城市雨水管道沉積物污染負(fù)荷及其沖刷規(guī)律研究.pdf

1、當(dāng)前世界各地的城市排水管道幾乎都存在程度不一的泥沙沉積現(xiàn)象。淤積的沉積物不僅會造成管道腐蝕、水流輸送能力的降低,而且在雨水徑流的沖刷作用下,其中賦存的污染物會釋放進(jìn)入城市水體,對受納水體的水環(huán)境構(gòu)成威脅。隨著點源污染治理程度的提高,非點源污染對水體的污染負(fù)荷貢獻(xiàn)比例逐年增加,排水管道是雨水徑流進(jìn)入水體的主要途徑,排水管道沉積物中污染物的徑流沖刷釋放是水體非點源污染負(fù)荷的重要組成部分,因此,明確管道沉積物的沖刷釋放規(guī)律,控制其中污染物的沖

2、刷釋放是改善城市水體污染的重要方面。
　　 本研究以北京城區(qū)典型排水管道(雨水管道)中的沉積物為研究對象,通過現(xiàn)場調(diào)研雨水管道,明確雨水管道沉積物沉積狀況；實測降雨時雨水管道徑流水量水質(zhì),估算次降雨條件下沉積物沖刷釋放污染負(fù)荷；模型模擬管道沉積物在人工制作的模擬管道中的沖刷釋放情況；同時結(jié)合沉積物物理性質(zhì)和沉積物顆粒傳輸原理,提出適合控制管道沉積物的雨水管道設(shè)計的研究方法。
　　 本研究得出主要結(jié)論見下:
　　

3、(1)所研究雨水管道雨季徑流中污染物的濃度遠(yuǎn)高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)中Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),直接排放進(jìn)入城市水體會造成嚴(yán)重的水體污染；采用濃度法計算次降雨污染負(fù)荷84m雨水管道中沉積物在次降雨徑流沖刷下(降雨量22mm),其管道沉積物污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率分別為:CODcr12.35％,SS0.92％,TN1.5％,TP1.5％；295m雨水管道中沉積物在次降雨徑流沖刷下(降雨量26mm),其管道沉積物污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率分別為:CO

4、Dcr33.78％,SS31.89％,TN23.12％,11P30.01％。
　　 (2)不同管道沉積物的物理性質(zhì)(含水率、密度、比重和有機(jī)質(zhì)含量)存在差異,其因為主要與管道沉積物的來源和管道自身的腐蝕有關(guān)；沉積物床為混合粒徑顆粒物組成,小顆粒在低剪切力(低水流速度)下首先開始運動；隨著表層小顆粒都被水流沖刷懸浮隨帶走,之后,隨著水流剪切力的增大(流速增大),較大顆粒物也被沖刷懸浮帶走；進(jìn)而又出現(xiàn)下層混合顆粒物,首先小顆粒在水流

5、沖刷條件下,之后出現(xiàn)大顆粒被沖刷,如此反復(fù),直至沉積物床顆粒物全部都被水流沖刷帶走。如果開始時水流速度過大,則徑流中將可能不出現(xiàn)峰值粒徑。
　　 (3)沉積物顆粒在排水管道中運動可分三個階段:挾帶、傳輸和沉淀；沉積物顆粒在排水管道內(nèi)的運動形式分為以懸移質(zhì)和推移質(zhì)兩種運動形式,同等條件下沉積物顆粒以推移質(zhì)運動所需的水流速度小于其以懸移質(zhì)的運動所需的水流速度；沉積床表面顆粒的侵蝕與沉積物床的Colebrook-White粗糙度、水流

6、最小剪切力有關(guān)；Colebrook-White粗糙度越大、剪切力越小,沉積物顆粒越容易發(fā)生侵蝕；
　　 (4)實測北京市區(qū)雨水管道、廊坊市區(qū)雨水管道和合流制管道中沉積物傳輸濃度(以SS計)、粒度分布和管道沉積物的比重,提出基于沉積物傳輸原理的排水管道設(shè)計。由于降雨徑流測試的困難,測定的降雨次數(shù)還比較少,如果推廣基于沉積物傳輸原理的排水管道設(shè)計方法還需大量的實測降雨條件下的排水管道徑流等。從而,控制管道沉積物的沉積和降低排水管道建