城市雨水徑流污染特征及排水系統(tǒng)模擬優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和城市人口的不斷增加，城市大氣和屋面、路面等下墊面遭受到日益嚴(yán)重的污染。雨天在城市地表中累積的大量污染物被雨水徑流沖刷和裹挾到城市受納水體中，造成了嚴(yán)重的污染和破壞。雨水徑流污染已經(jīng)成為城市水環(huán)境污染的主要原因之一。因此，為了更好的保護(hù)城市水體，非常有必要開展城市雨水徑流污染特征及排水系統(tǒng)模擬優(yōu)化研究。
　　本研究首先針對我國南方典型臨海盆地型平原城市福州市，研究了其雨水徑流的瞬時(shí)濃度和事件平均濃度

2、(EMC)的分布變化、污染物之間相關(guān)性和徑流的初期效應(yīng)等污染特征。結(jié)果表明在14場代表降雨中，舊城區(qū)不同居民區(qū)地表徑流COD、NH3-N、TP和SS的EMC均值分別在95.5～194、2.57～3.33、0.75～1.39和149～240mg/L之間，而新城區(qū)的相應(yīng)指標(biāo)則在74.1～84.0、1.62～1.84、0.34～0.37和117～128mg/L之間，舊城區(qū)雨水徑流的污染水平明顯高于新城區(qū)。14場降雨中，SS與COD之間的線性關(guān)

3、系最好，均呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。此外，福州市居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和辦公區(qū)地表和雨水排放口徑流均存在一定的初期效應(yīng)，雖然并不是特別顯著。
　　其次，本研究評估了降雨基本參數(shù)及雨型、城市下墊面、城市功能區(qū)和排水體制對雨水徑流污染的影響。降雨基本參數(shù)中，前期晴天數(shù)的影響程度超過降雨量、降雨歷時(shí)和最大降雨強(qiáng)度，而雨水徑流中污染物的瞬時(shí)濃度變化與降雨雨型具有明顯的相關(guān)性。與此同時(shí)，舊城區(qū)居民區(qū)不同下墊面徑流中COD、SS、NH3-N和TP等四類污染

4、物呈現(xiàn)出相同的大小規(guī)律:直接濕沉降＜屋面徑流＜地面徑流＜雨水排放口;而新城區(qū)居民區(qū)則表現(xiàn)出直接濕沉降＜屋面徑流＜小區(qū)地面徑流≈道路路面徑流≈雨水排放口的變化規(guī)律。不同功能區(qū)地表徑流中的四類污染物濃度，呈現(xiàn)出居民區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞辦公區(qū)的規(guī)律;而不同排水體制的雨水排放口徑流則存在截流式合流制＞直排式合流制＞分流制的狀況。
　　再次，本研究建立了分流制雨水管道溢流污染物來源的區(qū)分計(jì)算方法，以金山碧水一期為例進(jìn)行分析，結(jié)果表明地表徑流是分流制

5、小規(guī)模居民區(qū)中雨水管道徑流污染的主要貢獻(xiàn)者，尤其是小區(qū)內(nèi)部道路徑流占據(jù)了最大的貢獻(xiàn)比例。例如，小區(qū)內(nèi)部道路徑流向雨水排放口徑流中分別貢獻(xiàn)了52.4±7.5％的COD，50.6±11.0％的SCOD，50.5±11.8％的DOC和49.8±8.7％TP。此外，混接污水和管道沉積物在雨水管道雨天溢流污染中也扮演了重要角色。
　　然后，本研究建立了按照流域進(jìn)行雨水徑流污染總量計(jì)算公式。經(jīng)計(jì)算，鎮(zhèn)江市全年雨水徑流污染總量為TSS25396

6、噸，NH3-N175.0噸，TP40.3噸，COD5718噸，BOD52064噸，TOC591.6噸，給城市的河網(wǎng)水系帶來了嚴(yán)重的污染負(fù)荷。對于不同污染控制措施的效果比較，合流制改分流制達(dá)到的污染物減排效果最好，但是成本最高，工程量最大;建設(shè)雨水調(diào)蓄池相對而言減排效果最差，但是工期短、見效快，而且成本最低;增設(shè)截流管道減排效果中等，但工程量大，性價(jià)比和可行性較低。
　　此外，本研究還提出了“截流式綜合排水體制”的概念，該體制包括內(nèi)

7、部排水管網(wǎng)體系、沿受納水體兩岸鋪設(shè)的截流干管系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)三個(gè)有機(jī)組成部分。綜合分析表明該排水體制對于福州市和南平市均有較強(qiáng)的適用性，可以根據(jù)城市的具體情況，在目標(biāo)約束前提下進(jìn)行排水系統(tǒng)的優(yōu)化組合。在此基礎(chǔ)上，本文針對福州某一排水片區(qū)建立Infoworks ICM排水管網(wǎng)模型，模擬了排水管網(wǎng)受到不同重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)和降雨類型的暴雨下地面的積水狀態(tài)和管網(wǎng)的超負(fù)荷狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上找出了管網(wǎng)的限制性管道并對其進(jìn)行了針對性的模擬和優(yōu)化，模擬