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城市雨水的“防洪、減污、回用”系統(tǒng)

論文類型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 2001-02-01
來源 《中國給水排水》2001年第2期
作者 徐航,何品晶,宗兵年
關(guān)鍵詞 城市雨水 雨水綜合池 防洪 減污 回用
摘要 徐航1,何品晶2,宗兵年1 (1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海200092;2.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海200092)   摘 要:隨著城市化進(jìn)程的加快和居住水平的提高,城市暴雨徑流產(chǎn)生洪澇災(zāi)害、惡化水體質(zhì)量的危害日益明顯;另一方面,雨水是重要的資源,適當(dāng)回用可解 ...

標(biāo)題:

城市雨水的“防洪、減污、回用”系統(tǒng)

可見全文

作者:

徐航;何品晶;宗兵年;

發(fā)布時間:

2001-2-17

出自:

《中國給水排水》2001年 第2期

關(guān)鍵字:

城市雨水;雨水綜合池;防洪;減污;回用

摘 要:

    

簡介:

徐航1,何品晶2,宗兵年1
(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海200092;2.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海200092)

  摘 要:隨著城市化進(jìn)程的加快和居住水平的提高,城市暴雨徑流產(chǎn)生洪澇災(zāi)害、惡化水體質(zhì)量的危害日益明顯;另一方面,雨水是重要的資源,適當(dāng)回用可解 決城市發(fā)展過程中水資源短缺的問題。提出了以雨水綜合池作為平抑洪峰、削減污染和回用雨水的綜合性構(gòu)筑物,建立城市雨水“防洪、減污、回用”綜合控制系統(tǒng),這既削減了暴雨徑流給城市生活帶來的不利因素,又發(fā)揮了其潛在的水資源價值。
  關(guān)鍵詞:城市雨水;雨水綜合池;防洪;減污;回用
  中圖分類號:X703
  文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C
  文章編號: 1000-4602(2001)02-0061-04 

  城市降雨及徑流與城市生活緊密相關(guān),特殊的地理環(huán)境使其同時具有危害性與資源性。例如 :①強(qiáng)度大、頻率高的降雨易形成洪澇災(zāi)害,在城市發(fā)展過程中,不透水地表鋪砌面積的不斷擴(kuò)大和建筑密度的提高,使地面徑流形成時間縮短,峰值流量不斷加大,排水系 統(tǒng)的雨季流量與旱季流量的比值上升,產(chǎn)生洪澇災(zāi)害的機(jī)會增加、危害加?。虎趽?jù)國外有關(guān)資料報導(dǎo),在一些污水點源得到二級處理的城市水體中,BOD5負(fù)荷約有40%~80%來自于降雨產(chǎn)生的徑流,它是主要的城市水體污染面源之一。③將經(jīng)過簡單處理的雨水回用作城市綠化、街道灑掃和景觀等處的生態(tài)型用水是重要的開源措施,而在貧水、缺水地區(qū),雨水是一種重要的甚至是主要的水資源。
  從20世紀(jì)70年代起,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家從保護(hù)水環(huán)境及充分利用水資源的角度出發(fā),開始研究適合治理雨水污染及回用的處理工藝(如在雨水調(diào)節(jié)池后設(shè)簡單的沉淀及砂濾裝置)及相關(guān)的管 理模型(如:SWMM暴雨雨水管理模型;STORM儲存處理與漫流模型;Battelle徑流管理模型等)。在我國,許多城市面臨著水量型或水質(zhì)型缺水的問題,如何更有效地使用、管理雨水資源已開始受到普遍關(guān)注。部分大中城市(北京、上海、杭州等)已著手監(jiān)測降雨及其徑流的水量和水質(zhì)變化規(guī)律,逐步積累供雨水回用及治理污染所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
  筆者基于對城市降雨徑流雙重屬性的認(rèn)識,認(rèn)為對城市降雨的管理應(yīng)從綜合削減暴雨徑流的不利因素和發(fā)揮其潛在水資源價值的正反兩方面出發(fā),找到兼顧兩者的平衡點,并提出了;“ 防洪、減污、回用”的雨水管理綜合系統(tǒng)邏輯模型(見圖1)。

  1 分區(qū)規(guī)劃

  城市集商業(yè)、交通、居住、工業(yè)等功能區(qū)域于一體,各區(qū)域?qū)Ψ篮榕艥臣八Y源的需求差別較大。城市綠化及居住區(qū)域的地表情況接近于自然土地,能有效地截留暴雨徑流和削減 其量,同時也允許有一定的積水量;而在重要的商業(yè)、交通地帶,大規(guī)模的地面鋪砌與建筑使暴雨形成徑流的時間大大縮短,洪峰流量增大,一旦受害,損失巨大。因此必須根據(jù)各區(qū)域的不同要求實施分區(qū)規(guī)劃,對徑流密集的區(qū)域采取集中收集導(dǎo)排,進(jìn)而提高城市重要社區(qū)的防洪水準(zhǔn)。此外,針對不同水質(zhì)進(jìn)行分區(qū)收集對于削減污水處理量和降低回用水處理成本 是極為有利的,根據(jù)國外的研究及我國的實際情況,可以按照以下方法進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃:①根據(jù)區(qū)域防洪治澇規(guī)劃,提高重要區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)。大規(guī)模雨水產(chǎn)流區(qū)域(大型綠地、主要交通干道)與其他區(qū)域分開設(shè)計,減輕排水管系負(fù)擔(dān)。②地表徑流水質(zhì)相差較大的區(qū)域,雨水回用時應(yīng)分區(qū)收集與處理。③區(qū)域劃分應(yīng)考慮水量平衡,減少雨水跨區(qū)回用,以降低管系造價、運(yùn)行費(fèi)用及管理難度。

  2 暴雨及徑流的設(shè)計計算

  為確定設(shè)計區(qū)域的降雨及其徑流特性,首先必須按區(qū)計算暴雨及其徑流量。近年來的研究表明,對于面積<2km2的城市小區(qū),可采用城市暴雨強(qiáng)度公式及流量公式來計算;而隨著計算區(qū)域的擴(kuò)大,采用排澇計算方法(如推理公式法)等更為適宜。設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)采用 2~5a,如果采用分區(qū)排水,則應(yīng)按不同的因素選取適合本區(qū)域的徑流系數(shù)并分別計算。

  3 雨水綜合池—管系設(shè)計

  雨水綜合池是雨水綜合系統(tǒng)中具有簡單處理能力的貯水構(gòu)筑物,是實現(xiàn)雨水綜合系統(tǒng)多重效益的重要保障。與傳統(tǒng)雨水調(diào)節(jié)池相比,它不僅具有平抑雨洪峰值、減少下游管段容量的功能,還是雨水回用、減污等多種功能的載體。在原有排水系統(tǒng)不變的情況下,利用綜合池的調(diào)洪容量可提高設(shè)計區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn);綜合池中的簡單處理設(shè)施可去除雨水中的部分污染物,提供符合要求的回用水;同時綜合池建造也可與周邊環(huán)境配合設(shè)計,成為區(qū)域水景觀的組成部分。為使雨水綜合系統(tǒng)充分發(fā)揮防洪、回用及減污功能,應(yīng)著重考慮三者的平衡,以取得最佳效益。
  3.1 系統(tǒng)防洪能力計算
  在雨水排除系統(tǒng)中,調(diào)洪構(gòu)筑物的防洪能力和排水管系的關(guān)系可依據(jù)水量平衡方程來推求。利用徑流過程圖,作設(shè)計超越流量切割暴雨徑流過程線,所切割的洪峰部分即為調(diào)洪設(shè)計容積,剩余部分即為下游管系排水能力。
  水量平衡方程為:
  Q(t)-q(H)=Ω(H)(dH/dt)       (1)

  式中 H ——貯水池調(diào)節(jié)水深
     t——調(diào)洪開始時間
     Q(t) ——來水曲線
     q(H)——泄水曲線
     Ω(H)(dH/dt)——隨時間改變的貯水池水位變化過程線
  假設(shè)泄水曲線不隨時間變化,則調(diào)洪體積為:

  W=∫t1t2Q(t)dt-q(t2-t1)=aQτ (2)

  式中 t1 ——調(diào)洪開始時間
     t2——調(diào)洪結(jié)束時間
     a——貯水池容積系數(shù)(隨雨型、歷時、調(diào)節(jié)流量而變化)
  研究認(rèn)為,當(dāng)雨峰位置r=0.5時具有相當(dāng)?shù)拇硇裕藭r:

  α=qmax/Q (3)

  式中 Q ——計算暴雨最大徑流量
    qmax——雨水管系最大輸水量

   a=-[0.65/n0.12+(b/τ) ·0.5/(n+0.20)+1.10)·lg(α+0.30)+0.215 /n0.15

  當(dāng)qmax確定以后,單場暴雨最大徑流量或最大暴雨設(shè)計流量Q與調(diào)洪體積W關(guān)系為(利用不同的Q值,對應(yīng)一定的調(diào)節(jié)池容量W):

  W=[-(0.65/n0.12+b/τ ·(0.5/n+0.20)+1.10)·lg(qmax/ Q+0.3)+0.215n0.15]Qτ

  據(jù)此W=f(Q)方程,并圖示調(diào)洪容量—暴雨最大設(shè)計年限關(guān)系,可以快速查找(在既定的雨水管道及泵站基礎(chǔ)上)調(diào)節(jié)容量與“管道+綜合池”協(xié)同工作時所能提供的最大雨水排除量,從而圖解雨水綜合池提供的防洪排澇能力。
  3.2 雨水回用需求計算
  回用水量的確定必須考慮兩個因素:①當(dāng)?shù)亟涤陱搅魉芴峁┑臐撛谒?;②滿 足回用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的需水量。
  3.2.1潛在水量計算
  當(dāng)?shù)亟涤陱搅魉芴峁┑臐撛谒縍P可用水量平衡法、下滲公式法、經(jīng)驗相關(guān)圖法、初損后損法和徑流系數(shù)法等計算。當(dāng)城市區(qū)域缺少相關(guān)的水文資料時,利用降雨徑流經(jīng)驗相關(guān)圖法可較方便準(zhǔn)確地計算單場暴雨總產(chǎn)流量。在計算潛在水量RP時,根據(jù)回用要求 按月、季或水文年作為單位,計算出單位時段潛在水量RP的直方圖,并作區(qū)域水量平衡計算。
  3.2.2回用需水量計算
  建立回用分類需求表(見表1),可以按照不同回用目標(biāo)、回用水質(zhì)和匯流流域特性等要求, 確定滿足回用要求的不同需水量。

表1 雨水回用分類需求表
排水分區(qū)不同水質(zhì)回用水需求量總需水量潛在水量其他可能回用水單位時段回用水需水量
X1Q1ⅠQ1ⅡQ1ⅢQ1RP1T1W1
X2Q2ⅠQ2ⅡQ2ⅢQ2RP2 T2W2
X3Q3ⅠQ3ⅡQ3ⅢQ3RP3T3W3

  當(dāng)Qi<RPi,即潛在水量可滿足回用水需水量時,回用水量可按Qi來設(shè)計,同時亦可考慮用于其他區(qū)域回用的部分容量;反之,當(dāng)Qi>RPi,即回用水需水量大于潛在水量時,回用水量可按RPi來設(shè)計,但同時必須考慮其他的可回用水及雨水的跨區(qū)回用所帶來配水系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)和管理上的要求。

  4 系統(tǒng)的綜合效益比較

  城市雨水綜合排除系統(tǒng)綜合效益的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。在德國等發(fā)達(dá)國家,為滿足城市防洪要求的提高及環(huán)境執(zhí)法上的日趨嚴(yán)格,正不斷尋求更為合理有效的設(shè)計方法以達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化目標(biāo)。系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會效益分析可用下式表示:

  E=E1+E2-E3-E4-E5-E6-E7

  式中 E——系統(tǒng)綜合效益
     E1——投入值,包括工程土建費(fèi)、設(shè)備費(fèi)和安裝費(fèi)等
     E2——運(yùn)行及回用水處理費(fèi)用(藥劑、人工和電費(fèi)等可比照的中水回用費(fèi)用 )
     E3——節(jié)省城市引水和凈水的邊際費(fèi)用
     E4——雨水回用帶來的國家財政收入(按因缺水而造成國家的財政損失計)
     E5——減少污染排放而產(chǎn)生的社會效益
     E6——提高防洪水準(zhǔn)而減少的經(jīng)濟(jì)損失
     E7——節(jié)省的城市排水設(shè)施建設(shè)費(fèi)用

  E4~E7項為系統(tǒng)所產(chǎn)生的社會經(jīng)濟(jì)效益,因各地情況及雨水管理要求差異較大,數(shù)值會有差別,但對水質(zhì)劣于雨水的中水回用研究表明,當(dāng)E4=5.48元/m3,E5=2.03元/m3,E7=0.36元/m3時,其效益相當(dāng)明顯。

  5 示例計算

  上海浦東新區(qū)某新建居住區(qū)的規(guī)劃面積為189.4hm2,區(qū)域年均降雨量為1100mm,街坊內(nèi)雨水通過支管匯入小區(qū)中部的雨水干管,最后匯入小區(qū)外河道或回用于區(qū)內(nèi)綠地。
  5.1 區(qū)域劃分
  綜合小區(qū)用地情況、防洪要求及雨水綜合池建造要求,將該小區(qū)劃分成4個主要設(shè)計區(qū)域,其主要用地指標(biāo)計算見表2。

表2 小區(qū)用地類型分布

雨水回用區(qū)域區(qū)域面積(m2)區(qū)域內(nèi)綠地面積(m2)區(qū)域內(nèi)道路面積(m2)
X1408 840135 19981 768
X2437 70870 65687 542
X3642 201113 942128 440
X4425 353102 08485 071

  5.2 設(shè)計暴雨強(qiáng)度及徑流計算
  設(shè)計重現(xiàn)期TE=3a,t=t1+2t2=60min,計算暴雨強(qiáng)度公式為:

  i=(17.812+14.668lgTE)/(t+0.427)0.796=0.948mm/min

  雨水設(shè)計流量公式為:

  q=iφF

  式中 φ——徑流系數(shù)(綠地φ=0.2;道路φ=0.9;其他φ =0.8)
     F——匯水面積,hm2
  計算得各分區(qū)排水管系最大設(shè)計流量為:
  q1max=3.55m3/s;q2max=5m3/s;
  q3max=7.24m3/s;q4max=4.55m3/s。
  以X1區(qū)域為例,建立W=f(Q)方程并圖解得調(diào)洪容積(W)—設(shè)計年限(T)相關(guān)圖,見圖2、3。

  利用帶砂濾裝置的綜合池,可以削減85%的顆粒污染物,實現(xiàn)非飲用水的回用,其潛在可回用水量取年平均降雨量的50%加以計算。區(qū)域雨水回用主要用于綠化用水[4L/(m2·次)]、街道灑掃用水[2L/(m2·次)]和洗車用水[400L/(輛·d)],回用水需求見表3。

表3 小區(qū)雨水回用需求表
排水分區(qū)潛在水量(m3/a)回用需水量(m3/a)回用水水量比例(%)單位時段需水量(m3/月)
X1269 834121 1184510 093
X2288 887102 998378 583
X3423 852154 8173712 900
X4280 734112 122409 394

  5.4 系統(tǒng)分析
  在原雨水排除體系的基礎(chǔ)上,綜合池設(shè)計將決定雨水綜合排除系統(tǒng)的防洪能力、污染物去除率和回用保證率,以X1區(qū)域為例,系統(tǒng)綜合效益見圖4。
  從計算結(jié)果來看,調(diào)節(jié)池容量與回用水利用率及污染物去除率呈線性關(guān)系,而與系統(tǒng)設(shè)計重現(xiàn)期呈指數(shù)關(guān)系。對系統(tǒng)作綜合效益比較,30a暴雨設(shè)計重現(xiàn)期可達(dá)到較好的洪防、治污及回用目標(biāo)(見表4)。

表4 設(shè)計方案效益比較
設(shè)計重現(xiàn)期(a)顆粒物總量去除(%)回用水利用率(%)綜合池體積(m3)
2034454 800
3040555 800
4048656 500

  6 結(jié) 論

 ?、儆晁C合排除系統(tǒng)為多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng),在確定綜合池容積在排水體系中的比例時,應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)赜盟F(xiàn)狀、防洪要求、經(jīng)濟(jì)條件、供水水源情況及水污染現(xiàn)狀在系統(tǒng)決策中的重要性,從而有所側(cè)重地確定主要決定因素,提高綜合池的利用率,充分發(fā)揮其社會及經(jīng)濟(jì)效益。
 ?、趶钠謻|規(guī)劃新建居住區(qū)示例的計算結(jié)果可以認(rèn)為,城市雨水綜合排除系統(tǒng)起到了調(diào)洪、減污和回用等多重功能,可以對城市生活起顯著的改善作用。

  參考文獻(xiàn):
  
[1]陳斌.城市排澇與排水研究[J].給水排水,1996,22(9):17-20.
  [2]Mitcnell V G,Mein R G,McMahon T A.Modelling the possible utilizati on of stormwater and wastewater within an urban catchment[A].AWWA 17th f ederal convertion[C].1997:65-72.
 ?。?]Ben R Urbonas.Design of a sand filter for stormwater quality enhan cement[J].Water Environ Res,1999,71(1):102-113.
 ?。?]Takashi Asano,Audrey D Levine.Wastewater reclamation,recycling and reuse[M].Water quality management library.1998,10.
 ?。?]Grotter M,Otterpolh R.Intergated urban water concept[A].Proceedi n gs of the 7th international conference on urban storm drainage[C].1996,1 801-1806.


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