广州市雨水调蓄池规划技术研究

第26卷　第18期中国给水排水Vol.26No.18

2010年9月CHINAWATER&WASTEWATERSep.2010

广州市雨水调蓄池规划技术研究

朱理铭,　李　钏

(1.广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州510060;2.,

山东青岛)

　　摘　要:　,、自然条件和城市发展现状,　　;　调蓄池;　水力模型

:T　　文献标识码:C　　文章编号:1000-4602(2010)18-0046-05

StudyonPlanningTechnologyofRainwaterStorageTankinGuangzhou

ZHULi2ming,　LIChuan

(1.GuangzhouUrbanPlanning,SurveyandDesignResearchInstitute,Guangzhou510060,China;

2.MunicipalConstructionManagementOfficeofChengyangDistrict,Qingdao266109,China)

　　Abstract:　Usingplanninganddesignmethodsofrainwaterstoragetankinforeigncountriesforref2erence,combinedwiththegeography,naturalconditionsandurbandevelopmentsituationinGuangzhou,thecalculationmethodofrainwaterstoragetankwasstudied.

　　Keywords:　rainfallrunoff;　combinedsewersystem;　storagetank;　hydraulicmodel　　广州市濒临南海,属亚热带季风气候区,具有温暖多雨、日照充沛、温差较小、夏季长、霜期短等气候特征。根据市区雨量站1980年—1998年资料统计,实测最大年降雨量为2864.6mm,最小年降雨量为1008.5mm。多年平均年降雨量为1758mm。广州市区目前只有四大调蓄人工湖:流花湖、麓湖、荔湾湖与东山湖,分别担负市区不同片区的蓄洪工作。近十年间,城区面积不断扩大,调蓄水体面积不断减少,四大人工湖的水域面积已从20世纪50年

代建成初期的128hm缩减至94hm,因此现有调蓄水体面积不足,已经不能适应城市的排水、排涝要求。

在城市排水系统规划设计中,利用管道本身的空隙容量调节洪峰流量是有限的,为提高系统排水能力,减少雨水和合流系统暴雨期间发生“水浸街”灾害,控制初期雨水和合流污水溢流对受纳水体污染,在排水系统中建设人工调蓄池以削减洪峰流量是可行的工程方案之一。

1　国外合流制排水系统雨水调蓄池计算111　以池容当量降雨量为依据的计算方法

[1]

实际工程中,雨水调蓄池(管)可以设置在地下,也可为地面式,主要根据可用的土地资源和管网特征确定。雨水调蓄池(管)设计若要同时兼顾雨水污染防治和防汛需求,则必须以降雨强度、降雨雨型、设计频率为基础。目前德国、日本均以池容当量降雨量(mm)这一综合的设计指标为依据进行计算,即以排入水体的污染负荷小于目标设定值来进行调蓄容量的计算。

在德国,合流制排水系统约占70%,分流制约占30%,分流制排水系统雨水一般不进行处理,如

有需要,则采用雨水滞留池(容积大多为8～10m/2

hm不透水面积)进行沉淀处理。但合流制排水系统雨水必须进行处理,该系统的雨水处理与污水处理设计是一体的,处理的目标为:控制排入水体的负荷量最小,合流制排水系统排入水体的负荷不大于分流制系统排入水体的负荷。全德国有合流制雨水

www.watergasheat.com

朱理铭,等:广州市雨水调蓄池规划技术研究

第26卷　第18期

调蓄池3.7×10座,总容积为1400×10m;分流

制雨水滞留池1万座,总容积为1000×10m;污

水处理厂10000座,其中大于20000m/d(10万人

口当量)的280座,其余均为小于20000m/d的污水厂。因此,平均每座污水厂有4.7座调蓄池。

德国调蓄池的简化计算公式为:　V=1.5・VSR・AU

式中　V———调蓄池容积,m

　VSR———每公顷面积所需调蓄量,按图1采

用,m/hm　AU———不透水面积(,2

量增大到一定程度时,削减效果已没有明显变化,当截流雨水量在1～2mm/h以内时,削减效果明显;同时还研究了调蓄量对污染负荷削减的贡献,以及截流和调蓄互相配合对削减负荷的作用,结果表明采用截流1mm/h雨水量加上调蓄2～4mm/h雨水量的措施可达到污染负荷削减的目标设定值,相当

于上海截流倍数n=1.5加上20～40m/hm调蓄容量。:调蓄池容量

×5排水面积建1座

)1调蓄池主要用于在暴雨期间收集部分初期雨水,当暴雨停止后,该部分雨水再输送至排水管网、泵站或者污水处理厂。概括而言,合流制排水系统调蓄池的主要作用是截流初期雨水、提高合流制系统的截流倍数,使调蓄之后的管道和泵站可以采用较小的设计流量,起到降低泵站工作负荷、减少工程

费用和保护受纳水体的作用。其工作原理见图2。

图1　德国调蓄池简化计算之面积与单位调蓄量

Fig.1　SimplifiedcalculationofGermanstoragetankarea

andunitstoragecapacity

目前,日本对合流制排水系统雨水溢流污染进行控制主要从三方面着手:削减污染负荷、保证公共卫生安全和减少夹杂物。通过以下措施来控制雨水溢流污染:控制合流制排水系统排放的污染负荷必须与分流制排放的相同;使所有排放口的溢流水量和溢流次数减少一半,同时防止所有排放口排除夹杂物。其中与调蓄池计算关系最为密切的是污染负荷和溢流量的控制。

计算过程主要根据已设定的污染物负荷削减目标,即使合流制排水系统排放的污染负荷量不大于分流制系统排放的污染负荷,依靠模拟试验,研究截流量与调蓄池的关系,再通过对实际应用效果的评估,确定合理的调蓄池容量。

日本对6座城市进行了模拟试验,得出全年BOD负荷削减率为90%左右,雨天时BOD负荷削

图2　合流制系统调蓄池工作原理

Fig.2　Operationprincipleofstoragetankofcombinedsystem

由图2可知,调蓄池的容积可通过计算入流水

位和出流水位的差异进行估算,计算式为:

(Q∫

0t0

-Qout)dt(1)

式中　V———调蓄池容积

　t———从调蓄池开始进水至充满的时间　t0———调蓄时间　Qin———入流流量　Qout———出流流量

基于数学模型的调蓄池计算方法即是对这个方程进行求解,求解的方法很多,有考虑和不考虑集流时间的计算方法、时间-面积法、雨量点图法、累积曲线法和详细流程演算法。

美国调蓄池的计算也是在式(1)的基础上通过

[2]

SWMM模型和管网水力学模型计算调蓄池容积。

减率为65%左右才可以达到削减污染负荷的目标设定值;并且研究了截流量对污染负荷削减的贡献,结果发现增大截流量可削减更多污染负荷,但截流

第26卷　第18期　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　www.watergasheat.com

计算前要求对排水系统特征进行分析,包括查阅雨量和管网流量记录,对选定的溢流位置进行分析,对来水进行分析,建立数学模型;同时需要确定系列的设计标准,譬如溢流频率和污染负荷削减目标值。调蓄池的尺寸是基于雨量强度、持续期和频率,暴雨重现期(例如1年、5年或10年),雨量的年代记录或现场的持续年份流量测量记录来确定的。

　QDWF———晴天时平均旱流污水量Ψ—　——径流系数,取平均值0.75

可得,低密度地区:iDWF1=4.48mm/h,中密度地区iDWF2=7.84mm/h,高密度地区iDWF3=11.20mm/h。

广州市雨水调蓄池计算方法2　

国外调蓄池计算方法对于广州均有可借鉴之处,但又不完全适用。较美国的而言,蓄池的计算方式更易操作。,基础数据,法。211　合流制排水系统调蓄量与截流倍数的关系根据用地性质及建设时间的不同,广州不同区域的人口密度有较大不同。一些新建小区及工业区

的人口密度较低,为200～250人/hm,而老城区的

人口密度高,有的地区甚至超过400人/hm。地区人口密度的不同直接影响排水系统的旱流污水量的大小。因此,在后续计算中,将广州不同区域划分为低密度地区、中密度地区和高密度地区,设定人口密

度分别为200、350和500人/hm。

广州地区系统规划污水量计算采用下式:

α(2)　QDWF=q1λA×1.1/K日式中　K——供水日变化系数,取1.2日—

　q1———人均综合用水量标准,取550L/(人・

λ—　——人口密度,低、中、高密度地区分别取

200、350、500人/hm

合流制系统增设调蓄池后,实质上也增大了系

统的截流倍数。当系统的调蓄量为f(mm),即单位

面积调蓄量为10fm/hm:

(污+-Q污]/Q污

3600t

(4)

式中　n1———调蓄池运行期间系统截流倍数

　n———系统截流倍数

　Q污———系统旱流污水量,m/sΨ,hm2　Au———固化面积,Au=A・简化式(4)可得:

　n1=n360tQ污

则低密度地区:

　n11=n+=n+2.23

360×80.69At

中密度地区:

　n12=n+=n+1.27

360t×141.18A

(5)

(6)

(7)

高密度地区:

(8)　n13=n+=n+0.89

360×201.67Att

根据以上公式,可计算调蓄量、系统截流倍数与截流量之间的关系。排江量的削减比例与污染负荷的削减比例并不呈线性关系,对相关城市排水系统出流负荷的研究结果表明,管道沉积是构成出流负荷的主要来源,而开泵台数越多,则对管道冲刷力越大,出流负荷越高。显然,当调蓄池容积一定时,如果调蓄时间短,开泵台数多,则对污染负荷的截流能力大,调蓄池效率也高。212　广州市雨水调蓄池计算方法

根据国外经验,调蓄池容积一般以单位面积调蓄量为计算基础,因此广州市调蓄池容积可由下式计算:

(9)　V=10fAu雨水调蓄根据排水系统的体制和调蓄的目标不

同,计算调蓄的容量和方法也不同,对于合流制排水

α—　——污水量/给水量,为0.8

　A———系统面积,hm　1.1———地下水渗入量系数,取平均污水量的

10%

由式(2)计算系统污水量,可得低密度地区

QDWF1=80.69Am/d,中密度地区QDWF2=141.18A

m/d,高密度地区QDWF3=201.67Am/d。

Ψ,相当于QDWF根据雨水量的计算公式Q=qA

的降雨强度:

(3)　iDWF=QDWF/(Ψ×A×24)

式中　iDWF———相当于污水量QDWF的降雨强度,

mm/h

www.watergasheat.com朱理铭,等:广州市雨水调蓄池规划技术研究第26卷　第18期

系统,调蓄的目的在于提高系统截流倍数,减少系统溢流污染,调蓄量的计算主要以系统污水量和原有截流倍数为依据,根据减排目标进行分析计算。而对于分流制雨水系统,调蓄的目标主要是防治初期雨水污染,削减流量峰值,防止管网雨水积水及“水浸街”的发生,其计算依据主要根据系统设计标准和降雨量分析计算。21211　合流制排水系统调蓄

对广州采用合流制排水系统的地区,根据不同的人口密度,划分为低人口密度地区、区和高人口密度地区,考虑。、调质。。①　合流系统的初期雨水调蓄

通过在合流系统中或系统末端设置调蓄设施,使初期雨水进入人工调蓄设施,减少降雨期间合流系统溢流污水对受纳水体的污染。

根据广州的具体情况,初期雨水调蓄量建议为3.5～5mm,即35～50m/hm。

至3。

调蓄时间选2h,由人口密度选式(11)计算所需调蓄量:f=(n1-n)・t/1.27=(3-1)×2/1.27=3.15mm。

由式(9)计算调蓄池容积:V=10fAu=10×3.15×100×0.75=2362.5m。

③　合流系统通过调蓄提高排水能力

,、“水浸街”等灾,以提高系统排水标准和能力,所需的投资巨大,建设周期长,对城市的影响也非常大。在这些地区可以通过设置人工调蓄设施来解决排水系统能力不足、设计标准低的问题。建设人工调蓄池与全面的排水系统改造相比,投资少、建设周期短,对城市的影响也较小。

确定人工调蓄池的设置位置和规模时需要详细的排水系统资料、积水点位置、改造后的排水系统设计标准。一般来说调蓄池应设置在系统中主要积水点的上游,以达到削减洪峰的目的。

调蓄池的规模可根据排水系统改造前后的设计标准确定:

(13)　f=ip2-ip1式中　ip2———改造标准下的降雨量

　ip1———原标准下的降雨量

以某合流制地区为例,该区域面积为100hm,2

径流系数为0.75,人口密度为350人/hm,系统原设计重现期为1年,拟通过建造调蓄池将系统设计重现期提高至2年。

根据目前广州市采用的暴雨强度公式,各设计重现期下的降雨量见表1。

表1　各设计重现期下的降雨量

Tab.1　Rainfallindifferentreturnperiods

②　合流系统通过调蓄提高截流倍数

广州市合流排水系统一般都为截流式合流排水系统,随着城市发展,城市对环境的要求越来越高,一些老的合流系统的截流标准已经不能满足日益突出的城市环境问题,因此需要提高合流系统的截流倍数,以减少合流系统溢流污水对水体的环境污染。

通过修建人工调蓄设施可以提高合流系统的截流倍数。由式(6)～(8)可得:

低密度地区:

(10)　f=(n1-n)・t/2.23

中密度地区:

　f=(n1-n)・t/1.27高密度地区:

　f=(n1-n)・t/0.89

(11)(12)

式中　n———原系统截流倍数

　n1———加入调蓄后系统截流倍数　t———调蓄时间,一般按城市设计暴雨历时取

2～4h

以某合流制地区为例,该区域面积为100hm,径流系数为0.75,人口密度为350人/hm,系统截流倍数为1,拟通过建造调蓄池将原截流倍数提高

项　目重现期P/a降雨量i/mm

150.2

258.7

数　值3

63.1

569.2

1077.4

　　则调蓄池容积V=10(58.7-50.2)×0.75×

100=6375m。21212　分流制雨水系统调蓄

对于分流制雨水系统考虑初雨调蓄量为3.5～5mm,对于达标改造系统采用式(13)计算调蓄量。

(下转第54页)

第26卷　第18期　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　www.watergasheat.com

management[A].LowImpactDevelopmentforUrbanEcosystemandHabitatProtection[C].Washington:LowImpactDevelopmentCenter,2008.

[2]　USEPA.Lowimpactdevelopment(LID):aliteraturere2

view[EB/OL].http://www.epa.gov/nps/lid,2000-07-06.

[3]　ZoppouC.Reviewofurbanstormwatermodels[J].En2

vironModellSoftware,2001,16(3):195-231.

[4]　BurtonJGA,PittR.StormwaterEffectsHandbook:A

Tool2BoxforWatershedManagers,ScientistsandEngi2neers[M].Florida:CRC/LewisPublishers,2002.

[5]　MerrittWS,LetcherRA,JakeAer2

sionandsediSoftware,(8--799.

[6]　BurianSJ,E,McPhersonTN,etal.Modelling

theatmosphericdepositionandstormwaterwashoffofni2trogencompounds[J].EnvironModellSoftware,2001,16(5):467-479.

[7]　WongTHF,FletcherTD,DuncanHP,etal.Model2

lingurbanstormwatertreatment—aunifiedapproach[J].EcolEng,2006,27(13):58-70.

[8]　DHI.MOUSESurfaceRunoffModelsReferenceManual

[M].Denmark:DHI,2002.

[9]　ChiewFHS,McMahonTA.Modellingrunoffanddif2

fusepollutionloadsinurbanareas[J].WaterSciTech2nol,1999,39(12):241-248.

[10]　WalkerWWJ.P8UrbanCatchmentModel:User’s

Guide[R].USA:USEPA,MinnesotaPCA&WISCON2SINDNR,2007.

E-mail:wjl_xt@163.com

[11]　CoombesPJ.Rainwatertanksrevisited:newopportuni2

tiesforurbanwatercyclemanagement[D].Australia:UniversityofNewcastle,2002.

[12]　DouglasAH.Runqualrunoffqualityfromdevelopment

site(Usersmanual)[EB/OL].-04.

[13]　JamesW.AdvancesintheManagementof

StIm()].Guelph:CHI,1998.

[　.managementmodelfor

mpollutantloadsonre2watersandforthedesignofthecorrespondingre2quiredtreatmentfacilities[A].1stInternationalConfer2enceonUrbanDrainageandHighwayRunoffinColdClimates[C].Riksgransen:IWA,IAHR,LuleaUniver2sityofTechnologyandStatues,2003.

[15]　RossmanLA.StormWaterManagementModel(Version

5.0)[M].Cincinnati:NationalRiskManagementRe2searchLaboratory,UnitedStatesEnvironmentalProtec2tionAgency,2004.

[16]　ElliottAH,TrowsdaleSA.Areviewofmodelsforlow

impacturbanstormwaterdrainage[J].EnvironModellSoftware,2007,22(3):394-405.

[17]　周晓兵,车伍.我国绿色建筑评价标准与美国标准关

http://www.avgwlf.

psu.edu/Downloads/RUNQUALManual.pdf,1999-02

于雨洪控制利用的比较[J].给水排水,2009,35(3):

120-124.

收稿日期:2009-12-10

(上接第49页)

结论3　

①　雨水调蓄设施作为排水系统的一个重要组成部分,在排水系统中的作用如下:调节暴雨洪峰,提高排水系统设计标准和能力;提高合流系统截流倍数;削减初期雨水和合流污水溢流对水体的污染。因此合理规划排水系统中调蓄设施的设置,对充分发挥排水系统的功能有着重要意义。

②　在借鉴国外和国内城市的排水系统雨水调蓄设施的设置经验基础上,根据广州市的特点,广州市调蓄设施调蓄容量可按V=10fAu计算。

根据广州的具体情况,合流系统和分流制雨水系统初期雨水调蓄量f建议为3.5～5mm,即35～

50m/hm。其他调蓄设施的规模应根据不同的调

蓄目的来进行综合考虑。参考文献:

[1]　下水道实务研究会.新い下水道事业(日)[M].日

本:山海堂,平成11年.

[2]　LewisARossman.StormWaterManagementModelUs2

er’sManualVersion5.0[M].U.S:NationalRiskMan2agementResearchLaboratory,OfficeofResearchandDe2velopment,U.S.EnvironmentalProtectionAgency,2005.

电话:(020)83762361

E-mail:lm_zhu@21cn.com

收稿日期:2010-05-28

广州市雨水调蓄池规划技术研究

相关内容

热门内容