深圳市龍崗河流域初小雨調蓄設計研究

王登敏

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

為全面學習貫徹習近平生態文明思想和全國生態環境保護大會精神，打好黑臭水體整治這一重大標志性戰役，逐步打開截污總口，剝離清潔基流，削減“虛增”混流污水量，減少雨季污水對污水廠的影響，實現河流水環境綜合整治目標，深圳市提出開展河流消除黑臭及河流水質保障工程，從而實現河流斷面水質達到考核的要求[1，2]。

近年來，隨著城鄉建設的快速發展，河流水環境污染現象日益突出，而面源污染情況尤為顯著。人與環境和諧發展已成為提高城市競爭力、改善城市生態環境、促進經濟發展的重要措施[3]。面源污染治理已然成為構建和諧水生態的重要一環，成為城市水體消除黑臭的關鍵之一。

1 城市面源污染來源

城市面源污染主要是由降雨時初期雨水徑流和沖刷作用產生的，具有突發性、高流量和重污染等特點[4]。徑流污染前期影響尤為顯著，尤其是在降雨前期，徑流雨水促使地表的污染物短期內突發性匯入受納水體，進而造成水環境污染[5]。城市面源污染主要來源于路面淤積物、各類交通垃圾、房屋建筑材料、建筑工地廢棄物等[6]。

1.1 垃圾中轉站

垃圾中轉站的污染源來源廣、性質各異，產生的廢水主要有生活廢水、沖洗廢水、垃圾滲濾液。其中，生活廢水主要為工人日常生活及工作中產生的廢水；沖洗廢水主要是對地面、車輛、設備等進行沖洗產生的污水；垃圾滲濾液是垃圾經壓縮過程產生的污水，其特點是污染物濃度高、變化特征大、處理難度高[7]。

1.2 餐飲污染

餐飲污染主要是指餐飲業的洗碗洗菜廢水、泔水油和生活污水等通過附近的雨水篦子直排雨水管網污染河流的現象。對于餐飲廢水的處理，部分餐飲店設置隔油池和化糞池處理，部分僅有隔油池且規格不滿足要求。

1.3 農產品市場以及老舊的城中村

由于歷史條件及周邊居民生活習慣等原因的影響，農產品市場及老舊城中村往往地面衛生情況較差，部分農產品市場甚至存在商戶直接往雨水系統中傾倒垃圾等現象。一旦下雨，地面上的污染物與雨水混合形成初期雨水，通過雨水系統排放至河道，造成嚴重的河道污染。

面污染源等級劃分根據初期雨水徑流水質確定，以實測資料為準。如無實測資料，可參考表1中下墊面分類，經實際調查，劃分面污染源等級[8]。

表1 面污染源等級劃分標準 mg/L

2 調蓄池設計參數

根據《水利水電工程水文計算規范》（SL278-2002），水文分析計算基礎數據的統計系列不宜小于30 a，而清林徑水庫雨量站運行觀測資料系列超過30 a，實測系列較長，代表性較好，故作為本次水文分析計算的參證站。

根據深圳市清林徑水庫雨量站不同時段年最大雨量資料系列，采用P-Ⅲ型理論曲線，依據設計暴雨的地區分布規律，選取Cs/Cv=3.5，計算各時段的設計暴雨均值及相應的變差系數Cv值[9]，本次設計暴雨成果詳見表2。

表2 設計暴雨成果

經分析，查圖各時段設計暴雨基本較清林徑水庫雨量站大，從工程安全的角度考慮，設計暴雨采用查圖成果。

2.1 計算方法

鑒于龍崗河流域無滿足洪水分析系列要求的實測流量數據，本次流域設計洪水計算采用設計暴雨推算。設計洪水采用《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊》中的“綜合單位線法”及“推理公式法”分別進行計算，2種計算方法成果相差在20%以內（以數值大者為分母），本次采用“廣東省綜合單位線法”計算成果[9]。

在工程實例中，控制斷面上游的調蓄水庫對流域洪水起到不同程度的調洪削峰作用，尤以大中型水庫對下游控制斷面的洪水影響更為突出。由于水庫對天然洪水具有調蓄作用，河道下游控制斷面設計洪水采用區間洪峰流量與水庫最大下泄流量進行組合，并考慮已建水庫對洪水的調蓄[10]。采用《深圳市防洪潮規劃修編報告（2014—2020）》中的水文分析方法，各控制斷面的設計洪峰流量按下式計算：

式中：Q調為水庫調蓄后各控制斷面洪峰流量（m3/s）；Q天然為控制斷面以上天然洪峰流量（m3/s）；F斷面為控制斷面以上流域面積（km2）；F蓄為控制斷面以上蓄水工程控制流域面積（km2）；Q泄為蓄水工程最大下泄流量（m3/s）；K為設計斷面與水庫壩址斷面天然洪水洪峰模數的比值，即K=M設計斷面/M水庫斷面。

2.2 計算參數

根據最新實測的1∶10 000深圳電子版地形圖及谷歌衛星圖，量算本流域各控制斷面的集雨面積、河長、比降等地理參數。龍崗河流域地理參數，詳見表3。

表3 龍崗河流域地理參數

2.3 設計洪水成果

根據上述方法對龍崗河流域設計洪水進行計算，設計洪水成果詳見表4。

表4 龍崗河流域設計洪水成果（考慮水庫調蓄）

2.4 成果合理性分析

為了驗證設計洪水成果的合理性，根據洪峰流量模數對流域設計洪水成果進行分析。龍崗河干流各控制斷面洪峰流量模數成果，詳見表5。

表5 龍崗河流域洪峰流量模數成果

由表5可知，隨著集雨面積的增加，洪峰模數遞減。同一控制斷面，隨著頻率的增加，洪峰流量模數遞減，符合洪水變化規律，設計洪水成果合理。

3 基于MIKE11模型對龍崗河末端調蓄池進行水動力和匯流模擬

龍崗河末端調蓄池服務面積為50.43 km2，調蓄池主要服務于龍崗河流域的建成區，包括龍崗河干流流域25.48 km2、黃沙河流域2.19 km2、丁山河流域1.12 km2、龍西河流域11.62 km2、梧桐山流域7.41 km2和大康河流域2.61 km2。根據龍崗區市政排水管線、龍崗河流域水環境綜合整治工程的相關資料，提取相應范圍內的雨水管網及兩岸截污管（箱涵）信息，包括：檢查井數據、檢查井與管道的拓撲關系、管道形狀、尺寸、管底高程、地面高程、排放口位置等，搭建排水管網模型。

管網的數據信息主要包括：管網和檢查井的空間位置、節點高程、管長、管徑、流向、材質、糙率等屬性數據，導入MIKE URBAN模型中，并對管網拓撲關系進行檢查[11]。調蓄池的數據信息主要包括：幾何形狀、面積、深度、蓄水曲線等屬性。

3.1 匯水分區劃分

確定調蓄池集水區的邊界范圍，使用集水區劃分工具進行子匯水分區的劃分，使每一個入孔對應一個子匯水分區。各區域子匯水分區，如圖1所示。

圖1 龍崗河流域末端調蓄池區域子匯水分區

3.2 模型邊界條件及參數設置

3.2.1 降雨邊界

本工程設計截流標準為降雨量10 mm、降雨歷時1.5 h形成的初（小）雨。

MIKE URBAN的上邊界條件為降雨過程。結合本工程特征和深圳市降雨規律，降雨過程采用深圳市暴雨強度公式，根據芝加哥雨型（以1 min為單位時段）確定。深圳市暴雨強度計算公式如下：

式中：i為暴雨強度（mm/min）；P為重現期（a）；t為降雨歷時（min）。

設計降雨過程（10 mm/1.5h），如圖2所示。

圖2 設計降雨過程（10 mm/1.5 h）

3.2.2參數設置

（1）集水區參數。根據本區域的實際用地類型，劃分相應的下墊面。本次產匯流模型采用T-A曲線模型，不透水系數根據不同的下墊面類型設置，并參考《室外排水設計標準》（GB50014-2021），本工程道路、建筑物等建成區綜合徑流系數選取0.60，生態區、綠地等區域綜合徑流系數選取0.20，下墊面類型及不透水系數詳見表6。

表6 下墊面類型及不透水系數

（2）其他參數。本次建立的MIKE URBAN模型地面平均流速取0.3 m/s，水文衰減系數取0.9，初始損失取0.6 mm。

3.3 模型計算結果

通過MKE URBAN模型對龍崗河末端調蓄池服務范圍內的區域進行降雨-徑流-管流模擬，并對模型各個參數合理調整與優化，使其符合規范要求，較好地反映模擬區域的真實性。龍崗河末端調蓄池水位變化過程如圖3所示，模型計算結果詳見表7。

表7 調蓄池規模計算成果

龍崗河末端調蓄池服務范圍的截流系統過流能力與調蓄池規模，通過公式法計算與MIKE URBAN模型復核結果比較，詳見表8。

從表8可知，龍崗河干流各沿河截污管過流能力基本能滿足降雨量10 mm、降雨歷時1.5 h形成的初（小）雨的截流標準。

表8 龍崗河干流各沿河截污管/箱涵過流能力復核結果

調蓄池規模復核結果，詳見表9。

表9 調蓄池規模復核結果

由表9可知，龍崗河末端調蓄池服務范圍面積為50.43 km2，10 mm/場、降雨歷時1.5 h形成的徑流量MIKE URBAN模型復核結果為25.2萬m3，擬建調蓄池規模為25.5萬m3，滿足截流標準的要求。

4 龍崗河末端調蓄池初小雨處理思路

龍崗河末端調蓄池初小雨處理有轉輸至現有污水處理廠處理、就地建設一級強化處理設施處理以及新建污水處理廠兼顧初小雨處理3種可行方式。

（1）方式1（近期推薦）。末端調蓄池對岸為橫嶺污水處理廠，橫嶺污水處理廠一期、二期均按收集旱季污水設計，均未考慮初小雨處理規模，將16.4萬m3/d的初小雨送至橫嶺污水廠處理，對污水廠的水量水質沖擊較大，近期可錯峰收納，非長遠處置出路。

（2）方式2。結合調蓄池，就地建設一級強化處理設施，雖可去除一定的污染負荷，但難以滿足交接斷面水質達到地表水V類的要求。

（3）方式3。（遠期推薦）。遠期新建污水處理廠，該污水處理廠可以結合最新的污水專項規劃，作為橫嶺污水處理廠三期工程建設。因其涉及與橫嶺污水處理廠一、二期的水量調度以及后期管理及污水處理費用支付等問題，建議不納入本工程實施。

同時，考慮遠期新建污水處理廠未建成前，可以在惠州側清潔基流剝離、交接斷面達標的基礎上，減少重復處理水量后，利用龍崗河流域擬實施的BO臨時處理站分擔橫嶺污水處理廠旱季污水處理，減小橫嶺污水處理廠的進水量，之后可利用橫嶺污水處理廠富余能力進行初小雨處理。

5 結語

水體黑臭是現如今城市面臨的重要的水環境問題之一。通過對城市面源污染的治理，可以在一定程度上改善水環境現狀，提升城市的環境形象。基于初小雨調蓄措施的研究，本文提出了調蓄池相關的規模、過流能力計算和處理方式等，為后續的項目提供可借鑒的方法。