東莞市石馬河流域溢流調(diào)蓄池研究

中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410014

1 研究區(qū)域概況

東莞市石馬河是東江下游的一級(jí)支流，流域面積為601km2，包括干支流河涌107條，涉及鳳崗、塘廈、清溪、常平、樟木頭、謝崗和橋頭等7個(gè)鎮(zhèn)的112個(gè)村（社區(qū)）。石馬河沿線共設(shè)19個(gè)人工水質(zhì)監(jiān)測斷面，根據(jù)近3年的監(jiān)測結(jié)果，所有監(jiān)測斷面水質(zhì)均為劣V類，主要污染物是氨氮、總磷和化學(xué)需氧量。氨氮濃度在1.81～17.84mg/L，平均濃度為7.74mg/L；總磷濃度為0.48～5.91mg/L，平均濃度為1.84mg/L；化學(xué)需氧量濃度在18～111mg/L，平均濃度為36mg/L。根據(jù)采樣監(jiān)測，各支涌水質(zhì)整體較差，存在30%左右的黑臭河涌，及40%左右的劣V類水體。

東莞市石馬河流域水環(huán)境綜合治理遵循“流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理”的思路，對城鎮(zhèn)面源污染進(jìn)行截留和集中處理。此次選取塘廈鎮(zhèn)TXD90小區(qū)為研究區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該區(qū)域?yàn)槔吓f小區(qū)，小區(qū)內(nèi)人口約有700人，面積為0.1168km2。小區(qū)排水系統(tǒng)為合流制，小區(qū)周邊的小微水體污染較嚴(yán)重[1]。

2 區(qū)域初期雨水現(xiàn)狀

2.1 降水柏拉圖統(tǒng)計(jì)

石馬河流域雨量充沛，根據(jù)謝崗雨量站1978—2017年降水資料和清溪鎮(zhèn)近10年的資料統(tǒng)計(jì)，清溪鎮(zhèn)2015年降水量為1696.7mm，與謝崗鎮(zhèn)多年平均降水量1667mm相近，故此次以清溪鎮(zhèn)2015年作為典型年進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)實(shí)測場次降水?dāng)?shù)據(jù)的量級(jí)，將降水量劃分為7個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)2015年實(shí)測場次降水發(fā)生的頻次、累積頻次及累積降水量，如表1所示。由表1可知，在累計(jì)20mm降水量時(shí)，可以控制區(qū)域81.1%的降水事件，是相應(yīng)的年降水量的32.4%。

表1 清溪鎮(zhèn)2015年降水量和降水次數(shù)分區(qū)統(tǒng)計(jì)分析

2.2 初期雨水面源污染負(fù)荷

研究表明，初期5mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為48%；初期10mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為67%；初期15mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為78%[2]。

2018年10月—12月對塘廈鎮(zhèn)TXD90小區(qū)總排口進(jìn)行3次收集。對監(jiān)測資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，懸浮物（SS）的濃度為20～250mg/L，化學(xué)需氧量（COD）的濃度為140～350mg/L，生化需氧量（BOD5）的濃度為30～90mg/L，氨氮（NH3-N）的濃度為3～25mg/L，總磷（TP）的濃度為0.9～2.7mg/L。初期5mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為38.6%；初期10mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為56.8%；初期15mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為76.3%；初期20mm徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為82.3%。監(jiān)測結(jié)果與通過控制區(qū)域80%的降水事件達(dá)到控制80%的污染負(fù)荷的方法一致[3]。

3 CSO調(diào)蓄池計(jì)算

根據(jù)溢流污染調(diào)蓄池運(yùn)行原理，晴天通過截流井污水直接送往污水處理廠處理，雨天時(shí)收集溢流污水（初期雨水），超量雨水直接溢流至河道，晴天時(shí)將初期雨水送往污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放[4]。

雨水管理模型是排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理的基本依據(jù)和重要工具，歷來受到排水企業(yè)以及科研和教學(xué)部門的重視。SWMM是一套功能齊全、界面友好、易于使用的優(yōu)秀免費(fèi)軟件，文字采用SWMM模型方法對初雨溢流調(diào)蓄池的截污效果進(jìn)行模擬分析[5]。

根據(jù)小區(qū)的實(shí)測地形和實(shí)際排水情況劃分匯水區(qū)域單元，結(jié)合小區(qū)排區(qū)雨水管網(wǎng)資料和截污管網(wǎng)布置情況，每一匯水單元的凈雨量匯入管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，最后在末端布置溢流調(diào)蓄池進(jìn)行調(diào)蓄[6]。為保證計(jì)算結(jié)果具有可靠性，概化小區(qū)排水模型，應(yīng)根據(jù)地表和管網(wǎng)資料條件將小區(qū)劃分得盡可能小，具體劃分情況為排區(qū)劃分為8個(gè)片區(qū)，37根管網(wǎng)，如圖1所示。采用新一代東莞暴雨強(qiáng)度公式如下：

圖1 TXD90片區(qū)管網(wǎng)模型概化示意圖

式中：q為暴雨強(qiáng)度；P為重現(xiàn)期；t為降水歷時(shí)。

采用芝加哥法將其合成降水量為20mm，雨峰r=0.4，降水歷時(shí)為120min，設(shè)計(jì)暴雨過程曲線。此次計(jì)算參數(shù)設(shè)置情況如表2所示。

表2 研究區(qū)域SWMM模型的主要參數(shù)設(shè)置

根據(jù)構(gòu)建研究區(qū)域SWMM模型，采用降水量為20mm的降水過程線進(jìn)行分析，調(diào)蓄容積最大達(dá)到760m3，工程設(shè)計(jì)中，取整V=800m3。

4 結(jié)束語

文章旨在解決區(qū)域老舊小區(qū)設(shè)置末端溢流調(diào)蓄設(shè)施問題，合理確定其規(guī)模，對比國內(nèi)外方法，提出采用柏拉圖缺陷原理，通過控制80%降水事件設(shè)計(jì)初期雨水調(diào)蓄池容積，控制區(qū)域主要的初期面源污染，從而達(dá)到控制80%的污染負(fù)荷的目標(biāo)。通過對東莞區(qū)域降水特點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析和對該區(qū)域初期雨水污染現(xiàn)狀的分析可知，在累計(jì)20mm降水量時(shí)，可以控制區(qū)域81.1%的降水事件，即相應(yīng)的年降水量的32.4%，控制徑流中污染負(fù)荷占總負(fù)荷的平均值為82.3%。同時(shí)，通過采用SWMM排水管網(wǎng)模型計(jì)算調(diào)蓄池規(guī)模，反算區(qū)域相應(yīng)的截留倍數(shù)，為區(qū)域其他老舊小區(qū)改造提供了理論依據(jù)。同時(shí)，該規(guī)?？刂瓶梢栽诨浉郯拇鬄硡^(qū)起到借鑒作用。通過石馬河綜合治理，有利于建設(shè)城市新面貌、形成城市競爭新優(yōu)勢和實(shí)現(xiàn)東莞市在“大亞灣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)”中的愿景。