基于排水系統水力模型控制區域合流制溢流污染的聯合調度技術

鄭杰元 劉旦宇

廣州市市政工程設計研究總院，廣東廣州 510060

基于水力模型的聯合調度技術，其主要針對排水系統現狀分析中確定的造成排水系統高水位運行、合流制溢流口溢流的原因制定排水系統的聯合調度方案，以區域合流制溢流污染控制為目標，充分發揮現有設施的效能。同時，通過調節泵站的開停泵水位充分利用現有管道的調蓄容積，在不影響水質凈化廠出水指標的前提下，充分利用水質凈化廠的峰值處理系數，應系統考慮各合流制區域合流制溢流污染控制設施的分布，結合合流制溢流污水的水質濃度變化曲線，合理地控制不同區域泵站的開停，最大限度地削減合流制溢流污染。

1 昆明主城西片聯合調度方案分析

針對昆明主城西片區溢流污染較嚴重的情況，本文在利用水力模型深入分析現狀排水系統的運行狀況的基礎上，提出水質凈化廠、排水泵站、調蓄池的運行優化策略，并對提出的聯合調度方案進行效益評估。

1.1 聯合調度方案制定成果與現狀系統運行規則對比

昆明主城西片區范圍內現狀有2座污水處理廠，4座泵站及5座調蓄池，其分布如圖1所示。

圖1 西片區排水設施位置示意圖

1.1.1 調蓄池調控策略優化

調蓄池的進水根據上游關鍵液位控制點進行調控，當關鍵點液位超過控制液位時開啟進水閘門進行調控。現狀下游抽排泵站小于雨季來水時，各大調蓄池采用逐一進水的方式，上游調蓄池裝滿再進行下一個調蓄池進水；優化的聯合調度方案中用抽排泵站的水位統控制上游調蓄池的進水，并根據調蓄池在流域所處位置從上游到下游依次進水。與現狀運行規則不同的是，為了發揮調蓄池的效能并減少溢流污染，聯合調度方案中調蓄池可以同時進水。

1.1.2 調蓄池放空策略優化

調蓄池的放空應根據對應污水處理廠的處理能力進行調控，當降雨結束后，污水處理廠有處理余量時盡快放空以便在下一場降雨來臨時有最大調蓄能力，從而最大程度控制合流制溢流污染。現狀系統運行中，5座調蓄池并均未設定明確的放空法則，無法對其進行模擬分析；聯合調度方案中，根據下游輸送能力及污水廠處理能力，確定調蓄池放空時機及放空量。

1.1.3 泵站調控策略優化

西片區4座泵站為污水廠進水泵站，現狀運行時不會超出三污廠最大運行規模。通過對片區合流溢流污染的模擬分析，土堆泵站上游雖然合流制片區面積較大，但現狀已建有3座調蓄池，可以在雨季收集較大部分初期合流污水，最終溢流的合流水為后期合流污水，污染物濃度相對較低。而張峰泵站上游合流制區域面積大，且未建調蓄池收集初期合流污水，溢流合流污水污染物濃度較高。因此，在制定聯合調度策略時，在保證三污廠最大處理規模的前提下，利用污水處理廠最大程度的收集處理污染物濃度較高的合流污水。

1.2 模型模擬聯合調度方案與現狀系統運行規則對比

通過分析昆明實測降雨數據得到的特征降雨，選取其中14.39mm-9.86h場降雨對采用聯合調度方案的系統和現狀系統進行雨季運行模擬。利用研究所得昆明合流污水的污染物濃度隨時間變化規律，可計算得到采用聯合調度方案的系統與現狀系統中22個溢流口、5座調蓄池及2座污水處理廠的不同表現。

1.2.1 合流制溢流口溢流情況對比

在綜合考慮張峰泵站和土堆泵站上游服務合流區及調蓄設施后制定的聯合調度策略可明顯削減張峰泵站上游溢流合流水，其中對張峰泵站溢流口的控制最為明顯。由模擬分析結果可知，在14.39mm-9.86h場降雨下采用聯合調度策略的系統可削減13%的合流制溢流水量和11%的合流制溢流污染。

1.2.2 現狀調蓄池運行情況對比

分析顯示采用聯合調度方案的系統調蓄池比現狀運行能多收集較大部分合流水。在現狀系統運行規則下，昆一中調蓄池、七畝溝調蓄池、老運糧河調蓄池無法同時進水。與此相對，聯合調度方案設置此三座調蓄池可同時進水，七畝溝調蓄池提前進水，可截留更多初期雨水，同時老運糧河調蓄池14.39mm-9.86h場降雨下也被蓄滿，充分發揮了老運糧河流域三座調蓄池的效能。由模擬分析結果可知，在14.39mm-9.86h場降雨下采用聯合調度策略的系統可多調蓄52%的合流水量和削減50%的合流制溢流污染。

另外，由于現狀系統并未制定明確的放空策略，調蓄池調蓄的水量不能保證及時放空到污水處理廠進行處理，調蓄池的效能不能被有效發揮。而聯合調度方案充分考慮調蓄池與污水處理廠之間的關聯匹配，可做到雨季過后系統恢復旱季運行工況后24h之內5座調蓄池收集的合流水可排放到污水處理廠進行處理，從而保證系統在下一場雨到來之前有最大的調蓄能力應對。

1.2.3 污水處理廠運行情況對比

模型模擬采用聯合調度方案的系統與現狀系統中2個污水處理廠雨季利用處理余量處理合流水，經分析在14.39mm-9.86h場降雨下采用聯合調度策略的系統可利用污水處理廠峰值系數雨季多處理39%的合流水量和削減39%的合流制溢流污染。

綜上，通過利用14.39mm-9.86h場降雨模擬聯合調度方案成果與現狀系統的對比分析可知，采用聯合調度方案的系統對控制區域合流制溢流污染有明顯的效益。

1.3 聯合調度方案成果評估

本文利用6種年特征設計降雨工況進一步模擬分析聯合調度方案，并結合制定的評價指標體系科學的評估最大程度利用現有設施的聯合調度方案對區域合流制溢流污染控制的效益，如表1所示。

表1 針對合流制溢流污染控制的指標

2 結語

本文通過對系統的梳理和分析，在充分了解主城西片區排水系統現狀運行的基礎上，利用排水系統水力模型分析制定了控制區域合流制溢流污染的聯合調度方案，并利用建立的評價指標體系對提出的方案進行了評估，優化昆明主城西片區聯合調度系統的運行調度策略，將指導排水系統的運行，最大程度發揮系統的效益。

[1] 麥穗海，黃翔峰，汪下亮，等. 合流制排水系統污水溢流污染控制技術發展 [J ].四川環境，2004，3（23）：18～21.

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