王登敏

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

為全面學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想和全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)精神，打好黑臭水體整治這一重大標(biāo)志性戰(zhàn)役，逐步打開(kāi)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(duì)污水廠(chǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)河流水環(huán)境綜合整治目標(biāo)，深圳市提出開(kāi)展河流消除黑臭及河流水質(zhì)保障工程，從而實(shí)現(xiàn)河流斷面水質(zhì)達(dá)到考核的要求[1，2]。

近年來(lái)，隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的快速發(fā)展，河流水環(huán)境污染現(xiàn)象日益突出，而面源污染情況尤為顯著。人與環(huán)境和諧發(fā)展已成為提高城市競(jìng)爭(zhēng)力、改善城市生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要措施[3]。面源污染治理已然成為構(gòu)建和諧水生態(tài)的重要一環(huán)，成為城市水體消除黑臭的關(guān)鍵之一。

1 城市面源污染來(lái)源

城市面源污染主要是由降雨時(shí)初期雨水徑流和沖刷作用產(chǎn)生的，具有突發(fā)性、高流量和重污染等特點(diǎn)[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(nèi)突發(fā)性匯入受納水體，進(jìn)而造成水環(huán)境污染[5]。城市面源污染主要來(lái)源于路面淤積物、各類(lèi)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(zhuǎn)站

垃圾中轉(zhuǎn)站的污染源來(lái)源廣、性質(zhì)各異，產(chǎn)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(chǎn)生的廢水；沖洗廢水主要是對(duì)地面、車(chē)輛、設(shè)備等進(jìn)行沖洗產(chǎn)生的污水；垃圾滲濾液是垃圾經(jīng)壓縮過(guò)程產(chǎn)生的污水，其特點(diǎn)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(yè)的洗碗洗菜廢水、泔水油和生活污水等通過(guò)附近的雨水篦子直排雨水管網(wǎng)污染河流的現(xiàn)象。對(duì)于餐飲廢水的處理，部分餐飲店設(shè)置隔油池和化糞池處理，部分僅有隔油池且規(guī)格不滿(mǎn)足要求。

1.3 農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)以及老舊的城中村

由于歷史條件及周邊居民生活習(xí)慣等原因的影響，農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)及老舊城中村往往地面衛(wèi)生情況較差，部分農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)甚至存在商戶(hù)直接往雨水系統(tǒng)中傾倒垃圾等現(xiàn)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(guò)雨水系統(tǒng)排放至河道，造成嚴(yán)重的河道污染。

面污染源等級(jí)劃分根據(jù)初期雨水徑流水質(zhì)確定，以實(shí)測(cè)資料為準(zhǔn)。如無(wú)實(shí)測(cè)資料，可參考表1中下墊面分類(lèi)，經(jīng)實(shí)際調(diào)查，劃分面污染源等級(jí)[8]。

表1 面污染源等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn) mg/L

2 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》（SL278-2002），水文分析計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)系列不宜小于30 a，而清林徑水庫(kù)雨量站運(yùn)行觀測(cè)資料系列超過(guò)30 a，實(shí)測(cè)系列較長(zhǎng)，代表性較好，故作為本次水文分析計(jì)算的參證站。

根據(jù)深圳市清林徑水庫(kù)雨量站不同時(shí)段年最大雨量資料系列，采用P-Ⅲ型理論曲線(xiàn)，依據(jù)設(shè)計(jì)暴雨的地區(qū)分布規(guī)律，選取Cs/Cv=3.5，計(jì)算各時(shí)段的設(shè)計(jì)暴雨均值及相應(yīng)的變差系數(shù)Cv值[9]，本次設(shè)計(jì)暴雨成果詳見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)暴雨成果

經(jīng)分析，查圖各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨基本較清林徑水庫(kù)雨量站大，從工程安全的角度考慮，設(shè)計(jì)暴雨采用查圖成果。

2.1 計(jì)算方法

鑒于龍崗河流域無(wú)滿(mǎn)足洪水分析系列要求的實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，本次流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用設(shè)計(jì)暴雨推算。設(shè)計(jì)洪水采用《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊(cè)》中的“綜合單位線(xiàn)法”及“推理公式法”分別進(jìn)行計(jì)算，2種計(jì)算方法成果相差在20%以?xún)?nèi)（以數(shù)值大者為分母），本次采用“廣東省綜合單位線(xiàn)法”計(jì)算成果[9]。

在工程實(shí)例中，控制斷面上游的調(diào)蓄水庫(kù)對(duì)流域洪水起到不同程度的調(diào)洪削峰作用，尤以大中型水庫(kù)對(duì)下游控制斷面的洪水影響更為突出。由于水庫(kù)對(duì)天然洪水具有調(diào)蓄作用，河道下游控制斷面設(shè)計(jì)洪水采用區(qū)間洪峰流量與水庫(kù)最大下泄流量進(jìn)行組合，并考慮已建水庫(kù)對(duì)洪水的調(diào)蓄[10]。采用《深圳市防洪潮規(guī)劃修編報(bào)告（2014—2020）》中的水文分析方法，各控制斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量按下式計(jì)算：

式中：Q調(diào)為水庫(kù)調(diào)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(shè)計(jì)斷面與水庫(kù)壩址斷面天然洪水洪峰模數(shù)的比值，即K=M設(shè)計(jì)斷面/M水庫(kù)斷面。

2.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)最新實(shí)測(cè)的1∶10 000深圳電子版地形圖及谷歌衛(wèi)星圖，量算本流域各控制斷面的集雨面積、河長(zhǎng)、比降等地理參數(shù)。龍崗河流域地理參數(shù)，詳見(jiàn)表3。

表3 龍崗河流域地理參數(shù)

2.3 設(shè)計(jì)洪水成果

根據(jù)上述方法對(duì)龍崗河流域設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水成果詳見(jiàn)表4。

表4 龍崗河流域設(shè)計(jì)洪水成果（考慮水庫(kù)調(diào)蓄）

2.4 成果合理性分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)洪水成果的合理性，根據(jù)洪峰流量模數(shù)對(duì)流域設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行分析。龍崗河干流各控制斷面洪峰流量模數(shù)成果，詳見(jiàn)表5。

表5 龍崗河流域洪峰流量模數(shù)成果

由表5可知，隨著集雨面積的增加，洪峰模數(shù)遞減。同一控制斷面，隨著頻率的增加，洪峰流量模數(shù)遞減，符合洪水變化規(guī)律，設(shè)計(jì)洪水成果合理。

3 基于MIKE11模型對(duì)龍崗河末端調(diào)蓄池進(jìn)行水動(dòng)力和匯流模擬

龍崗河末端調(diào)蓄池服務(wù)面積為50.43 km2，調(diào)蓄池主要服務(wù)于龍崗河流域的建成區(qū)，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(jù)龍崗區(qū)市政排水管線(xiàn)、龍崗河流域水環(huán)境綜合整治工程的相關(guān)資料，提取相應(yīng)范圍內(nèi)的雨水管網(wǎng)及兩岸截污管（箱涵）信息，包括：檢查井?dāng)?shù)據(jù)、檢查井與管道的拓?fù)潢P(guān)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(wǎng)模型。

管網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息主要包括：管網(wǎng)和檢查井的空間位置、節(jié)點(diǎn)高程、管長(zhǎng)、管徑、流向、材質(zhì)、糙率等屬性數(shù)據(jù)，導(dǎo)入MIKE URBAN模型中，并對(duì)管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行檢查[11]。調(diào)蓄池的數(shù)據(jù)信息主要包括：幾何形狀、面積、深度、蓄水曲線(xiàn)等屬性。

3.1 匯水分區(qū)劃分

確定調(diào)蓄池集水區(qū)的邊界范圍，使用集水區(qū)劃分工具進(jìn)行子匯水分區(qū)的劃分，使每一個(gè)入孔對(duì)應(yīng)一個(gè)子匯水分區(qū)。各區(qū)域子匯水分區(qū)，如圖1所示。

圖1 龍崗河流域末端調(diào)蓄池區(qū)域子匯水分區(qū)

3.2 模型邊界條件及參數(shù)設(shè)置

3.2.1 降雨邊界

本工程設(shè)計(jì)截流標(biāo)準(zhǔn)為降雨量10 mm、降雨歷時(shí)1.5 h形成的初（?。┯?。

MIKE URBAN的上邊界條件為降雨過(guò)程。結(jié)合本工程特征和深圳市降雨規(guī)律，降雨過(guò)程采用深圳市暴雨強(qiáng)度公式，根據(jù)芝加哥雨型（以1 min為單位時(shí)段）確定。深圳市暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

式中：i為暴雨強(qiáng)度（mm/min）；P為重現(xiàn)期（a）；t為降雨歷時(shí)（min）。

設(shè)計(jì)降雨過(guò)程（10 mm/1.5h），如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)降雨過(guò)程（10 mm/1.5 h）

3.2.2參數(shù)設(shè)置

（1）集水區(qū)參數(shù)。根據(jù)本區(qū)域的實(shí)際用地類(lèi)型，劃分相應(yīng)的下墊面。本次產(chǎn)匯流模型采用T-A曲線(xiàn)模型，不透水系數(shù)根據(jù)不同的下墊面類(lèi)型設(shè)置，并參考《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50014-2021），本工程道路、建筑物等建成區(qū)綜合徑流系數(shù)選取0.60，生態(tài)區(qū)、綠地等區(qū)域綜合徑流系數(shù)選取0.20，下墊面類(lèi)型及不透水系數(shù)詳見(jiàn)表6。

表6 下墊面類(lèi)型及不透水系數(shù)

（2）其他參數(shù)。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(shù)取0.9，初始損失取0.6 mm。

3.3 模型計(jì)算結(jié)果

通過(guò)MKE URBAN模型對(duì)龍崗河末端調(diào)蓄池服務(wù)范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行降雨-徑流-管流模擬，并對(duì)模型各個(gè)參數(shù)合理調(diào)整與優(yōu)化，使其符合規(guī)范要求，較好地反映模擬區(qū)域的真實(shí)性。龍崗河末端調(diào)蓄池水位變化過(guò)程如圖3所示，模型計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表7。

表7 調(diào)蓄池規(guī)模計(jì)算成果

龍崗河末端調(diào)蓄池服務(wù)范圍的截流系統(tǒng)過(guò)流能力與調(diào)蓄池規(guī)模，通過(guò)公式法計(jì)算與MIKE URBAN模型復(fù)核結(jié)果比較，詳見(jiàn)表8。

從表8可知，龍崗河干流各沿河截污管過(guò)流能力基本能滿(mǎn)足降雨量10 mm、降雨歷時(shí)1.5 h形成的初（?。┯甑慕亓鳂?biāo)準(zhǔn)。

表8 龍崗河干流各沿河截污管/箱涵過(guò)流能力復(fù)核結(jié)果

調(diào)蓄池規(guī)模復(fù)核結(jié)果，詳見(jiàn)表9。

表9 調(diào)蓄池規(guī)模復(fù)核結(jié)果

由表9可知，龍崗河末端調(diào)蓄池服務(wù)范圍面積為50.43 km2，10 mm/場(chǎng)、降雨歷時(shí)1.5 h形成的徑流量MIKE URBAN模型復(fù)核結(jié)果為25.2萬(wàn)m3，擬建調(diào)蓄池規(guī)模為25.5萬(wàn)m3，滿(mǎn)足截流標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 龍崗河末端調(diào)蓄池初小雨處理思路

龍崗河末端調(diào)蓄池初小雨處理有轉(zhuǎn)輸至現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)處理、就地建設(shè)一級(jí)強(qiáng)化處理設(shè)施處理以及新建污水處理廠(chǎng)兼顧初小雨處理3種可行方式。

（1）方式1（近期推薦）。末端調(diào)蓄池對(duì)岸為橫嶺污水處理廠(chǎng)，橫嶺污水處理廠(chǎng)一期、二期均按收集旱季污水設(shè)計(jì)，均未考慮初小雨處理規(guī)模，將16.4萬(wàn)m3/d的初小雨送至橫嶺污水廠(chǎng)處理，對(duì)污水廠(chǎng)的水量水質(zhì)沖擊較大，近期可錯(cuò)峰收納，非長(zhǎng)遠(yuǎn)處置出路。

（2）方式2。結(jié)合調(diào)蓄池，就地建設(shè)一級(jí)強(qiáng)化處理設(shè)施，雖可去除一定的污染負(fù)荷，但難以滿(mǎn)足交接斷面水質(zhì)達(dá)到地表水V類(lèi)的要求。

（3）方式3。（遠(yuǎn)期推薦）。遠(yuǎn)期新建污水處理廠(chǎng)，該污水處理廠(chǎng)可以結(jié)合最新的污水專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，作為橫嶺污水處理廠(chǎng)三期工程建設(shè)。因其涉及與橫嶺污水處理廠(chǎng)一、二期的水量調(diào)度以及后期管理及污水處理費(fèi)用支付等問(wèn)題，建議不納入本工程實(shí)施。

同時(shí)，考慮遠(yuǎn)期新建污水處理廠(chǎng)未建成前，可以在惠州側(cè)清潔基流剝離、交接斷面達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，減少重復(fù)處理水量后，利用龍崗河流域擬實(shí)施的BO臨時(shí)處理站分擔(dān)橫嶺污水處理廠(chǎng)旱季污水處理，減小橫嶺污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水量，之后可利用橫嶺污水處理廠(chǎng)富余能力進(jìn)行初小雨處理。

5 結(jié)語(yǔ)

水體黑臭是現(xiàn)如今城市面臨的重要的水環(huán)境問(wèn)題之一。通過(guò)對(duì)城市面源污染的治理，可以在一定程度上改善水環(huán)境現(xiàn)狀，提升城市的環(huán)境形象。基于初小雨調(diào)蓄措施的研究，本文提出了調(diào)蓄池相關(guān)的規(guī)模、過(guò)流能力計(jì)算和處理方式等，為后續(xù)的項(xiàng)目提供可借鑒的方法。