某县城中心城区初期雨水调蓄池设计及环境效益研究

李 光

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，合肥 230001）

初期雨水是城镇面源污染的主要来源，其组成部分主要有雨天混接污水、地表径流污染、管道沉积物等，污染物负荷高。目前，大多数城市中心城区的排水体制主要为雨污合流制，暴雨期间，初期雨水混合着污水超过了合流制排水系统的截流能力，直接溢流排入水体，不仅会影响下游河道的水环境质量，甚至会导致黑臭水体的出现[1-2]。因此，必须研究初期雨水污染治理手段，对初期雨水加以有效控制。

自20世纪60年代起，美国、德国、日本等就已开展了合流制排水系统溢流污染研究。美国费城将充气式橡胶堰应用于合流制溢流口，充分利用现有设施的储存容积，截流量达到降雨总量的70%。德国采用大量分散式、小规模雨水调蓄池截流合流制管道的溢流污水和雨水，并通过沉淀处理或者旱季（晴天）时送到污水处理厂进行处理，较快地实现了城市排水系统的改造和合流制溢流污染的有效控制。目前，我国一些城市已经认识到初期雨水污染的问题，采取了一些污染控制措施。上海市率先提出合流制排水系统污染物控制技术研究，并将初期雨水调蓄池作为控制溢流污染负荷的重要手段，苏州河治理二期工程项目建设了5座地下式调蓄池，削减排入苏州河的污染负荷[3-5]。

本文结合某县城中心城区初期雨水调蓄池的设计实例，介绍了合流制排水系统中初期雨水调蓄池的设计要点，对调蓄池运行后对合流制排水系统的环境效益进行了评估研究。

1 工程概况

近年来，某县城根据“环巢湖地区生态保护修复工程”，陆续修建了沿河截污管道和泵站，通过截污治污等手段，大大提高了城镇生活污染控制率。城区水环境质量有了一定程度的改善。但后续提高的难度加大，究其原因，主要是对初期雨水污染缺乏有效的治理手段。

某县城中心城区雨水调蓄工程属于店埠河干流子系统雨水分区，总服务面积14.39 km2。根据店埠河沿岸各排口的分布情况、各排口的服务范围、城市建设情况、现状及规划雨水管道的实施情况，在工程范围内新建2座调蓄池，1#调蓄池的服务范围为4.98 km2，2#调蓄池的服务范围为9.41 km2。

2 初期雨水调蓄池设计

2.1 初期雨水污染控制标准

关于初期雨水污染控制，目前国内外还没有一个统一的标准。从工程学角度来说，主要有两种表达方法：一是污染物控制率和溢流次数标准；二是当量雨量标准。国内外主要的初期雨水污染控制标准如表1所示。

表1 不同排水体制初期雨水污染控制标准选择

根据某县城排水现状及店埠河流域水污染治理的要求，本工程结合溢流污染物总量控制及合肥市初期雨水截流标准，参考合肥市相关工程的实践经验，拟采用截流标准为6 mm。

2.2 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。

该工程根据《城镇雨水调蓄工程技术规范》（GB51174-2017）3.1.5条内容，按式（1）计算雨水调蓄池的有效容积，计算结果如表2所示。

式中，V为调蓄池有效容积，m3；D为调蓄量，mm，按降雨量计；F为汇水面积，hm2；ψ为径流系数，本次取值0.7；β为安全系数，可取1.1～1.5，本次取值1.2。

表2 调蓄规模一览表

2.3 调蓄池的布置形式

该工程分建2座调蓄池，1#调蓄池2.5万m3，2#调蓄池5.0万m3。根据工程的建设需要，近期新建2#调蓄池，主要工程内容包括：调蓄池及配套的格栅及进水泵房、离子除臭间等建、构筑物。

2#调蓄池的平面尺寸为L×B×H=110.0 m×54.0 m×10.0 m（有效水深8.0 m），冲洗方式为真空冲洗，根据冲洗水量的要求将廊道划分为7道，每个廊道内有一个存水室，单个存水室内设一个真空阀，共7个真空阀，其中调蓄池采用3个真空阀共用1台真空泵及两个真空阀共用一个真空泵两种形式，共3台真空泵3.0 kW，100 m3/h。液位计共9个及配套阀门组、控制柜2个。该工程在调蓄池进水管前设置2台水平溢流格栅，尺寸7 000×1 540×300 mm，栅隙6 mm，单套处理量5.52 m3/s。

2.4 运行工况

调蓄工况：经截流干管输送的初期雨水首先进入粗格栅及进水泵房，经粗格栅拦截初期雨水中大块漂浮物后出水进入调蓄池，待调蓄池续满后，关闭进水泵。在晴天污水排放低谷时段，开启调蓄池内的出水提升泵，将初期雨水转输至污水管道，最终输送至污水处理厂，经处理达到排放水体的要求后排出。

排涝工况：暴雨时段，通过智能截流井控制系统关闭各排口截流井的进水闸门及调蓄池进水闸门，直接将雨水排至店埠河。

2.5 调蓄水体出路

本工程调蓄设施用于溢流污染控制，其存储的水体水质一般不能满足直接排放标准，需进行水质处理达标后方能排放。目前，主要处理方式有两种：转输至污水处理厂处理和就地处理。

2.5.1 转输至污水处理厂处理

旱季截流的旱季污水和雨季截流的初期雨水均送到污水处理厂处理，处理达标后排入水体，调蓄池仅起调蓄作用，不起净化功能。

2.5.2 就地处理

旱季截流的旱季污水直接送入现状污水管网，送到污水处理厂处理；雨季截流的初期雨水通过调蓄池配套的处理设施处理达标后直接排入水体。

本工程截流店埠河干流沿线排口初期雨水后进入2#调蓄池，调蓄规模为5.0万m3。经调蓄池调蓄后的初期雨水分三天错峰转输到污水处理厂进行处理，近期每天转输处理规模为1.67万m3。

3 调蓄池的环境效益研究

3.1 径流总量控制

调蓄池的主要作用是对径流雨水进行储存、滞留、沉淀、蓄渗或过滤以控制径流总量和峰值，实现污染径流控制的目标。根据合肥1989-2008年20年见降雨资料统计（无1-3月降雨资料），共有降雨事件1 346场，其中汛期降雨720场，非汛期626场。笔者统计了不同截流标准下的径流总量，如表3所示。

表3 各截流标准下截流量百分比

本工程采用截流标准为6 mm，工程实施后年均溢流场次减少29次，仍有41次降雨事件超过标准溢流排入店埠河。在这41次出现溢流的降雨事件中，截流量达到26.9%，考虑到中强降雨事件后期溢流污染物负荷相对较低，6 mm截流标准已能截流污染物负荷总量的50%～60%。

调蓄池截流标准的选用直接影响调蓄池暴雨溢流削减量和削减率。应当因地制宜，根据当地的降雨特征和下垫面特征，并结合已建工程的实际运行效果和地区削减污染负荷的实际需要，采用合适的调蓄池容积设计标准。

3.2 污染物总量控制

以2#调蓄池为例，调蓄规模为5.0万m3，调蓄池出水接入到污水处理厂处理后排放，出水水质执行《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值》（DB34/2710-2016）。其主要进、出水水质参数如表4所示。

表4 设计进、出水水质一览表

从表4可以看出，本次初期雨水调蓄工程可以在很大程度上削减排入店埠河的污染物总量，改善区域水环境质量，有效缓解店埠河流域的水污染，满足店埠河水质管理的要求。

4 结语

随着我国对于水环境质量要求的不断提高，初期雨水污染控制与治理将受到更加广泛的关注和重视。初期雨水污染控制是一项全方位、多领域的系统工程，目前尚无统一的建设标准，本文以某县城中心城区初期雨水调蓄工程为例，从初期雨水污染控制标准、调蓄池容积计算、调蓄池布置形式、运行工况和调蓄水体出路等角度阐述了调蓄池设计的思路，通过径流总量和污染物总量两个方面论证了初期雨水调蓄给合流制排水系统带来的环境效益，证明初期雨水调蓄池确实具有较好的暴雨溢流量和溢流污染物削减能力，并能提高短期内排水系统的排水标准和延缓暴雨洪峰时间。该县城的工程实践表明，雨水调蓄池在初期雨水污染控制与治理方面能够发挥一定的作用。