降雨徑流量增加對楊公堤污水系統(tǒng)運行的影響

蔡慧野，王 卿，朱宇珂

(杭州市水務集團有限公司，浙江杭州 310009)

楊公堤是西湖的著名風景地[1]，由南至北分布有多個較為重要的污水泵站，主要有新茶博、茶博、臥龍、松岳泵站(老茶博基本停運)，分別收集不同區(qū)域的景區(qū)污水并匯入杭州市二污系統(tǒng)干管，最終將污水輸送至七格污水廠處理。

近年來，杭州市在積極推進雨污分流各項工作，但目前西湖景區(qū)附近仍存在部分混接情況。杭州市水務集團有限公司在運行過程中發(fā)現(xiàn)，梅雨季和臺風季時常會有短時大到暴雨的天氣發(fā)生，導致楊公堤一帶污水泵站超負荷運行[2]。因此，初步認為楊公堤周圍管道雨水混入的情況非常嚴重[3-4]。研究楊公堤污水系統(tǒng)雨水混入情況有助于采取進一步調(diào)度運行和雨污分流措施，解決泵站超負荷運行的問題，改善上游管線容納量不足的現(xiàn)象。

1 研究內(nèi)容

1.1 泵站污水量與降雨量關(guān)系

圖1展示了楊公堤附近各泵站的位置關(guān)系，新茶博、臥龍泵站位于松岳泵站上游，松岳泵站下游為古新河泵站。圖2是2018年楊公堤區(qū)域降雨情況，月降雨量超過100 mm的月份有9個月。其中，8月降雨量最大，降雨總量達到318 mm；6月降雨總量達到265 mm。由圖2平均氣溫曲線可知，楊公堤一帶全年溫度大致在5～35 ℃。為了更好地研究降雨量與泵站提升水量的關(guān)系，減少高溫天氣景區(qū)綠化用水滲入及水量蒸發(fā)對研究結(jié)果的影響，選取氣溫在20～25 ℃、雨水量較大的4月—6月(共91 d)的數(shù)據(jù)進行研究。

圖1 楊公堤排水系統(tǒng)泵站Fig.1 Pumping Stations of Yanggongdi Sewage System

圖2 2018年楊公堤月降雨量及月平均氣溫Fig.2 Monthly Rainfall and Monthly Average Temperature of Yanggongdi Area in 2018

由圖3可知，松岳泵站提升水量與日降雨量有明顯關(guān)聯(lián)。晴天，松岳泵站的水量在10 000～15 000 m3/d；雨天，進入松岳泵站的水量隨降雨量增加而增加，發(fā)生50 mm左右的降雨時，進入泵站的水量達到25 000 m3/d左右。因雨水影響具有延遲性，泵站水量波動較大，例如6月21日的降雨量為0，但因為前1 d發(fā)生了82 mm的降雨，松岳泵站水量達到22 480 m3/d。降雨給泵站提升水量帶來的影響一般要到降雨后的第3 d才基本消除。

同理，分析景區(qū)的臥龍泵站以及新茶博泵站的水量變化。由圖3可知：臥龍泵站晴天的水量為2 000～3 000 m3/d，發(fā)生50 mm左右的降雨時，臥龍泵站的水量增加到4 400 m3/d；新茶博泵站晴天的水量為3 000～4 000 m3/d，發(fā)生50 mm左右的降雨時，新茶博水量可增加到13 000 m3/d左右。

圖3 雨天泵站水量對比 (a)松岳泵站；(b)臥龍泵站；(c)新茶博泵站Fig.3 Water Quantity Comparison of Pumping Stations in Rainy Days (a)Songyue Pumping Station;(b)Wolong Pumping Station;(c)Xinchabo Pumping Station

表1為松岳、臥龍、新茶博泵站的額定運行數(shù)據(jù)。由表1可知：根據(jù)目前各泵站水量情況，晴天，泵站均有污水傳輸余量；雨天，上游管線不斷有雨水匯入污水管道，污水泵站負荷過重，3個泵站均超負荷運行。為保護西湖水質(zhì)不受影響，楊公堤附近泵站均未設(shè)置溢流口，在當前運行條件下，降雨量過大極易發(fā)生泵站系統(tǒng)癱瘓、污水滿溢現(xiàn)象。

表1 泵站運行數(shù)據(jù)

1.2 泵站管道雨污合流比計算

本次水質(zhì)調(diào)查著重就楊公堤周圍的松岳、臥龍、新茶博泵站的污水管線進行研究，采集了2次連續(xù)雨天6月22日和6月23日的水樣，兩日降雨量均在30～40 mm，采樣使用24 h自動采樣器，并在22日和23日于杭州市水務集團監(jiān)測分公司三樓平臺用燒杯接收適量雨水，采樣完畢立刻送往實驗室進行CODCr的測定。試驗結(jié)果采用標準曲線對照法，測定方法采用快速消解分光光度法。

由表2可知，雨水混接進入污水系統(tǒng)的現(xiàn)象的確存在，且雨水混入量不占少數(shù)，根據(jù)降雨量和降雨持續(xù)情況，雨水混入比可達到10%～75%。對比表2中不同時間點和不同天數(shù)各泵站的雨水混入比可以發(fā)現(xiàn)，隨著降雨的持續(xù)進行，雨污混合比逐漸加大。第1 d，雨水混入比基本在10%～45%；而到第2 d，雨水混入比達到60%以上。

表2 泵站管道的雨水混入比Tab. 2 Mixing Ratio of Rainwater in Pipelines of Pumping Stations

對比3座泵站可知，新茶博泵站雨污混流情況較嚴重，22日20∶00合流比為35.7%，降雨持續(xù)到23日20∶00合流比為74.7%。這可能是因為新茶博處于西湖景區(qū)的內(nèi)側(cè)，附近尚未開發(fā)成熟，許多污水管線尚未完全對接，導致大量雨水直接滲入地下與污水混合進入泵站，最終造成新茶博泵站雨天負荷量過大，易發(fā)生道路污水滿溢現(xiàn)象。

1.3 Infoworks ICM模型擬合

利用模型分別擬合不同降雨情況楊公堤周圍管線容納量，圖4為2個不同降雨條件下的模型擬合圖。6月9日降雨量達7.9 mm，為多日連續(xù)晴天后的初降雨，模型結(jié)果可以看出，楊公堤一帶污水管路尚有容納量，對整個污水系統(tǒng)影響較?。?月23日當天降雨量為34 mm，且前2 d均有降雨發(fā)生，模型運行后可以看到，隨著降雨進行，各主要干管均出現(xiàn)了排雨能力不足的情況，對主城區(qū)污水系統(tǒng)運行造成很大的干擾，甚至對西湖的水質(zhì)及周邊環(huán)境造成較大影響。通過對比可知：當降雨量小于10 mm時，對楊公堤污水系統(tǒng)影響較小；當降雨量大于30 mm時，景區(qū)雨水進入將大大增加污水系統(tǒng)負擔，污水管網(wǎng)容納量不足，易發(fā)生道路滿溢現(xiàn)象。

圖4 雨天污水系統(tǒng)運行狀況Fig.4 Operation Status of Sewage System in Rainy Days

1.4 雨天應急調(diào)度方案

針對不同降雨天氣污水泵站水量情況及Infoworks ICM模型，初步制定了雨天應急調(diào)度方案。雨天，為減少楊公堤污水系統(tǒng)轉(zhuǎn)輸壓力，采取上游泵站減量及下游分流轉(zhuǎn)輸?shù)膽贝胧?。降雨量小?0 mm時，充分利用污水管網(wǎng)的調(diào)蓄能力，白天高峰時段間歇性開停泵站水泵，避免發(fā)生道路污水滿溢情況；夜間污水廠及管網(wǎng)水位有下降趨勢時，保持泵站滿負荷運行增加往下游輸送水量。降雨量較大時，利用污水系統(tǒng)干管之間的分流轉(zhuǎn)輸能力，緩解二污系統(tǒng)運行壓力。松岳泵站下游古新河泵站設(shè)有一、二污干管間聯(lián)通管線，雨天部分上游來水通過古新河泵站分流轉(zhuǎn)輸進入一污系統(tǒng)干管，可緩解目前楊公堤附近污水管線雨天容納量不足問題。

2 總結(jié)

楊公堤污水系統(tǒng)受降雨的影響較大，且降雨給泵站提升水量帶來的影響一般要到降雨后的第3 d才基本消除。新茶博處于西湖景區(qū)的內(nèi)側(cè)，附近尚未開發(fā)成熟，上游匯水范圍內(nèi)雨水進入污水管網(wǎng)的現(xiàn)象更為嚴重，最高雨污合流比達到74.7%，嚴重影響泵站正常運行操作。

Infoworks ICM模型擬合結(jié)果為降雨量大于30 mm時，楊公堤污水系統(tǒng)受雨水混入的情況嚴重，上游管線出現(xiàn)容納量不足的現(xiàn)象，影響主城區(qū)污水系統(tǒng)的正常運行，易發(fā)生道路滿溢現(xiàn)象。

為解決楊公堤污水系統(tǒng)雨天污水提升量大的問題，目前已初步制定雨天應急調(diào)度方案；但后續(xù)仍需進一步采取有效的雨污分流措施，及時、合理輸送山區(qū)雨水至雨水管渠，從而改善上游污水管線容納量不足的現(xiàn)象，保證景區(qū)環(huán)境衛(wèi)生、保障主城區(qū)污水系統(tǒng)安全運行。