降雨徑流量增加對楊公堤污水系統運行的影響

蔡慧野，王 卿，朱宇珂

(杭州市水務集團有限公司，浙江杭州 310009)

楊公堤是西湖的著名風景地[1]，由南至北分布有多個較為重要的污水泵站，主要有新茶博、茶博、臥龍、松岳泵站(老茶博基本停運)，分別收集不同區域的景區污水并匯入杭州市二污系統干管，最終將污水輸送至七格污水廠處理。

近年來，杭州市在積極推進雨污分流各項工作，但目前西湖景區附近仍存在部分混接情況。杭州市水務集團有限公司在運行過程中發現，梅雨季和臺風季時常會有短時大到暴雨的天氣發生，導致楊公堤一帶污水泵站超負荷運行[2]。因此，初步認為楊公堤周圍管道雨水混入的情況非常嚴重[3-4]。研究楊公堤污水系統雨水混入情況有助于采取進一步調度運行和雨污分流措施，解決泵站超負荷運行的問題，改善上游管線容納量不足的現象。

1 研究內容

1.1 泵站污水量與降雨量關系

圖1展示了楊公堤附近各泵站的位置關系，新茶博、臥龍泵站位于松岳泵站上游，松岳泵站下游為古新河泵站。圖2是2018年楊公堤區域降雨情況，月降雨量超過100 mm的月份有9個月。其中，8月降雨量最大，降雨總量達到318 mm；6月降雨總量達到265 mm。由圖2平均氣溫曲線可知，楊公堤一帶全年溫度大致在5～35 ℃。為了更好地研究降雨量與泵站提升水量的關系，減少高溫天氣景區綠化用水滲入及水量蒸發對研究結果的影響，選取氣溫在20～25 ℃、雨水量較大的4月—6月(共91 d)的數據進行研究。

圖1 楊公堤排水系統泵站Fig.1 Pumping Stations of Yanggongdi Sewage System

圖2 2018年楊公堤月降雨量及月平均氣溫Fig.2 Monthly Rainfall and Monthly Average Temperature of Yanggongdi Area in 2018

由圖3可知，松岳泵站提升水量與日降雨量有明顯關聯。晴天，松岳泵站的水量在10 000～15 000 m3/d；雨天，進入松岳泵站的水量隨降雨量增加而增加，發生50 mm左右的降雨時，進入泵站的水量達到25 000 m3/d左右。因雨水影響具有延遲性，泵站水量波動較大，例如6月21日的降雨量為0，但因為前1 d發生了82 mm的降雨，松岳泵站水量達到22 480 m3/d。降雨給泵站提升水量帶來的影響一般要到降雨后的第3 d才基本消除。

同理，分析景區的臥龍泵站以及新茶博泵站的水量變化。由圖3可知：臥龍泵站晴天的水量為2 000～3 000 m3/d，發生50 mm左右的降雨時，臥龍泵站的水量增加到4 400 m3/d；新茶博泵站晴天的水量為3 000～4 000 m3/d，發生50 mm左右的降雨時，新茶博水量可增加到13 000 m3/d左右。

圖3 雨天泵站水量對比 (a)松岳泵站；(b)臥龍泵站；(c)新茶博泵站Fig.3 Water Quantity Comparison of Pumping Stations in Rainy Days (a)Songyue Pumping Station;(b)Wolong Pumping Station;(c)Xinchabo Pumping Station

表1為松岳、臥龍、新茶博泵站的額定運行數據。由表1可知：根據目前各泵站水量情況，晴天，泵站均有污水傳輸余量；雨天，上游管線不斷有雨水匯入污水管道，污水泵站負荷過重，3個泵站均超負荷運行。為保護西湖水質不受影響，楊公堤附近泵站均未設置溢流口，在當前運行條件下，降雨量過大極易發生泵站系統癱瘓、污水滿溢現象。

表1 泵站運行數據

1.2 泵站管道雨污合流比計算

本次水質調查著重就楊公堤周圍的松岳、臥龍、新茶博泵站的污水管線進行研究，采集了2次連續雨天6月22日和6月23日的水樣，兩日降雨量均在30～40 mm，采樣使用24 h自動采樣器，并在22日和23日于杭州市水務集團監測分公司三樓平臺用燒杯接收適量雨水，采樣完畢立刻送往實驗室進行CODCr的測定。試驗結果采用標準曲線對照法，測定方法采用快速消解分光光度法。

由表2可知，雨水混接進入污水系統的現象的確存在，且雨水混入量不占少數，根據降雨量和降雨持續情況，雨水混入比可達到10%～75%。對比表2中不同時間點和不同天數各泵站的雨水混入比可以發現，隨著降雨的持續進行，雨污混合比逐漸加大。第1 d，雨水混入比基本在10%～45%；而到第2 d，雨水混入比達到60%以上。

表2 泵站管道的雨水混入比Tab. 2 Mixing Ratio of Rainwater in Pipelines of Pumping Stations

對比3座泵站可知，新茶博泵站雨污混流情況較嚴重，22日20∶00合流比為35.7%，降雨持續到23日20∶00合流比為74.7%。這可能是因為新茶博處于西湖景區的內側，附近尚未開發成熟，許多污水管線尚未完全對接，導致大量雨水直接滲入地下與污水混合進入泵站，最終造成新茶博泵站雨天負荷量過大，易發生道路污水滿溢現象。

1.3 Infoworks ICM模型擬合

利用模型分別擬合不同降雨情況楊公堤周圍管線容納量，圖4為2個不同降雨條件下的模型擬合圖。6月9日降雨量達7.9 mm，為多日連續晴天后的初降雨，模型結果可以看出，楊公堤一帶污水管路尚有容納量，對整個污水系統影響較小；6月23日當天降雨量為34 mm，且前2 d均有降雨發生，模型運行后可以看到，隨著降雨進行，各主要干管均出現了排雨能力不足的情況，對主城區污水系統運行造成很大的干擾，甚至對西湖的水質及周邊環境造成較大影響。通過對比可知：當降雨量小于10 mm時，對楊公堤污水系統影響較小；當降雨量大于30 mm時，景區雨水進入將大大增加污水系統負擔，污水管網容納量不足，易發生道路滿溢現象。

圖4 雨天污水系統運行狀況Fig.4 Operation Status of Sewage System in Rainy Days

1.4 雨天應急調度方案

針對不同降雨天氣污水泵站水量情況及Infoworks ICM模型，初步制定了雨天應急調度方案。雨天，為減少楊公堤污水系統轉輸壓力，采取上游泵站減量及下游分流轉輸的應急措施。降雨量小于10 mm時，充分利用污水管網的調蓄能力，白天高峰時段間歇性開停泵站水泵，避免發生道路污水滿溢情況；夜間污水廠及管網水位有下降趨勢時，保持泵站滿負荷運行增加往下游輸送水量。降雨量較大時，利用污水系統干管之間的分流轉輸能力，緩解二污系統運行壓力。松岳泵站下游古新河泵站設有一、二污干管間聯通管線，雨天部分上游來水通過古新河泵站分流轉輸進入一污系統干管，可緩解目前楊公堤附近污水管線雨天容納量不足問題。

2 總結

楊公堤污水系統受降雨的影響較大，且降雨給泵站提升水量帶來的影響一般要到降雨后的第3 d才基本消除。新茶博處于西湖景區的內側，附近尚未開發成熟，上游匯水范圍內雨水進入污水管網的現象更為嚴重，最高雨污合流比達到74.7%，嚴重影響泵站正常運行操作。

Infoworks ICM模型擬合結果為降雨量大于30 mm時，楊公堤污水系統受雨水混入的情況嚴重，上游管線出現容納量不足的現象，影響主城區污水系統的正常運行，易發生道路滿溢現象。

為解決楊公堤污水系統雨天污水提升量大的問題，目前已初步制定雨天應急調度方案；但后續仍需進一步采取有效的雨污分流措施，及時、合理輸送山區雨水至雨水管渠，從而改善上游污水管線容納量不足的現象，保證景區環境衛生、保障主城區污水系統安全運行。