柳州市合流制排水管网截流倍数确定及优化研究

摘要

目前，我国许多城市老城区排水管网仍为直排式雨污合流制排水系统，城区大部分雨、污水未经处理直接排放，严重污染城市水体。国内外实践经验证明，将排水系统由直排式合流制改造为截流式合流制是一种工程量小、见效快、节约投资的改造方案。截流倍数作为改造方案中的重要设计参数，其取值大小直接影响到合流制排水系统雨天溢流量、溢流污染负荷、工程投资和工程社会效益。截流倍数优化确定需定量计算截流管溢流污染负荷，但合流制溢流污染受降雨、溢流量、地表污染物积累及冲刷等诸多因素影响，因此截流倍数确定及研究多以主观经验判断为主，采用定量化研究较少，致使截流倍数的选择具有很大随意和片面性。
　　 本研究首先分析国内外城市地表径流水力水质模型基本原理，选取美国暴雨管理模型(Storm Water Management Model，SWMM)，构建了柳州市竹鹅溪截流式合流制管网计算模型，并采用实际降雨与监测数据对构建模型进行校准与检验。使用所构建模型，模拟了不同截流倍数时柳州市竹鹅溪截流干管溢流过程，计算出不同截流倍数条件下溢流量及污染负荷。依据计算结果，分析了截流倍数与工程投资和费用之间的关系。最后，利用不同截流倍数时溢流污染负荷、工程投资及运行费用，运用环境费用效益分析方法初步研究了柳州市竹鹅溪截流管道截流倍数取值及优化。
　　 研究结果表明：SWMM模型可以模拟城市地表径流从产生到管网溢流整个过程的水力水质变化状况。基于SWMM计算模型水力模拟结果与观测值吻合度较高，Nash-Sutcliffe系数达0.7以上；在水质模拟方面，SWMM计算模型对总氮(TN)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)污染指标模拟结果较好，而总悬浮物(TSS)模拟结果偏差较大。柳州市竹鹅溪截流干管设计截流倍数不宜小于2，其合理取值范围为2～4倍，最优截流倍数为2.8;当柳州市竹鹅溪排水片区透水性地面分别增加10％、20％、30％时，溢流污染控制效果相当于截流倍数分别提高到1.8、2.6、4倍，通过增加城区透水性地面比例可明显减少合流制溢流量，能有效控制合流制溢流污染负荷。