調(diào)蓄池在區(qū)域水系生態(tài)治理中的應(yīng)用

摘要：在串湖流域黑臭水體污染治理過程中，調(diào)蓄池起到了合流污水截流及初期雨水面源污染控制的作用。本工程根據(jù)匯水分區(qū)的劃分，共設(shè)置11座調(diào)蓄池，總調(diào)蓄容積為130500m?。調(diào)蓄池的設(shè)置可最大限度地消減排入河道的污染物，同時對于控制初期雨水帶來的面源污染至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：黑臭水體;調(diào)蓄池;初期雨水;面源污染

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）01-00-03

Abstract：In the process of pollution control of black and odorous water body in the Chuanhu River Basin， the regulating and storage pond plays the role of intercepting the combined sewage and controlling the non-point source pollution of the initial rainwater.According to the division of water catchment area， 11 reservoirs are set up with a total storage capacity of 130500m?.The setting of reservoirs can minimize the pollutants discharged into the river， and it is very important to control the non-point source pollution caused by the initial rainwater.

Keywords：Black and odorous watert;Storage tank;Initial rainwater;Non-point source pollution

串湖流域水系生態(tài)治理工程，是包含海綿城市、點源截污、調(diào)蓄、濕地生態(tài)處理等一系列措施的系統(tǒng)工程，調(diào)蓄池作為串湖流域黑臭水體污染治理的一個子項，承擔(dān)著合流污水截流及初期雨水面源污染控制的重要功能。根據(jù)排水分區(qū)的不同，本工程設(shè)置了合流制區(qū)域調(diào)蓄池6座、分流制區(qū)域調(diào)蓄池5座。調(diào)蓄池的實施可以妥善解決長春主城區(qū)生活污水在雨季時的收集、處理問題，減少合流水溢流量，減少初期雨水對于串胡流域帶來的面源污染，同時可以實現(xiàn)部分雨水的資源化利用，減少生態(tài)水資源的消耗。本文著重介紹了長春市不同類型調(diào)蓄池建設(shè)規(guī)模的計算及調(diào)蓄池的排空模式，為不同體制排水系統(tǒng)中調(diào)蓄池的計算提供了技術(shù)支持，并可推廣應(yīng)用于其他城市區(qū)域水系生態(tài)治理當(dāng)中。

1 概述

1.1 調(diào)蓄池概述

長春市串湖流域總面積80.4km2，建成區(qū)面積49.7km2。共跨越兩個行政區(qū)，分別為綠園區(qū)及寬城區(qū);主要涉及三個匯水分區(qū)：鐵西匯水區(qū)、宋家匯水區(qū)、小南（串湖）匯水區(qū)。根據(jù)地形標(biāo)高、現(xiàn)狀管網(wǎng)及匯流情況共分77個小分區(qū)，其中雨水散排區(qū)6個，分流制排水分區(qū)26個，合流制排水分區(qū)45個。

1 長春公園調(diào)蓄池1# 226.2 混合 12500

2 長春公園調(diào)蓄池2# 282.8 混合 15000

3 天嘉公園調(diào)蓄池 247.7 混合 14000

4 珍珠溪公園調(diào)蓄池 193.4 雨水 7000

5 楊家公園調(diào)蓄池 106.4 雨水 6000

6 雁鳴湖水庫調(diào)蓄池1# 427.9 雨水 15000

7 雁鳴湖水庫調(diào)蓄池2# 137.9 雨水 7000

8 小城子水庫調(diào)蓄池 358 混合 15000

9 宋家明溝調(diào)蓄池1# 139.3 混合 10000

10 宋家明溝調(diào)蓄池2# 227.2 雨水 10000

11 綠園明溝調(diào)蓄池 330.3 混合 17500

根據(jù)匯水分區(qū)的劃分，串湖流域共設(shè)置11座調(diào)蓄池，總?cè)莘e130500m?，其中屬于合流制區(qū)域的調(diào)蓄池6座，屬于分流制區(qū)域的調(diào)蓄池5座。以上調(diào)蓄池主要規(guī)模及位置詳見表1和圖1。

1.2 污水處理廠概況

目前，串湖流域包括在運行的、擬建的共有3座污水處理廠，即翟家污水處理廠、天嘉污水處理廠及串湖污水處理廠。設(shè)計規(guī)模見表2。

翟家污水處理廠 3.241 0.4468 0.7571 1.1039 1.2986 1（新建）

天嘉污水處理廠 8.4870 2.7020 3.1936 4.0335 4.5286 2（現(xiàn)狀）

2（擴建）

串湖污水處理廠 77.5140 8.3990 14.0993 19.3555 23.6022 20（現(xiàn)狀）

2 調(diào)蓄池規(guī)模計算

2.1 降雨特征分析

根據(jù)長春地區(qū)2004-2015年的年降雨量資料（其中2004-2011年只獲得汛期5-9月份的降雨資料），從12年降雨資料可知，平均降雨量為550.33mm，年降雨量極大值為724.7mm（2013年），年降雨量極小值為347.4mm（2009年）。

選取2013年降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，2013年降雨總量為742.7mm，6-8月所下雨量在年總降雨量的占比達(dá)63%。

2013年總降雨場次125次，總降雨量742.7mm，總降雨時長661h，單次降雨極大值為41.8mm。

2.2 合流制區(qū)域調(diào)蓄池規(guī)模計算

本工程11個調(diào)蓄池中，6個是雨污合流調(diào)蓄池。

目前，德國、美國、日本等國家已經(jīng)有了各自成熟的調(diào)蓄池計算方法，其中，德國和日本調(diào)蓄池設(shè)計的目標(biāo)值都是設(shè)定合流制排水系統(tǒng)排放的污染負(fù)荷量與分流制排水系統(tǒng)排放的污染負(fù)荷量達(dá)到相同水平。我國上海合流制調(diào)蓄池在研究國外調(diào)蓄池計算方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合上海的實際情況，制定了上海的調(diào)蓄池計算方法。即先確定污染負(fù)荷目標(biāo)削減率后，反推出系統(tǒng)調(diào)蓄池的容積。

本工程合流制調(diào)蓄池容積的計算方法參考上海合流制調(diào)蓄池計算方法，同時根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）2016版中用于合流制排水系統(tǒng)的徑流污染控制時，雨水調(diào)蓄池的有效容積可用V=3600ti（n-n0）Qdrβ計算。在合流制管網(wǎng)系統(tǒng)中，增加調(diào)蓄池可以在雨季時提高系統(tǒng)的截流倍數(shù)n0，從而增加截流初期雨污水量。

根據(jù)本區(qū)域服務(wù)范圍面積、平均旱季污水量，計算出相當(dāng)于旱季污水量的基準(zhǔn)降雨強度，合流制片區(qū)為0.23mm/h。根據(jù)全年降雨量資料統(tǒng)計不同截流倍數(shù)對應(yīng)的降雨次數(shù)、降雨量、降雨歷時及截流量占降雨量的比例如圖5所示。當(dāng)截留倍數(shù)n取22時，截流量占降雨量的比例曲線出現(xiàn)明顯拐點，進(jìn)一步提高截流倍數(shù)則截流效益不明顯。由此確定截流倍數(shù)n取22。當(dāng)截流倍數(shù)n取22時，全年累積截流降雨量為688.5mm，占全年降雨量的比例為92.7%。

合流制調(diào)蓄池容積計算表如表3所示：

序號 調(diào)蓄池名稱 服務(wù)面積（hm2） 旱季污水量2030（m3/d） 等效降雨強度（mm/h） 管渠流行時間（min） 原截流倍數(shù) 計算規(guī)模（m3） 設(shè)計規(guī)模（m3）

1 長春公園

調(diào)蓄池1# 226.2 12344 0.23 16.67 1 12151 12500

2 長春公園

調(diào)蓄池2# 282.8 14931.8 0.22 33.67 1 14698 15000

3 天嘉公園

調(diào)蓄池 247.7 13318.5 0.22 14.44 1 13110 14000

8 小城子水庫

調(diào)蓄池 358 19345.5 0.23 47.83 0 14630 15000

9 宋家明溝

調(diào)蓄池1# 139.3 9340.8 0.28 38.33 0 9633 10000

11 綠園明溝

調(diào)蓄池 330.3 17603.7 0.22 29.56 1 17329 17500

注：（1）對于進(jìn)水管上游有截流井的調(diào)蓄池，根據(jù)截流管道設(shè)計參數(shù)，原截流倍數(shù)n0取1，上游無截流井則n0取0;（2）截流倍數(shù)計算法是一種簡化計算方法，該方法建立在降雨事件為均勻降雨的基礎(chǔ)上，而實際降雨強度，特別是雨季暴雨頻發(fā)時會遠(yuǎn)大于平均降雨強度，會導(dǎo)致溢流頻率增加，因此1、2、3、9、11號調(diào)蓄池安全系數(shù)取1.5，小城子水庫調(diào)蓄池位于水庫邊，根據(jù)因地制宜的原則，考慮用地條件限制，安全系數(shù)取1.1。

2.3 分流制區(qū)域調(diào)蓄池規(guī)模計算

本工程11個調(diào)蓄池中，5個是初期雨水調(diào)蓄池。

國外有研究認(rèn)為，1h 雨量達(dá)到12.7mm 的降雨能沖刷掉90% 以上的地表污染物;同濟大學(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10mm 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6～8mm 可控制60%～80% 的污染量。因此，結(jié)合我國實際情況，調(diào)蓄量可取4mm～8mm;

同時根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）2016版中分流制調(diào)蓄池主要通過設(shè)置調(diào)蓄量來控制溢流次數(shù)，進(jìn)一步控制初期雨水面源污染。雨水調(diào)蓄池的有效容積可用V=10DFψβ計算。

將全年降雨量從小到大排列，統(tǒng)計同一降雨量對應(yīng)的降雨次數(shù)，根據(jù)次數(shù)累計頻率與調(diào)蓄量的關(guān)系做圖，如圖6。

由圖可見，7～8mm段截留次數(shù)隨調(diào)蓄量增加的增長幅度最大，曲線曲率變化最大，因此調(diào)蓄量D取8mm，全年截留次數(shù)為95次，溢流次數(shù)為30次。全年溢流量與截流量隨調(diào)蓄量變化曲線如圖7所示。

由圖可知，當(dāng)調(diào)蓄量為6～9mm時，對應(yīng)的截留率及截流量分別為：

（1）調(diào)蓄量6mm，截流率70.4%，截流量197.4mm/a，占全年降雨量比例26.6%;（2）調(diào)蓄量7mm，截流率72.8%，截流量222.8mm/a，占全年降雨量比例30%;（3）調(diào)蓄量8mm，截流率76.0%，截流量239.1mm/a，占全年降雨量比例32.2%;（4）調(diào)蓄量9mm，截流率78.4%，截流量253.0mm/a，占全年降雨量比例34.1%。

即當(dāng)截流8mm降雨量時，76%的降雨日不會出現(xiàn)溢流，以此類推。

分流制調(diào)蓄池容積計算表如表4所示：

4 珍珠溪公園

調(diào)蓄池 193.4 0.50 8.00 1.10 8510 8500

5 楊家公園

調(diào)蓄池 106.4 0.60 8.00 1.10 5618 6000

6 雁鳴湖水庫

調(diào)蓄池1# 427.9 0.40 8.00 1.10 15062 15000

7 雁鳴湖水庫

調(diào)蓄池2# 137.9 0.56 8.00 1.10 6796 7000

10 宋家明溝

調(diào)蓄池2# 227.2 0.49 8.00 1.10 9797 10000

總服務(wù)面積 1092.8 45783 46500

注：（1）根據(jù)因地制宜的原則，考慮到建設(shè)用地的限制，調(diào)蓄池安全系數(shù)取1.1。

3 調(diào)蓄池排空模式

雨季降雨較頻繁時，調(diào)蓄池蓄滿水后應(yīng)盡快放空，綜合考慮周圍管網(wǎng)敷設(shè)情況及受納污水廠處理能力，合理確定放空方案。考慮到翟家污水處理廠位于系統(tǒng)上游，故調(diào)蓄池放空收納污水處理廠主要為天嘉污水處理廠及串湖污水處理廠。各污水處理廠承擔(dān)調(diào)蓄池清空情況見表5。

1 天嘉污水

處理廠 4 1.41 5.64 3.19 2.45

2 串湖污水

處理廠 20 1.3 26 14.1 11.9

根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）2016版中調(diào)蓄池放空計算方法為t0=V/（3600Qη）。由此計算得各調(diào)蓄池放空時間及放空方案如表6。

容積（m3） 排放出路 放空效率 下游設(shè)施受納能力（m3/h）

最長放空時間（hr）綠園明溝調(diào)蓄池 17500 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

長春公園調(diào)蓄池1# 12500 串湖/天嘉污水處理廠 0.9 4958.3 26

長春公園調(diào)蓄池2# 15000 串湖/天嘉污水處理廠 0.9 4958.3 26

天嘉公園調(diào)蓄池 14000 天嘉污水處理廠 0.9 1020.8 16.3

珍珠溪公園調(diào)蓄池 8500 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

楊家公園調(diào)蓄池 6000 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

雁鳴湖調(diào)蓄池1# 15000 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

雁鳴湖調(diào)蓄池2# 7000 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

宋家明溝調(diào)蓄池1# 10000 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

宋家明溝調(diào)蓄池2# 10000 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

小城子水庫調(diào)蓄池 15000 串湖污水處理廠 0.9 4958.3 26

總調(diào)蓄容積 130500

4 工程經(jīng)濟指標(biāo)

本工程由于征地拆遷等原因，雁鳴湖調(diào)蓄池1#、綠園明溝調(diào)蓄池暫無法設(shè)計，因此投資僅包含9個調(diào)蓄池。本工程調(diào)蓄池建安費為26635.16萬元，調(diào)蓄池造價為2041元/m?。

5 工程設(shè)計總結(jié)

（1）通過分析長春地區(qū)連續(xù)十一年降雨資料確定該地區(qū)分流區(qū)域、合流區(qū)域調(diào)蓄池的計算參數(shù)。同時針對串湖流域內(nèi)不同體制排水分區(qū)進(jìn)行分區(qū)計算，該方法可推廣至其他地區(qū)水系生態(tài)治理當(dāng)中。

（2）針對下游污水處理廠處理能力確定調(diào)蓄池放空時間，利用污水廠低峰期排放調(diào)蓄池內(nèi)儲存的雨水。

參考文獻(xiàn)

[1]室外排水設(shè)計規(guī)范：GB 50014-2006（2016版）[S].

[2]張辰.合流制排水系統(tǒng)溢流調(diào)蓄技術(shù)研究及應(yīng)用實例分析[J].城市道橋與防洪，2006，8（5）：1-4.

收稿日期：2019-11-01

作者簡介：楚小龍（1988-），男，碩士，工程師，研究方向為市政排水工程設(shè)計工作。