談天津市初期雨水調蓄池設計標準

王 冬

(天津市市政工程設計研究院，天津 300392)

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談天津市初期雨水調蓄池設計標準

王 冬

(天津市市政工程設計研究院，天津 300392)

以天津市中心城區為研究對象，統計分析了近30年的降雨資料，并結合雨水徑流污染隨降雨時間的變化規律，分析了不同調蓄標準下年徑流污染控制總量和經濟效益，進而歸納出適合天津市初期雨水調蓄池的設計標準。

初期雨水，調蓄池，雨水徑流，降雨量

初期雨水，顧名思義就是降雨初期時的雨水。理論上指在降雨形成地面徑流開始，前12.5 mm(1/2 ft)降雨形成的徑流量[1]。在降雨初期，雨水中溶解了汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，雨水降落地面后，又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、雨污渠道中存積的污水、污泥及垃圾等,使得雨水中含有大量的有機物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質。初期雨水帶來的面源污染，已經形成典型的城市降雨徑流污染[2]。近年來，天津市通過“清水工程”“美麗天津一號工程”等項目的實施，點源污染逐步削減，非點源水污染對天津水環境質量的進一步提高構成了日益嚴重的威脅。城市初期雨水徑流污染成為僅次于農業面源的第二大污染源，是地表水體污染的主要污染源，必須對初期雨水進行收集、處理。

1 調蓄池對初期雨水治理的作用

歸納總結國內外治理經驗，雨水調蓄可以概括為控制面源污染，調節洪峰流量和提高雨水利用程度三大用途。初期雨水的治理主要通過源頭削減、過程控制、末端治理三個方面著手。過程控制中通過建設雨水調蓄設施和利用管道自身的調蓄容量，將雨水進行收集并送到污水處理系統中，從而達到降低初期雨水對地表水環境的污染。

2 初期雨水調蓄池設計

2.1 國內外建設經驗

國外針對合理規劃設置雨水調蓄池設施已有了很成熟的理論，具有比較完善的適合本國的設計標準。合流制系統溢流污染物負荷與理想分流制系統相當，截流11 mm初期雨水，實現雨季溢流污染負荷減少65%，全年減少90%。德國[3]對于雨水調蓄池的重視可以追溯到20世紀初，德國利用公共雨水管收集雨水并經過簡單的處理后達到雜用水水質標準，可用于街區公寓的廁所沖洗和庭院澆灑。美國[4]早在1964年就開展了對雨天溢流污染控制的研究，以丹佛市為例，控制24 mm初期降雨可截流場次94.1%，控制12.5 mm初期降雨可去除總污染物負荷90%以上，合流制溢流次數控制在4次～6次。

近幾年來，國內對雨水調蓄池的研究也在逐漸成熟起來，已有不少城市明確了設計標準，如圖1所示。比如，根據《廣州市中心城區排水系統控制性詳細規劃》中“雨季初期溢流污染控制標準技術研究”，一類河涌削減量應不低于70%，初期雨水標準不低于8 mm。臨沂市[5]綜合氣象資料、初期雨水水質、國內外類似工程經驗、管網特征與截流設施能力確定臨沂市老城區合流制排水系統初期雨水污染控制工程設計標準如下：宜提高初期雨水調蓄標準至20 mm，設計匯流時間為2 h，設計調蓄排空時間為12 h。武漢主要是借鑒國家863武漢“水專項”的研究成果,對武漢市漢陽地區暴雨徑流中CODCr,SS污染物濃度進行測量并對水質水量變化特點進行了分析。根據相關研究資料的圖表分析，可確定合流制地區需囤蓄處理的重污染水(CODCr>600 mg/L)對應的徑流深約為7 mm，其中截污管截流約1 mm；確保不入湖的中污染水(600 mg/L>CODCr>400 mg/L)對應的徑流深約為7 mm～15 mm；輕污染水(CODCr<400 mg/L)在超過調蓄能力后入湖。

天津市近年來也在逐漸加強對初期雨水溢流污染的控制，除加強污染源頭的治理與控制外，過程控制過程中調蓄池的設計也顯得尤為重要，國外已有非常豐富的經驗值得我們借鑒，為了更好的實現城市雨水綜合管理，制定出符合當地情況的調蓄池設計標準顯得尤為重要。

2.2 國家標準與規范

參照GB 50014室外排水設計規范，用于分流制排水系統徑流污染控制時，雨水調蓄池的調蓄量可取4 mm～8 mm。國外有研究認為，1 h雨量達到12.7 mm的降雨能沖刷掉90%以上的地表污染物；同濟大學對上海芙蓉江、水域路等地區的雨水地面徑流研究表明，在降雨量達到10 mm時，徑流水質已基本穩定；國內還有研究認為一般控制量在6 mm～8 mm可控制60%～80%的污染量。因此，結合我國實際情況，調蓄量可取不低于8 mm。

《海綿城市建設技術指南》中對低影響開發雨水系統的構建提供了明確的指導意見。根據《海綿城市建設技術指南》中提供的我國部分城市年徑流總量控制率對應的設計降雨量值一覽表，天津市年徑流總量控制率為60%，70%，75%，80%，85%時對應的設計降雨量分別為14.9 mm，20.9 mm，25 mm，30.4 mm，37.8 mm。為有效削減城市徑流污染負荷，年徑流污染控制率以懸浮物(SS)的控制率計算，新建、改建區域(項目)年徑流污染控制率宜大于40%。

按照《天津市海綿城市建設技術導則》：雨水徑流污染控制指標可采用SS計算，年SS總量去除率應不小于40%。用于分流制排水系統徑流污染控制時調蓄深度(mm)，按照降雨量計，宜不小于8 mm。

2.3 調蓄池標準的確定

2.3.1 天津市近30年降雨分析

由于降雨強度在2 mm以內不會形成地表徑流，因此，本次針對天津近30年的大于2 mm的降雨進行統計分析(如表1所示)。結果顯示，大于2 mm的年均降雨次數為35次，大于2 mm的年平均降雨總量為490.2 mm。從表2看出，調蓄標準定為10 mm，可使每年60.2%的降雨場次不發生雨水直接外排，同時，可控制年徑流總量的50%，對城市內澇防治及海綿城市建設起到了積極的作用。

表1 天津近30年降雨數據統計

表2 雨水徑流控制標準

2.3.2 天津雨水徑流污染水質分析

降雨過程中，污染物濃度受降雨特征、區域性質等不確定的因素影響，不同地區同一降雨事件或同一區域不同降雨事件中，污染物濃度差別很大，因此，采用美國城市徑流計劃(NURP)建議，采用事件平均濃度(EMC)對污染物時空分布特征對天津市中心城區雨水徑流水質進行評估，確定了不同的調蓄標準下，初期雨水指標的平均濃度，結果如表3所示。

表3 各調蓄標準的初期雨水水質特征

2.3.3 不同調蓄標準下年徑流污染控制總量分析

根據不同調蓄標準下的初期雨水水質，可以推算出，不同調蓄標準下的年徑流污染控制總量及控制率，本次以SS，TN以及COD三個典型的雨水徑流污染指標展開分析，結果如圖2所示。調蓄標準從8 mm提高到12 mm，污染物控制率隨之提升；而隨著標準提高，調蓄池建設規模隨之擴大，投資增加。所以需要綜合分析污染物控制率與投資的關系。

2.3.4 不同調蓄標準的經濟效益分析

經濟效益分析以100 ha區域為例，安全系數與徑流系數分別取1.5和0.5，經濟效益分析如表4所示。

表4 不同調蓄標準下的經濟效益分析

3 結語

通過參考國家標準與規范、借鑒國內外建設經驗以及對天津市降雨資料與雨水徑流污染特性分析，確定本工程初期雨水調蓄池設計標準為10 mm降雨量；并根據水質監測和現場調研情況，調整安全系數β(1.1～1.5)。

[1] 鄧志光，吳宗義，蔣衛列.城市初期雨水的處理技術路線初探[J].中國給水排水，2009，25(10)：11-14.

[2] 趙劍強，孫奇清.城市道路路面徑流水質特性及排污規律[J].長安大學學報，2002，22(2):21-23.

[3] 蔣德明，蔣 瑋.國內外城市雨水徑流水質的研究[J].物探與化探，2008，32(4)：417-420.

[4] 車 伍，劉 燕，李俊奇.國內外城市雨水水質及污染控制[J].給水排水，2003,29(10)：38-41.

[5] 張顯忠，張善發，謝 勇,等.臨沂市老城區初期雨水污染現狀與調蓄策略[J].中國給水排水，2013，29(19)：146-150.

On design standard for the primary rainfall storage tanks in Tianjin

Wang Dong

(TianjinMunicipalEngineeringDesignInstitute,Tianjin300392,China)

Taking the downtown of Tianjin as the research object, the paper undertakes the statistic analysis of the rainfall documents in recent 30 years, analyzes the pollution control volume and economic benefit of the annual runoff under various storage standards by combining with the changing standard of the rainfall runoff pollution along with the rainfall time, sums up the design standard for the primary rainfall storage tanks which are suitable for Tianjin.

primary rainfall, storage tank, rainwater runoff, rainfall volume

1009-6825(2016)31-0143-02

2016-08-25

王 冬(1989- )，男，助理工程師

TU991.114

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