基于排水系统水力模型控制区域合流制溢流污染的联合调度技术

郑杰元 刘旦宇

广州市市政工程设计研究总院，广东广州 510060

基于水力模型的联合调度技术，其主要针对排水系统现状分析中确定的造成排水系统高水位运行、合流制溢流口溢流的原因制定排水系统的联合调度方案，以区域合流制溢流污染控制为目标，充分发挥现有设施的效能。同时，通过调节泵站的开停泵水位充分利用现有管道的调蓄容积，在不影响水质净化厂出水指标的前提下，充分利用水质净化厂的峰值处理系数，应系统考虑各合流制区域合流制溢流污染控制设施的分布，结合合流制溢流污水的水质浓度变化曲线，合理地控制不同区域泵站的开停，最大限度地削减合流制溢流污染。

1 昆明主城西片联合调度方案分析

针对昆明主城西片区溢流污染较严重的情况，本文在利用水力模型深入分析现状排水系统的运行状况的基础上，提出水质净化厂、排水泵站、调蓄池的运行优化策略，并对提出的联合调度方案进行效益评估。

1.1 联合调度方案制定成果与现状系统运行规则对比

昆明主城西片区范围内现状有2座污水处理厂，4座泵站及5座调蓄池，其分布如图1所示。

图1 西片区排水设施位置示意图

1.1.1 调蓄池调控策略优化

调蓄池的进水根据上游关键液位控制点进行调控，当关键点液位超过控制液位时开启进水闸门进行调控。现状下游抽排泵站小于雨季来水时，各大调蓄池采用逐一进水的方式，上游调蓄池装满再进行下一个调蓄池进水；优化的联合调度方案中用抽排泵站的水位统控制上游调蓄池的进水，并根据调蓄池在流域所处位置从上游到下游依次进水。与现状运行规则不同的是，为了发挥调蓄池的效能并减少溢流污染，联合调度方案中调蓄池可以同时进水。

1.1.2 调蓄池放空策略优化

调蓄池的放空应根据对应污水处理厂的处理能力进行调控，当降雨结束后，污水处理厂有处理余量时尽快放空以便在下一场降雨来临时有最大调蓄能力，从而最大程度控制合流制溢流污染。现状系统运行中，5座调蓄池并均未设定明确的放空法则，无法对其进行模拟分析；联合调度方案中，根据下游输送能力及污水厂处理能力，确定调蓄池放空时机及放空量。

1.1.3 泵站调控策略优化

西片区4座泵站为污水厂进水泵站，现状运行时不会超出三污厂最大运行规模。通过对片区合流溢流污染的模拟分析，土堆泵站上游虽然合流制片区面积较大，但现状已建有3座调蓄池，可以在雨季收集较大部分初期合流污水，最终溢流的合流水为后期合流污水，污染物浓度相对较低。而张峰泵站上游合流制区域面积大，且未建调蓄池收集初期合流污水，溢流合流污水污染物浓度较高。因此，在制定联合调度策略时，在保证三污厂最大处理规模的前提下，利用污水处理厂最大程度的收集处理污染物浓度较高的合流污水。

1.2 模型模拟联合调度方案与现状系统运行规则对比

通过分析昆明实测降雨数据得到的特征降雨，选取其中14.39mm-9.86h场降雨对采用联合调度方案的系统和现状系统进行雨季运行模拟。利用研究所得昆明合流污水的污染物浓度随时间变化规律，可计算得到采用联合调度方案的系统与现状系统中22个溢流口、5座调蓄池及2座污水处理厂的不同表现。

1.2.1 合流制溢流口溢流情况对比

在综合考虑张峰泵站和土堆泵站上游服务合流区及调蓄设施后制定的联合调度策略可明显削减张峰泵站上游溢流合流水，其中对张峰泵站溢流口的控制最为明显。由模拟分析结果可知，在14.39mm-9.86h场降雨下采用联合调度策略的系统可削减13%的合流制溢流水量和11%的合流制溢流污染。

1.2.2 现状调蓄池运行情况对比

分析显示采用联合调度方案的系统调蓄池比现状运行能多收集较大部分合流水。在现状系统运行规则下，昆一中调蓄池、七亩沟调蓄池、老运粮河调蓄池无法同时进水。与此相对，联合调度方案设置此三座调蓄池可同时进水，七亩沟调蓄池提前进水，可截留更多初期雨水，同时老运粮河调蓄池14.39mm-9.86h场降雨下也被蓄满，充分发挥了老运粮河流域三座调蓄池的效能。由模拟分析结果可知，在14.39mm-9.86h场降雨下采用联合调度策略的系统可多调蓄52%的合流水量和削减50%的合流制溢流污染。

另外，由于现状系统并未制定明确的放空策略，调蓄池调蓄的水量不能保证及时放空到污水处理厂进行处理，调蓄池的效能不能被有效发挥。而联合调度方案充分考虑调蓄池与污水处理厂之间的关联匹配，可做到雨季过后系统恢复旱季运行工况后24h之内5座调蓄池收集的合流水可排放到污水处理厂进行处理，从而保证系统在下一场雨到来之前有最大的调蓄能力应对。

1.2.3 污水处理厂运行情况对比

模型模拟采用联合调度方案的系统与现状系统中2个污水处理厂雨季利用处理余量处理合流水，经分析在14.39mm-9.86h场降雨下采用联合调度策略的系统可利用污水处理厂峰值系数雨季多处理39%的合流水量和削减39%的合流制溢流污染。

综上，通过利用14.39mm-9.86h场降雨模拟联合调度方案成果与现状系统的对比分析可知，采用联合调度方案的系统对控制区域合流制溢流污染有明显的效益。

1.3 联合调度方案成果评估

本文利用6种年特征设计降雨工况进一步模拟分析联合调度方案，并结合制定的评价指标体系科学的评估最大程度利用现有设施的联合调度方案对区域合流制溢流污染控制的效益，如表1所示。

表1 针对合流制溢流污染控制的指标

2 结语

本文通过对系统的梳理和分析，在充分了解主城西片区排水系统现状运行的基础上，利用排水系统水力模型分析制定了控制区域合流制溢流污染的联合调度方案，并利用建立的评价指标体系对提出的方案进行了评估，优化昆明主城西片区联合调度系统的运行调度策略，将指导排水系统的运行，最大程度发挥系统的效益。

[1] 麦穗海，黄翔峰，汪下亮，等. 合流制排水系统污水溢流污染控制技术发展 [J ].四川环境，2004，3（23）：18～21.

[2] 王宁. 水力数值模型在合流污水一期系统中的运用与研究 [J ].城市道桥与防洪，2009，5.