下的溢流污染控制效果。

工況一 工況二 工況三 工況四截污管道 × √ √ √調(diào)蓄池 × × 4 0 0 0 m 3 4 5 0 0 m 3

通過模型計算得到如下結(jié)果：

（1）工況一，降雨場次97場，溢流次數(shù)97次，溢流量1133649m3，COD入河量約為113.4噸/年，氨氮約為13.6噸/年，遠大于河道的環(huán)境容量。

（2）工況二，降雨場次97場，溢流次數(shù)57次，溢流量754252m3，COD入河量約為75.4噸/年，氨氮約為9.1噸/年，不能滿足其環(huán)境自身消納。就總體效果而言，相對于工況一，溢流頻次削減41.2%，污染物負荷削減33.5%。

（3）工況三，降雨場次97場，溢流次數(shù)36次，溢流量624872m3，COD入河量約為62.5噸/年，氨氮約為7.5噸/年，可見氨氮滿足不了河道環(huán)境容量的要求?？傮w效果而言，相對于工況一，溢流頻次削減62.9%，污染物負荷削減44.9%。

（4）工況四，降雨場次97場，溢流次數(shù)32次，溢流量604867.299m3，COD入河量約為59.5噸/年，氨氮約為7.1噸/年，并不能滿足其環(huán)境自身消納?？傮w效果而言，相對于工況一，溢流頻次削減67.0%，污染物負荷削減47.5%。

最終，建議采用工況四的設(shè)計方案，即設(shè)置截污設(shè)施以及一座4500m3的調(diào)蓄池來控制溢流污染。

3 結(jié)語

相對于傳統(tǒng)的溢流污染控制設(shè)計方法，數(shù)字模型技術(shù)能夠幫助工程師更為直觀且詳細了解各種工況下系統(tǒng)的運行狀態(tài)，更能夠從整體性上分析和評估各種工況下的控制效果，是一種更為先進也適應(yīng)時代發(fā)展的技術(shù)手段。