城市排水系统中初期雨水调蓄池的设计探讨

金 敦

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

0 前言

大量的研究证明，初期雨水中具有较高的污染物负荷，是面源污染的主要来源。初期雨水本身夹杂着地面的残留污染物，同时还会挟带管道中大量的积黑泥。若任其直接排入河道后，不仅会使河水发生黑臭，破坏其感官效果，同时其本身的污染物还会给河道水环境造成污染，破坏水生动植物的生长。因此必须对初期雨水加以控制，避免其对河道等生态环境的破坏。

虽然部分雨水管网系统建设时也考虑设有截污措施，通过提高截留倍数可以截留一部分的初期雨水量。然而由于初期雨水历时短、瞬时流量大的特点，旱流污水截留设施基本无法起到截留初期雨水的作用。

为了避免初期雨水中的污染物直接通过雨水管排放，需要对初期雨水进行收集处理，一种有效的方法是在雨水管网的末端，结合雨水排放泵站建设的同时设置初期雨水调蓄池。目前这种方法已经在上海、广州等城市被成功运用。初期雨水调蓄池可以减少初期雨水直接排放对水环境造成的破坏，对提高水环境质量起到了重要的作用。

本文结合石家庄市正定新区2#雨水泵站初期雨水调蓄池的设计实例，介绍了城市排水系统中初期雨水调蓄池的设计要点，为今后完善初期雨水调蓄池的设计方法提供借鉴和参考。

1 工程概况

石家庄市正定新区2#雨水泵站属于正定新区排水B片区，根据规划该区域属于强排系统，雨水系统重现期为1 a。泵站位于正定新区园博园的东南角，雨水经泵站提升后排入周汉河。2#泵站的总服务面积约6.46 km2，规模为16 m3/s。

正定新区的城市建设是以“低碳、生态、智慧”为目标，水系统的建设也充分体现了这一理念。正定新区属于缺水性地区，通过2#雨水泵站及初期雨水调蓄池的建设，在保障地区排水安全的同时，减少初期雨水中污染物的排放，截流的初期雨水经污水厂处理后可用来补充新区景观水系，实现了回用，促进新区水系统的良性循环，实现水资源的有效利用，改善环境质量，保证正定新区健康发展。

2 初期雨水调蓄池的介绍

初期雨水调蓄池一般与排水系统的雨水泵站结合布置。根据可利用建设用地的大小，可采用与泵站合建或分建的方式。不同的布置方式，对投资和施工难度会有一定的影响。分建方式为平面上将调蓄池及泵房分开布置，两座构筑物埋深均较小，基坑开挖深度较小；合建方式是将调蓄池叠放在泵房下方，尤其是在用地受到限制时常采用此种模式，叠放后基坑开挖深度加大，施工难度及施工工期相对增加，工程投资也相对增加。考虑到该工程的用地条件及现场情况，该工程拟采用分建式，即将初期雨水调蓄池及泵房分开布置，降低工程投资。其工作原理如下：

晴天时排入系统的污水量较少（主要是路面冲洗水、洗车用水等），此时关闭雨水泵房进水闸门，关闭调蓄池进水闸门，开启截流污水泵，进水经泵室内的截流污水泵提升后排入相应的污水管道系统。

降雨初期时，根据水位控制开启雨水泵和调蓄池进水闸门，关闭出水闸门；待调蓄池达到设定水位后，开启出水闸门，关闭调蓄池进水闸门，将雨水排至河道。待晴天根据污水系统运行情况，在系统污水量处于低谷时，启动初期雨水调蓄池的放空泵，将调蓄池内的初期雨水排放至相应的污水系统。

初期雨水调蓄池可以截留初期雨水，并在雨停后将截留雨水输送至污水处理系统中，降低直接随雨水排入河道的有机物负荷，减少初期雨水对河道的污染，对保护水环境质量具有重要的意义。

3 初期雨水调蓄池的设计

初期雨水调蓄池在我国应用时间较短，其本身并没有固定的形式和标准。近年来，随着我国对面源污染的重视，初期雨水调蓄池在我国排水系统中的应用逐渐增多，但是国内尚缺乏具有可操作性的技术规范用以指导初期雨水调蓄池的设计。在设计中重点是调蓄池的容积计算及冲洗方式的设计等。以2#雨水泵站的调蓄池为例，其工艺设计要点有以下几个。

3.1 初期雨水调蓄池的容积计算

调蓄池的容积计算是初期雨水调蓄池的设计重点。调蓄池设计得过小，不足以满足对初期雨水的控制，仍会造成河道污染；而调蓄池设计得过大，则造成土建的浪费，增加工程费用。由于我国对分流制雨水系统中初期雨水调蓄池的容积计算并没有相关规定，故该工程结合国内类似工程的设计情况，主要参考德国废水协会“ATV Arbeitsblatt A 1281992”标准，对调蓄池进行容积计算：

调蓄池有效容积：

式中：V——调蓄池容积，m3；

VSR——每公顷面积需调蓄雨水量，m3/hm2；

AU——非渗透面积，hm2，AU＝系统面积×径流系数。

其中，VSR值与城市暴雨径流污染特点密切相关，德国根据其自身城市特点，取值一般为：12≤VSR≤40，降雨均匀、卫生条件好的城市可取较低值，反之则取较高值[1]。考虑正定新区的城市建设标准，该工程VSR取值为25。

2#雨水泵站的服务面积为646 hm2，平均径流系数 ψ＝0.6，即非渗透面积 AU=646×0.6=387.6（hm2），经公式计算，2#雨水泵站初期雨水调蓄池的计算有效容积为：V=14535 m3，该工程设计有效容积取15000 m3。

根据国内的相关研究，若采用降雨深度法来计算初期雨水调蓄池的有效容积，其计算公式为：V=Ahψ。式中：A为雨水系统的服务面积；h为需要截留的降雨深度，降雨深度h一般取3.5～5 mm[2]。若该工程按此法计算，调蓄池容积为13566～19380 m3。可见该工程有效容积采用15000 m3也在合理范围内。

3.2 冲洗方式的选择

由于初期雨水调蓄池在使用后底部不可避免地有沉积杂物，因此设计调蓄池时，必须考虑对底部地沉积物的清除。

调蓄池的冲洗有多种方法，各有利弊。随着节能减排的政策要求，越来越多的环保型、节能型的冲洗设施和方法产生。调蓄池通常采用的冲洗措施有人工清洗、水射器冲洗、水力冲洗翻斗、连续沟槽自清冲洗、门式自冲洗系统等，该工程对其作了比较，见表1所列。

因该工程设计的初期雨水调蓄池除部分设备检修孔和人孔外，基本属于全封闭结构，且上部拟做景观绿化，地下调蓄池不适合开设人员经常进出孔和开大型设备吊装孔，同时应充分考虑节能的因素。门式自冲洗系统是一种节能型、无动力、无能源消耗的清洗方式，冲洗力非常强大，在法国巴黎的调蓄池中，对厚达0.4 m的积泥一次冲洗即实现了清除，这是传统冲洗方式所无法做到的。在上海世博园区浦明、后滩等雨水泵站也有成功的运用[3]。其具有无需外动力、无需外供水、控制系统简单、运行成本低、使用效率高等优点。该工程推荐其作为初期雨水调蓄池的冲洗方式。

表1 调蓄池冲洗方式比较表

3.3 初期雨水调蓄池的工艺参数

根据上述内容，该工程初期雨水调蓄池与泵站分开布置，通过箱涵连通。调蓄池设计容积为V=15000 m3，平面尺寸为55.34 m×43.00 m，有效水深为7.7 m，内设8套门式自动冲洗装置，考虑调蓄池内的水需能排入污水管网最终接入污水厂处理。该工程设置3套污水潜水泵（2用1备），单泵性能参数为：Q=1275 m3/h，H=5.7 m，N=60 kW。

3.4 设计中需要注意的事项

为了保证初期雨水调蓄池的使用效果，在初期雨水调蓄池的设计过程中，还应注意以下几点：

（1）通常初期雨水调蓄池进水端采用电动闸门来进行控制，但为防止意外事件，在现场应配有手动切换控制功能,以备发生机械故障时可在现场进行操作。

（2）由于初期雨水调蓄池一般深埋地下，在进水过程中，其内部气体需要排放，故在调蓄池顶部需安装通气井或通气孔，通气孔的尺寸需根据进水时的排气流量进行核算。

（3）调蓄池放空通常采用潜水离心泵进行排放，由于初期雨水调蓄池内的雨水是排放到城市污水管网系统中，排空应尽量设在污水管网流量处于低谷时，避免由于瞬间流量过大对污水系统造成影响。

图1为初期雨水调蓄池设计示意图。

图1 初期雨水调蓄池设计示意图

4 结语

随着环境污染形势的加剧和国家对生态环境重视的提高，越来越多的城市通过在排水系统中设置初期雨水调蓄池来控制初雨的面源污染，目前我国很多城市的雨水系统中已有一定的应用实例。但由于没有统一的规范要求，其运行效果却参差不齐。为了能够有效地发挥初期雨水调蓄池的作用，需结合当地城市的降雨的特点、卫生水平及目标要求来确定相关参数，以便使初期雨水调蓄池的设计达到预期效果，充分发挥其控制初雨的面源污染的作用。

[1]黄建秀，等.调蓄池在排水系统中的研究进展[J].环境科学与管理，2010，35（4）：115-118.

[2]丁志斌，等.基于降雨过程理论分析的初期雨水调蓄容积计算[J].净水技术.2011，30（1）：75-78.

[3]肖艳，徐建初.世博浦东园区雨水泵站初期雨水调蓄池冲洗方式设计[J].给水排水.2009，35（3）：50-52.