何慧彬，黃紫龍

(深圳市水務規(guī)劃設計院股份有限公司，廣東 深圳 518001)

1 項目建設背景

近年來，深圳市龍崗區(qū)以全面推行河長制為契機，著力推進治水提質(zhì)各項工作，在河道綜合治理、污水廠網(wǎng)建設等方面取得重大的突破。2019年以“考核斷面旱季水質(zhì)達標，全面消除流域內(nèi)的小微水體，提高污水處理能力，消減雨季入河污染負荷，提高河道水質(zhì)保證率”為工程目標，以流域為單位開展了2019年龍崗區(qū)龍崗河流域消除黑臭及河流水質(zhì)保障工程，調(diào)蓄池可兼具調(diào)蓄溢流污水及初期雨水等功能[1]，丁山河調(diào)蓄池為本工程建設的7座初雨調(diào)蓄池之一。

丁山河為龍崗河的一級支流，河道全長約23.65km(深圳境內(nèi)6.7km)，集雨面積79.16km2(深圳境內(nèi)23.49km2)。如圖1所示，丁山河調(diào)蓄池位于丁山河龍崗大道下游右岸，規(guī)劃為城市綠地，總占地面積7438m2，調(diào)蓄有效容積2.5萬m3，調(diào)蓄池服務面積為6.29km2，工程投資約1.51億。

圖1 丁山河流域初雨水質(zhì)達標方案圖

2 初雨調(diào)蓄池的功能

王斑、顏夢宇等對城市初期雨水處理提出了初步思路，主要有源頭處理、調(diào)蓄處理和污水處理廠等3種措施。初雨調(diào)蓄池是河流水質(zhì)保障的重要組成部分，在排水系統(tǒng)的末端設置初雨調(diào)蓄池是減少初期雨水污染物排放的有效手段[2- 5]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 近期控制溢流污染

在正本清源、雨污分流工程未完全覆蓋的情況下，仍有部分生活污水及面源污染進入河道截流管，對丁山河下游及龍崗河干流箱涵，在10mm/1.5h初雨工況下，仍會發(fā)生溢流污染。而當在丁山河中下游設置調(diào)蓄池后，下游截污管僅收集丁山河下游流域內(nèi)初雨及少量漏排污水，現(xiàn)狀截污管能夠滿足10mm/1.5h初雨截流規(guī)模。因此，在丁山河中下游設置初雨調(diào)蓄池，對控制丁山河下游及龍崗河干流沿河截污箱涵溢流污染、保證下游龍崗河水質(zhì)穩(wěn)定達標有著重要意義。另外，調(diào)蓄池的調(diào)蓄作用可有效調(diào)節(jié)進廠水質(zhì)、水量后還可避免對污水處理廠的負荷沖擊[6- 7]。

2.2 中期削減面源污染

當正本清源、雨污分流工程全覆蓋時，雨、污水系統(tǒng)完全獨立，污水全部進入市政污水管，初雨截入沿河截污系統(tǒng)，通過設置調(diào)蓄池可收集初雨標準下的面源污染，雨后錯峰排入污水處理廠處理，從而削減大部分的入河面源污染，進一步保障河道水質(zhì)。

2.3 遠期雨水資源利用

當海綿城市實施到一定程度后，城市管理也達到了一定水平，城區(qū)內(nèi)的面源污染能在源頭上得到有效控制，即使是初雨攜帶的污染物濃度也較低，不會影響河道水質(zhì)，此時調(diào)蓄池則可作為雨水收集利用設施。通過調(diào)蓄池收集的雨水，可作為旱季對下游河道的補水水源，對河道生態(tài)保護、環(huán)境增容有著重要意義。

3 初雨調(diào)蓄池的設計

3.1 規(guī)模計算

根據(jù)本項目特點，結合地形、雨水管網(wǎng)、截流(管)箱涵、調(diào)蓄池等建立模型，復核截流系統(tǒng)過流能力及調(diào)蓄池規(guī)模，因此選取DHI MIKE URBAN作為本次建模的方式。根據(jù)雨水管網(wǎng)及兩岸截污(管)箱涵信息，包括：檢查井數(shù)據(jù)、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(wǎng)模型。

3.1.1子匯水區(qū)劃分

確定調(diào)蓄池集水區(qū)的邊界范圍，使用集水區(qū)劃分工具進行子匯水分區(qū)的劃分，使每一個入孔對應一個子匯水分區(qū)，丁山河調(diào)蓄范圍內(nèi)子匯水分區(qū)如圖2所示。

圖2 丁山河調(diào)蓄池子匯水分區(qū)圖

3.1.2降雨邊界

本工程設計截流標準為10mm/場、降雨歷時1.5h形成的初雨。MIKE URBAN的上邊界條件為降雨過程，如圖3所示。結合本工程特征和深圳市降雨規(guī)律，降雨過程采用深圳市暴雨強度公式，根據(jù)芝加哥雨型(以1min為單位時段)確定。深圳市暴雨強度公式如下：

(1)

式中：i—暴雨強度，mm/min；P—重現(xiàn)期，a；t—降雨歷時，min。

圖3 設計降雨過程圖(10mm/1.5h)

3.1.3參數(shù)設置

集水區(qū)參數(shù)：本次產(chǎn)匯流模型采用T-A曲線模型，不透水系數(shù)根據(jù)不同的下墊面類型設置，并參考GB 50014—2021《室外排水設計標準》[8]，道路、建筑物等建成區(qū)不透水系數(shù)綜合選取0.6，生態(tài)區(qū)、綠地等區(qū)域不透水系數(shù)綜合選取0.2。

其他參數(shù)：本次建立的MIKE URBAN模型，地面平均流速取0.3m/s，水文衰減系數(shù)取0.9，初始損失取0.0006m。

3.1.4計算結果

通過MKE URBAN模型對丁山河調(diào)蓄池服務范圍內(nèi)的區(qū)域進行降雨-徑流-管流模擬，如圖4所示，并對模型各個參數(shù)的合理調(diào)整與優(yōu)化，使其符合規(guī)范要求，較好地反應模擬區(qū)域的真實性。

圖4 丁山河調(diào)蓄池水位變化過程圖

丁山河調(diào)蓄池服務范圍面積為6.29km2，10mm/場、降雨歷時1.5h形成的徑流量，MIKE URBAN模型復核結果為2.30萬m3，擬建調(diào)蓄池規(guī)模為2.50萬m3，滿足要求。

3.2 布置形式

根據(jù)謝玉霞等對調(diào)蓄池平面布置的研究[9]，在滿足處理工藝的前提下，平面布置力求功能明確，流程簡短，注意綠化，盡量考慮到運行管理方便和較好的環(huán)境條件。建構筑物間的相互關系，在總圖布置和高程設計時進行統(tǒng)一考慮。調(diào)蓄池總圖布置應符合以下原則：①結合現(xiàn)狀地形標高，用綠化帶和道路分隔；②各構筑物之間的距離，需考慮到各種管道施工及維修方便；③考慮設備安裝、運輸?shù)姆奖恪龅噩F(xiàn)狀地面平坦，高程為29.6～36.8m，調(diào)蓄池北側為市政道路，交通便利，可利用現(xiàn)有的公路作為進廠道路。用地主要為調(diào)蓄池部分，調(diào)蓄池采用多邊形結構，該處丁山河防洪標準為50年一遇，河底高程為22.90m，設計防洪水位28.24m，現(xiàn)狀河道左岸地面高程約為30.92m，右岸高程約為30.2m。調(diào)蓄池整體平面布置如圖5所示。

3.3 工藝設計

丁山河調(diào)蓄池及附屬設施工程分為初雨收集轉輸系統(tǒng)和調(diào)蓄系統(tǒng)兩個部分，其中初雨收集轉輸部分包括黃竹坑水河口雨季水質(zhì)保障氣盾壩及閘門、花園河河口雨季水質(zhì)保障氣盾壩及閘門、花園河初雨轉輸管等；調(diào)蓄池部分主要包括進水提升系統(tǒng)(進水閘、檢修閘、進水格柵、提升泵房、智能噴射器、排污泵、排砂泵等)、沖洗系統(tǒng)(真空沖洗設備、排砂泵)、通風除臭系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和場區(qū)排水系統(tǒng)。調(diào)蓄池處理工藝如圖6所示。

3.3.1通風設計

丁山河調(diào)蓄池內(nèi)部靜面積為3373m2，考慮找坡和內(nèi)部梁柱等結構，調(diào)蓄池內(nèi)部空間約2.9萬m3，按每小時換氣2次計算，則調(diào)蓄池所需通風量為5.8萬m3/h。因調(diào)蓄池通風量不是特別大，本工程采用整體通風方案，把整個調(diào)蓄池作為一個整體進行通風設計。風機數(shù)量初定為6臺，單臺分機設計通風量為10000m3/h，功率N=4kW，帶閥單層百葉風口420只，設風井6座。

圖6 丁山河調(diào)蓄池工藝流程圖

3.3.2除臭設計

由于本工程調(diào)蓄池近期主要存儲混流雨水，相比純污水臭氣較淡，且調(diào)蓄池存儲混流雨水時間一般為2d，時間比較短，除臭標準參照貯水池及水泵房的換氣次數(shù)取1次/h。除臭規(guī)模根據(jù)調(diào)蓄池的有效空間確定，除臭規(guī)模為2.9萬m3/h。

常用的除臭工藝主要有離子除臭和生物除臭，離子除臭的去除率可達90%以上，臭氣處理適用范圍廣，主要包括甲硫醇、氨、硫化氫、醚類、胺類等污染臭氣因子，且可間歇運行，系統(tǒng)主體設備使用壽命可達10年以上，技術可靠且非常穩(wěn)定，凈化設備無需日常維護，只需接通電源，即可正常工作，運行維護費用極低。生物除臭微生物活性好時除臭效率為75%，耐沖擊負荷差，影響因素多，為保證微生物活性，需連續(xù)運行，且養(yǎng)護困難，需頻繁添加藥劑、控制pH值、溫度等，運行維護費用也較高，需經(jīng)常投放藥劑，以保持微生物活性，而且對循環(huán)水要求較高，如微生物死亡將需較長時間重新培養(yǎng)?？紤]到本工程臭氣主要來源為初雨調(diào)蓄池，濃度較低，同時需要間歇式運行，從運行維護的角度考慮，調(diào)蓄池的設計采用離子除臭設備。

3.3.3沖洗設計

由于初雨調(diào)蓄池在使用后底部不可避免地有沉積雜物，因此調(diào)蓄池設計須考慮對底部地沉積物的清除[4]。丁山河調(diào)蓄池采用真空沖洗設備，利用設備高速水流對調(diào)蓄池清淤，在每次調(diào)蓄池儲水周期運行完后，清理掉池內(nèi)存積淤泥和有機污染，避免存在臭氣和毒氣。真空沖洗系統(tǒng)利用真空泵的抽真空作用，通過真空控制系統(tǒng)和真空閥將存水室中的空氣抽出，形成一定的真空度，使存水室內(nèi)的液位升高至設定液位，調(diào)蓄池需要沖洗時將存水室頂部的隔膜閥打開，破壞真空，通過存水室內(nèi)的蓄水對調(diào)蓄池底泥進行沖洗。真空沖洗系統(tǒng)全套設備均設置于調(diào)蓄池外部。真空沖洗系統(tǒng)的組成包括真空隔膜閥、控制柜及電纜、超聲波液位計等。

沖洗廊道設計：本調(diào)蓄池根據(jù)調(diào)蓄池的分隔以及立柱布置間隔約為5～7.5m設置一道隔墻，將調(diào)蓄池劃分為10個沖洗廊道，每個沖洗廊道寬度為5～7.5m，沖洗廊道坡度不小于1%，廊道之間隔墻高0.5m。

真空沖洗系統(tǒng)設計：真空沖洗系統(tǒng)廊道寬度最大可做到10m(門式?jīng)_洗廊道寬度最大為5m)，設計寬度為5～7.5m，共計10套。

存水室設計：存水室容積約為60～70m3，蓄水量大于4.7m3/m(每米廊道寬度)，存水室水位設計高度為5m，存水室寬度為2.5m。

集水槽設計：在沖洗廊道的末端設置有共用的沖洗水收集廊道，沖洗水廊道的設計坡度為1.5%，沖洗水廊道的理論最小容積為65m3，設計寬度為5.0m，沖洗廢水由一邊向另一邊匯集，經(jīng)污水泵提升至雨水處理設施。丁山河調(diào)蓄池雨季運行流程高程圖如圖7所示。

4 初雨調(diào)蓄池的運行模式

丁山河調(diào)蓄池采用泵前調(diào)蓄工藝，通過進水閘門井控制調(diào)蓄池的進水，經(jīng)過格柵攔截大的漂浮物后，進入提升泵房，并通過提升泵將初雨提升至調(diào)蓄池主體中進行調(diào)蓄，待降雨結束后，調(diào)蓄的初雨通過調(diào)蓄池出水井自流進入丁山河沿河截污管，轉輸至橫嶺污水處理廠處理。調(diào)蓄池運行主要分為6種工況：①晴天工況；②初雨運行工況；③雨中(后)停運工況；④雨后排空工況；⑤沖淤維護工況；⑥進池檢修工況[10]。各工況具體判定條件如圖8所示，圖9為調(diào)蓄池建成效果圖。

圖7 丁山河調(diào)蓄池雨季運行流程高程圖(高程單位：m)

圖8 丁山河調(diào)蓄池運行調(diào)度方案示意圖

圖9 丁山河調(diào)蓄池建成效果圖

5 結論

初雨調(diào)蓄池作為流域水環(huán)境治理中的重要組成部分，近期可控制溢流污染，中期削減面源污染，遠期可實現(xiàn)雨水資源利用。目前丁山河調(diào)蓄池已建成并處于試運行階段，后續(xù)將根據(jù)本地降雨特點及目標要求合理確定相關參數(shù)，使初雨調(diào)蓄池能達到設計預期效果，在流域水環(huán)境治理中充分發(fā)揮其功能。