哈尔滨市江南老城区雨水径流污染控制方案研究

倪 佳，田 磊，马海微，黄立为

(哈尔滨市建源市政工程规划设计有限责任公司，哈尔滨 150080)

哈尔滨市江南老城区雨水径流污染控制方案研究

倪 佳，田 磊，马海微，黄立为

(哈尔滨市建源市政工程规划设计有限责任公司，哈尔滨 150080)

在对城市雨水径流污染控制理论进行说明的基础上，针对哈尔滨市老城区排水系统现状，从工程投资、实施难度、截污效果等多方面综合比选论证，最终确定各汇水区的排水体制，提出雨水径流污染控制方案，削减城市雨水径流对自然水体的污染.

合流制溢流；径流污染；调蓄池

随着我国海绵城市建设工作的不断推进，雨水径流污染控制作为其中一个重要内容受到了越来越多的关注.城市化的高速发展导致天然流域及原有植被破坏，不透水面积增加，地表径流量增大.降雨产生的城市地表径流冲刷下垫面会携带大量污染物进入自然水体，导致水体的物化性质和微生物特性发生变化，对自然水环境造成污染和破坏，甚至对水生态系统产生严重影响，是典型的城市面源污染.

本文针对哈尔滨市江南老城区在进行排水(雨水)防涝系统规划，对不同排水体制下的雨水径流污染控制问题，结合各汇水区排水现状及规划思路，通过比选论证，最终确定了区域内的雨水径流污染控制方案.

1 城市雨水径流污染控制理论

城市雨水径流与城市工企、污水处理厂等点源污染相比，具有随机性、不连续性、分散性、潜伏性和突发性等特点.污染物来源主要包括大气干湿沉降、地表尘埃以及下水道系统[1].其特点可概括为“面状发生、网状输送、多点集中排放、周期性间歇式影响”[2].

中国城市雨水径流污染比较严重，北京市曾对道路径流雨水污染情况进行分析检测，SS、BOD5和COD水质指标的最高值均超过《污水排放综合标准》(GB8978-96)及《地表水环境质量标准》(GBZB1-99)标准值.由此可见，城市雨水径流的污染物负荷已相当高，且控制难度较大，其污染问题不容忽视.但不同汇水面的水质差别较大.一般天然雨水水质良好，但雨水径流水质由于受城市地理位置、下垫面性质及所用建筑材料、城市环境条件和管理水平、降雨量、降雨强度、降雨间隔时间、气温日照等诸多因素的综合影响而波动较大[3].尤其对老城区合流制系统中是否存在初期冲刷效应还存在争议：一些学者认为，合流制溢流(CSOs)存在初期冲刷效应[4-5].然而，另外一些学者认为，CSOs不存在初期冲刷或初期冲刷效应不明显，甚至存在“后期冲刷”现象[6-7].SZTRUH等对斯洛伐克的合流制管道系统进行了为期3年的研究，结果表明，影响CSOs频率和水量的因素包括管道拓扑结构、降雨强度、降雨历时、截流倍数、管道沉积物赋存状况等.这恰恰印证了降雨径流污染的随机性和复杂性.

上述特点决定了径流污染控制的技术难度较高，发达国家和地区着手控制城市降雨径流污染以来，先后经过了对合流制系统混合污水进行调蓄沉淀和溢流污水消毒，到大力推广分流制系统和初期雨水的截留处理，再到当前推崇以低影响开发设施为代表的雨水源头管理措施的复杂历程.从合流制系统混合水溢流，到分流制初期雨水污染，再到通过海绵方法从源头控制初期雨水污染，雨水径流污染问题存在于城市排水系统不断完善的每一个阶段.根据城市降雨径流污染的特点及其与排水系统的关系，相应的控制技术可简单分为源头削减、管道过程控制、末端处理等三种类型[2].1)源头削减，包括绿色屋顶、透水铺面、生物滞留池等工程措施及加强城市固体废物管理、合理清扫街道、控制绿化工程化肥和杀虫剂的使用、定期清洁下水道口等非工程措施；2)过程控制，主要是作用在管路上的径流污染控制.对象包括分流制系统(初期)雨水、合流制混合污水溢流; 有些措施既适用于合流制系统，又适用于分流制雨水系统，例如改造雨水口、旋流分离器等; 有些措施特别针对合流制系统，例如分流制改造、合流污水溢流调蓄等; 另外一些措施则仅适用于分流制雨水系统，如雨水调蓄池；3)末端处理，是指用在分流制雨水管网末端、雨水径流进入受纳水体之前的污染控制措施，或者用在分流制雨水管网末端且本身就是径流最终出路的措施，以及在合流制系统的污水处理厂中用来应对雨季污染负荷的措施.如入渗池、滞留池、雨水湿地以及雨污合流体系中污水处理厂的就地调蓄等.

2 哈尔滨市排水系统现状

哈尔滨市江南老城区内相关的城市水系共6条，包括松花江、阿什河、“三沟”(马家沟、何家沟、信义沟)及曹家沟.其中，“三沟”为城市内河，马家沟、何家沟直接汇入松花江，信义沟汇入阿什河，阿什河汇入松花江，曹家沟为信义沟支流，如图1所示.

图1 哈尔滨市江南老城区城市水系分布图

根据哈尔滨江南老城区的自然地形、天然水系、内河河流位置及排水设施现状情况，哈尔滨江南市区排水分区分为4个部分，总面积251.92 km2.

2.1沿江汇水区

汇水面积27.3 km2，是哈尔滨市市政排水设施密度最大的地区.现状排水体制为截流式合流制，旱季污水通过已经建设完善的截流管道输送至太平污水处理厂，雨季雨污混合水部分进入污水厂，超过截流能力的溢流至松花江.

2.2马家沟汇水区

汇水面积70.04 km2.现状排水体制为截流式合流制和分流制并存(老城区截流式合流制为主).马家沟沿河两岸有两条截流渠，设计总长27 km，现已全部建设，实现双岸污水截流.旱季，污水经马家沟截流系统输送至朝阳、文昌污水处理厂处理；雨季除已分流地区外，其他老城区的雨污混合水同沿江地区，部分进入污水厂，其余溢流至马家沟内.

2.3何家沟汇水区

汇水面积107.32 km2.排水体制为截流式合流制与分流制并存(分流制为主)，正在向完全分流制改造.区域内除何家沟干流段东侧的道里西部老区和联络空间东侧为合流制，其他区域大部分为新建城区，建设时采用雨污分流的排水体制.区域污水经何家沟污水截流系统输送至群力污水处理厂处理和平房污水处理厂，雨水直接排入何家沟.

2.4阿什河(信义沟)汇水区

汇水总面积47.26 km2.除个别市政管线外，排水体制整体为截流式合流制.旱季污水经截流系统输送至信义污水处理厂处理，雨季混合水超过截流倍数则溢流至阿什河.

3 哈尔滨市雨水径流污染控制方案

哈尔滨市江南主城区现状排水体制为截流式合流制与分流制并存.由于沿江汇水区包含哈市道里、道外老城区，街道非常密集，地下管网复杂，进行雨污分流改造较为困难，故在此对截流式合流制+调蓄池和分流制改造进行比较，确定沿江排水系统体制及径流污染控制方案；另外几个汇水区或改造条件相对较好，或部分区域已经为雨污分流体制，或为未开发的排水空白新区，故确定整体采用分流制改造方案，包括马家沟汇水区、何家沟汇水区、阿什河(信义沟)汇水区.

3.1沿江汇水区方案比选及说明

现以沿江Y5片区为例，对不同排水体制下的径流污染控制进行计算.

方案1：截流式合流制+合流溢流调蓄池方案.

片区面积F：1.626 km2；根据哈市污水面积比流量经验值0.006 L/(s·km2)，可得平均旱流污水量为Q污=0.098 m3/s；

本片区末端排污口对应的松花江断面纳污能力M纳=28.75 t/h；雨季混合污水COD排放平均质量浓度计为C=180 mg/L；根据气象资料可知，哈市年平均降雨历时约t历=373 h，监测站点年平均降雨量483 mm.

依次推求片区末端雨水平均流量Q雨、现有系统理论截污量(COD、SS)，与水体纳污能力相比较.结合不同降雨强度的分布核算实际截污量及截污率，计算相应的截流倍数和调蓄池容积，见表1.

表1Y5片区截污效果表

溢流降雨强度界限/(mm·h-1)1．323456791113n4912．115．218．221．227．333．339．4调蓄池体积V/m31588423458747515910210690139181709320321截污COD量/t45．655．662．368．073．477．887．793．698．8截污SS量/t29．535．940．344．047．450．356．760．563．9截污率/%39．448．053．859．063．567．375．981．085．5

提取溢流降雨强度界限、调蓄池体积及截污率，如图2所示，作为选择适宜参数的依据.

综合考虑调蓄池体积、造价，截污能力等因素，本规划选择6 mm/h为合流制设计的溢流强度界限，此时系统的总截流倍数为18.2，调蓄池体积为9 102 m3，取9 100 m3.系统COD截污量73.4 t，截污率为63.5%.

方案2：完全分流制+末端初期雨水调蓄池方案

根据《室外排水设计规范(GB50014-2006)》(2014年版)中4.14.4A，计算分流制排水系统的径流污染控制雨水调蓄池有效容积.此时调蓄雨水量为6 mm，取调蓄时间1 h，即当降雨强度大于6 mm/h时，系统发生溢流.

综上，根据计算结果可知，Y5片区如果采用截流式合流制+调蓄池的方案，调蓄池有效容积取9 102 m3.系统总截流倍数为18.2，系统实际可削减的73.4 t的污染物量，截污率63.5%.当单次降雨强度大于6 mm/h时，则发生溢流.

如果采用分流制，调蓄池容积为9 512 m3，取9 500 m3.系统总截污量80 t，截污率为69.2%.

依次计算沿江其他片区两种方案的工程量和截污效果，结果见表2.

表2沿江各子系统结果汇总表

方案1(截流式合流制+调蓄池)方案2(完全分流制)调蓄池总体积/m3146380153557管线工程量/km235210改造泵站/座510截污COD量/t1183．31289．5截污SS量/t764．9833．5系统截污率(COD)/%63．569．2建设投资/亿元38．240．5

通过表2计算结果，从工程投资、实施难度、维护费用、减排效果、雨水利用率及占地面积等方面对两个方案进行比选，见表3.

表3沿江各子系统技术方案比选

方案比选因子方案1(截流式合流制+调蓄池)方案2(完全分流制)工程投资较高高实施难度易难维护费用低高减排效果较好好雨水利用率低高占地面积小大

通过比选可知，采用方案1，即在现有截流式合流制的基础上增设调蓄池的方案，工程投资相对较低，对现有市政道路影响较小，占地面积小，避免线位紧张问题，截污效果与方案2接近，因此方案1更为合理，针对不具备雨污分流条件的沿江汇水区采用截流式合流制+调蓄池方案进行排水系统改造.

3.2其他汇水区方案说明

其他汇水区实施条件较好，采用完全分流制+末端初期雨水调蓄池的方案，计算结果汇总如表4所示.

表4其他汇水区汇总表

项目/汇水区马家沟汇水区何家沟汇水区阿什河(信义沟)汇水区调蓄池个数/座434814调蓄池总体积/m3691236726043449070截污COD量/t6095．563963958系统截污率(COD)/%65．965．965．9截污SS量/t3940．24134．52558．5系统截污率(COD)/%57．257．257．2

4 结 论

1) 不同排水体制下的雨水径流污染物负荷已相当高，且控制难度较大，对城市水体的污染问题不容忽视，但对是否存在明显的初期雨水冲刷效应还未形成统一认识.

2) 确定老城区径流污染控制方案时，应综合工程投资、实施难度(规划线位、交通影响、占地面积)、截污能力进行综合考虑，不能简单地进行完全分流制改造.

3) 在针对哈尔滨沿江汇水区进行截流式合流制+调蓄池和完全分流制改造两种方案的比选后可知，在现有系统的基础上通过增加末端调蓄来提高系统截污能力、控制径流污染更为合理.

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StudyonstormwaterpollutioncontrolinoldcityareaofHarbin

NI Jia, TIAN Lei, MA Hai-wei, HUANG Li-wei

(Harbin Jian Yuan Municipal Engineering Planning and Design Co.,Ltd, Harbin 150080, China)

On the basis of the introduction about the theory of storm water runoff pollution control, aim at the present situation of drainage system, demonstrated the drainage system for each area from the engineering investment, the difficulty of implementation and the effect interception ratio and so on. The storm water runoff pollution control program was proposed to reduce the storm water runoff pollution to natural water.

combined sewer overflows (CSOs); runoff pollution; detention tank

2016-10-25.

倪 佳(1986-)，女，硕士，环境工程师，研究方向：污水处理设计；市政排水规划设计.

X522

：A

1672-0946(2017)04-0432-04