城市初期雨水調(diào)蓄池的生態(tài)設(shè)計(jì)

城市初期雨水調(diào)蓄池的生態(tài)設(shè)計(jì)

根據(jù)大量研究，原雨中的污染物負(fù)荷高，是污染物的主要來源。初期雨水本身夾雜著地面的殘留污染物,同時(shí)還會挾帶管道中大量的積黑泥。若任其直接排入河道后,不僅會使河水發(fā)生黑臭,破壞其感官效果,同時(shí)其本身的污染物還會給河道水環(huán)境造成污染,破壞水生動植物的生長。因此必須對初期雨水加以控制,避免其對河道等生態(tài)環(huán)境的破壞。雖然部分雨水管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)時(shí)也考慮設(shè)有截污措施,通過提高截留倍數(shù)可以截留一部分的初期雨水量。然而由于初期雨水歷時(shí)短、瞬時(shí)流量大的特點(diǎn),旱流污水截留設(shè)施基本無法起到截留初期雨水的作用。為了避免初期雨水中的污染物直接通過雨水管排放,需要對初期雨水進(jìn)行收集處理,一種有效的方法是在雨水管網(wǎng)的末端,結(jié)合雨水排放泵站建設(shè)的同時(shí)設(shè)置初期雨水調(diào)蓄池。目前這種方法已經(jīng)在上海、廣州等城市被成功運(yùn)用。初期雨水調(diào)蓄池可以減少初期雨水直接排放對水環(huán)境造成的破壞,對提高水環(huán)境質(zhì)量起到了重要的作用。本文結(jié)合石家莊市正定新區(qū)2#雨水泵站初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)實(shí)例,介紹了城市排水系統(tǒng)中初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)要點(diǎn),為今后完善初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)方法提供借鑒和參考。1站和泵站的建設(shè)石家莊市正定新區(qū)2#雨水泵站屬于正定新區(qū)排水B片區(qū),根據(jù)規(guī)劃該區(qū)域?qū)儆趶?qiáng)排系統(tǒng),雨水系統(tǒng)重現(xiàn)期為1a。泵站位于正定新區(qū)園博園的東南角,雨水經(jīng)泵站提升后排入周漢河。2#泵站的總服務(wù)面積約6.46km2,規(guī)模為16m3/s。正定新區(qū)的城市建設(shè)是以“低碳、生態(tài)、智慧”為目標(biāo),水系統(tǒng)的建設(shè)也充分體現(xiàn)了這一理念。正定新區(qū)屬于缺水性地區(qū),通過2#雨水泵站及初期雨水調(diào)蓄池的建設(shè),在保障地區(qū)排水安全的同時(shí),減少初期雨水中污染物的排放,截流的初期雨水經(jīng)污水廠處理后可用來補(bǔ)充新區(qū)景觀水系,實(shí)現(xiàn)了回用,促進(jìn)新區(qū)水系統(tǒng)的良性循環(huán),實(shí)現(xiàn)水資源的有效利用,改善環(huán)境質(zhì)量,保證正定新區(qū)健康發(fā)展。2雨水調(diào)蓄池及泵房分開布置初期雨水調(diào)蓄池一般與排水系統(tǒng)的雨水泵站結(jié)合布置。根據(jù)可利用建設(shè)用地的大小,可采用與泵站合建或分建的方式。不同的布置方式,對投資和施工難度會有一定的影響。分建方式為平面上將調(diào)蓄池及泵房分開布置,兩座構(gòu)筑物埋深均較小,基坑開挖深度較小;合建方式是將調(diào)蓄池疊放在泵房下方,尤其是在用地受到限制時(shí)常采用此種模式,疊放后基坑開挖深度加大,施工難度及施工工期相對增加,工程投資也相對增加。考慮到該工程的用地條件及現(xiàn)場情況,該工程擬采用分建式,即將初期雨水調(diào)蓄池及泵房分開布置,降低工程投資。其工作原理如下:晴天時(shí)排入系統(tǒng)的污水量較少(主要是路面沖洗水、洗車用水等),此時(shí)關(guān)閉雨水泵房進(jìn)水閘門,關(guān)閉調(diào)蓄池進(jìn)水閘門,開啟截流污水泵,進(jìn)水經(jīng)泵室內(nèi)的截流污水泵提升后排入相應(yīng)的污水管道系統(tǒng)。降雨初期時(shí),根據(jù)水位控制開啟雨水泵和調(diào)蓄池進(jìn)水閘門,關(guān)閉出水閘門;待調(diào)蓄池達(dá)到設(shè)定水位后,開啟出水閘門,關(guān)閉調(diào)蓄池進(jìn)水閘門,將雨水排至河道。待晴天根據(jù)污水系統(tǒng)運(yùn)行情況,在系統(tǒng)污水量處于低谷時(shí),啟動初期雨水調(diào)蓄池的放空泵,將調(diào)蓄池內(nèi)的初期雨水排放至相應(yīng)的污水系統(tǒng)。初期雨水調(diào)蓄池可以截留初期雨水,并在雨停后將截留雨水輸送至污水處理系統(tǒng)中,降低直接隨雨水排入河道的有機(jī)物負(fù)荷,減少初期雨水對河道的污染,對保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量具有重要的意義。3缺乏可操作性的規(guī)范初期雨水調(diào)蓄池在我國應(yīng)用時(shí)間較短,其本身并沒有固定的形式和標(biāo)準(zhǔn)。近年來,隨著我國對面源污染的重視,初期雨水調(diào)蓄池在我國排水系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸增多,但是國內(nèi)尚缺乏具有可操作性的技術(shù)規(guī)范用以指導(dǎo)初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)是調(diào)蓄池的容積計(jì)算及沖洗方式的設(shè)計(jì)等。以2#雨水泵站的調(diào)蓄池為例,其工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)有以下幾個。3.1雨水調(diào)蓄池容積調(diào)蓄池的容積計(jì)算是初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。調(diào)蓄池設(shè)計(jì)得過小,不足以滿足對初期雨水的控制,仍會造成河道污染;而調(diào)蓄池設(shè)計(jì)得過大,則造成土建的浪費(fèi),增加工程費(fèi)用。由于我國對分流制雨水系統(tǒng)中初期雨水調(diào)蓄池的容積計(jì)算并沒有相關(guān)規(guī)定,故該工程結(jié)合國內(nèi)類似工程的設(shè)計(jì)情況,主要參考德國廢水協(xié)會“ATVArbeitsblattA1281992”標(biāo)準(zhǔn),對調(diào)蓄池進(jìn)行容積計(jì)算:調(diào)蓄池有效容積:式中:V———調(diào)蓄池容積,m3;VSR———每公頃面積需調(diào)蓄雨水量,m3/hm2;AU———非滲透面積,hm2,AU=系統(tǒng)面積×徑流系數(shù)。其中,VSR值與城市暴雨徑流污染特點(diǎn)密切相關(guān),德國根據(jù)其自身城市特點(diǎn),取值一般為:12≤VSR≤40,降雨均勻、衛(wèi)生條件好的城市可取較低值,反之則取較高值?？紤]正定新區(qū)的城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),該工程VSR取值為25。2#雨水泵站的服務(wù)面積為646hm2,平均徑流系數(shù)ψ=0.6,即非滲透面積AU=646×0.6=387.6(hm2),經(jīng)公式計(jì)算,2#雨水泵站初期雨水調(diào)蓄池的計(jì)算有效容積為:V=14535m3,該工程設(shè)計(jì)有效容積取15000m3。根據(jù)國內(nèi)的相關(guān)研究,若采用降雨深度法來計(jì)算初期雨水調(diào)蓄池的有效容積,其計(jì)算公式為:V=Ahψ。式中:A為雨水系統(tǒng)的服務(wù)面積;h為需要截留的降雨深度,降雨深度h一般取3.5~5mm。若該工程按此法計(jì)算,調(diào)蓄池容積為13566~19380m3?？梢娫摴こ逃行莘e采用15000m3也在合理范圍內(nèi)。3.2雨水調(diào)蓄池的沖洗設(shè)計(jì)由于初期雨水調(diào)蓄池在使用后底部不可避免地有沉積雜物,因此設(shè)計(jì)調(diào)蓄池時(shí),必須考慮對底部地沉積物的清除。調(diào)蓄池的沖洗有多種方法,各有利弊。隨著節(jié)能減排的政策要求,越來越多的環(huán)保型、節(jié)能型的沖洗設(shè)施和方法產(chǎn)生。調(diào)蓄池通常采用的沖洗措施有人工清洗、水射器沖洗、水力沖洗翻斗、連續(xù)溝槽自清沖洗、門式自沖洗系統(tǒng)等,該工程對其作了比較,見表1所列。因該工程設(shè)計(jì)的初期雨水調(diào)蓄池除部分設(shè)備檢修孔和人孔外,基本屬于全封閉結(jié)構(gòu),且上部擬做景觀綠化,地下調(diào)蓄池不適合開設(shè)人員經(jīng)常進(jìn)出孔和開大型設(shè)備吊裝孔,同時(shí)應(yīng)充分考慮節(jié)能的因素。門式自沖洗系統(tǒng)是一種節(jié)能型、無動力、無能源消耗的清洗方式,沖洗力非常強(qiáng)大,在法國巴黎的調(diào)蓄池中,對厚達(dá)0.4m的積泥一次沖洗即實(shí)現(xiàn)了清除,這是傳統(tǒng)沖洗方式所無法做到的。在上海世博園區(qū)浦明、后灘等雨水泵站也有成功的運(yùn)用。其具有無需外動力、無需外供水、控制系統(tǒng)簡單、運(yùn)行成本低、使用效率高等優(yōu)點(diǎn)。該工程推薦其作為初期雨水調(diào)蓄池的沖洗方式。3.3污水廠回用污水廠根據(jù)上述內(nèi)容,該工程初期雨水調(diào)蓄池與泵站分開布置,通過箱涵連通。調(diào)蓄池設(shè)計(jì)容積為V=15000m3,平面尺寸為55.34m×43.00m,有效水深為7.7m,內(nèi)設(shè)8套門式自動沖洗裝置,考慮調(diào)蓄池內(nèi)的水需能排入污水管網(wǎng)最終接入污水廠處理。該工程設(shè)置3套污水潛水泵(2用1備),單泵性能參數(shù)為:Q=1275m3/h,H=5.7m,N=60kW。3.4調(diào)蓄池、放空為了保證初期雨水調(diào)蓄池的使用效果,在初期雨水調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)過程中,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)通常初期雨水調(diào)蓄池進(jìn)水端采用電動閘門來進(jìn)行控制,但為防止意外事件,在現(xiàn)場應(yīng)配有手動切換控制功能,以備發(fā)生機(jī)械故障時(shí)可在現(xiàn)場進(jìn)行操作。(2)由于初期雨水調(diào)蓄池一般深埋地下,在進(jìn)水過程中,其內(nèi)部氣體需要排放,故在調(diào)蓄池頂部需安裝通氣井或通氣孔,通氣孔的尺寸需根據(jù)進(jìn)水時(shí)的排氣流量進(jìn)行核算。(3)調(diào)蓄池放空通常采用潛水離心泵進(jìn)行排放,由于初期雨水調(diào)蓄池內(nèi)的雨水是排放到城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)中,排空應(yīng)盡量設(shè)在污水管網(wǎng)流量處于低谷時(shí),避免由于瞬間流量過大對污水系統(tǒng)造成影響。圖1為初期雨水調(diào)蓄池設(shè)計(jì)示意圖。4面源污染控制隨著環(huán)境污染形勢的加劇和國家對生態(tài)環(huán)境重視的提高,越來越多的城市通