（环境工程专业论文）柳州市合流制排水管网截流倍数确定及优化研究.pdf

一嬲炒幽 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除己注明部分外，论文中不包含其它人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：k 今菝 7 彩。年占月oe t 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务： 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 豳即时发布r - q 解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作糍：戚聊微抓敞3 0 t o 年易刖日 柳州市合流制排水管网截流倍数确定及优化研究 摘要 目前，我国许多城市老城区排水管网仍为直排式雨污合流制排水系统， 城区大部分雨、污水未经处理直接排放，严重污染城市水体。国内外实践 经验证明，将排水系统由直排式合流制改造为截流式合流制是一种工程量 小、见效快、节约投资的改造方案。截流倍数作为改造方案中的重要设计 参数，其取值大小直接影响到合流制排水系统雨天溢流量、溢流污染负荷、 工程投资和工程社会效益。截流倍数优化确定需定量计算截流管溢流污染 负荷，但合流制溢流污染受降雨、溢流量、地表污染物积累及冲刷等诸多 因素影响，因此截流倍数确定及研究多以主观经验判断为主，采用定量化 研究较少，致使截流倍数的选择具有很大随意和片面性。 本研究首先分析国内外城市地表径流水力水质模型基本原理，选取美 国暴雨管理模型( s t o r mw a t e rm a n a g e m e n tm o d e l ，s w m m ) ，构建了柳州 市竹鹅溪截流式合流制管网计算模型，并采用实际降雨与监测数据对构建 模型进行校准与检验。使用所构建模型，模拟了不同截流倍数时柳州市竹 鹅溪截流干管溢流过程，计算出不同截流倍数条件下溢流量及污染负荷。 依据计算结果，分析了截流倍数与工程投资和费用之间的关系。最后，利 用不同截流倍数时溢流污染负荷、工程投资及运行费用，运用环境费用效 益分析方法初步研究了柳州市竹鹅溪截流管道截流倍数取值及优化。 研究结果表明：s w m m 模型可以模拟城市地表径流从产生到管网溢流 整个过程的水力水质变化状况。基于s w m m 计算模型水力模拟结果与观测 值吻合度较高，n a s h s u t c l i f f e 系数达o 7 以上；在水质模拟方面，s w m m 计算模型对总氮( t n ) 、化学需氧量( c o d ) 、总磷( t p ) 污染指标模拟 结果较好，而总悬浮物( t s s ) 模拟结果偏差较大。柳州市竹鹅溪截流干管 设计截流倍数不宜小于2 ，其合理取值范围为2 - - 4 倍，最优截流倍数为2 8 ： 当柳州市竹鹅溪排水片区透水性地面分别增加1 0 、2 0 、3 0 时，溢流污 染控制效果相当于截流倍数分别提高到1 8 、2 6 、4 倍，通过增加城区透水 性地面比例可明显减少合流制溢流量，能有效控制合流制溢流污染负荷。 关键词：柳州市合流制排水管网截流倍数s w m m 地表径流 i l i d e n t i f i c a t i o na n do p t i m i z a t i o no ft h ei n t e r c e p t i o nr a t i oo f c o m b i n e ds e w e rs y s t e mo fz h u ec r e e k a r e ai nl i u z h o u c i t y a bs t r a c t n o w a d a y s ，t h ed r a i n a g en e t w o r k sa r es t i l lc o m b i n e dd r a i n a g es y s t e mi n m a n yc i t i e s o l db l o c k s m o s to ft h er a i na n dw a s t e w a t e ra r ed i s c h a r g e dd i r e c t l y i n t ow a t e rb o d yw i t h o u tt r e a t m e n t w h i c h b r i n g so u ts e v e r ee n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n st ou r b a nw a t e r d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le x p e r i e n c e sh a v es h o w e d t h a tc h a n g ed i r e c td i s c h a r g i n gc o m b i n e ds e w e ro v e r f l o w si n t oc o m b i n e dc l o s u r e s y s t e mr e q u i r e sl e s si n v e s t m e n ta n dy i e l d sq u i c k e rr e s u l t s t h ei n t e r c e p t i o nr a t i o ， w h i c hi sas i g n i f i c a n td e s i g np a r a m e t e ri nt h er e f o r mp r o g r a m ，c a n d i r e c t l y i n f l u e n c et h eo v e r f l o wa m o u n t ，o v e r f l o wp o l l u t i o n l o a d ，p r o je c ti n v e s t m e n t ， p r o j e c te c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s t h eo p t i m i z a t i o no fi n t e r c e p t i o nr a t i o r e q u i r e sq u a n t i t a t i v ec a l c u l a t i o no fi n t e r c e p t i n gs e w e r so v e r f l o wp o l l u t i o n l o a d ， w h i l ei ti si n f l u e n c e db ym a n yf a c t o r ss u c ha st h er a i n f a l l ，t h eo v e r f l o wa m o u n t ， t h ea c c u m u l a t i o na n ds c o u ro fp o l l u t a n t s o nt h e g r o u n de t c t h u st h e d e t e r m i n a t i o na n ds t u d yo fi n t e r c e p t i o nr a t i oi s m o s t l ys u b je c t i v ei n s t e a do f q u a n t i t a t i v e ，w h i c hm a k e st h ec h o i c eo fi n t e r c e p t i o nr a t i o o p t i o n a la n d u n i l a t e r a l i i i t h i s s t u d ya n a l y z et h eb a s i cp r i n c i p l e so fw a t e rq u a l i t ya n dh y d r a u l i c m o d e l so nu r b a ns u r f a c er u n o f fa th o m ea n da b r o a df i r s ta n dt h e nc h o o s et h e s w m mm o d e lt oc o n s t r u c tt h ec a l c u l a t i o nm o d e lo f c o m b i n e dc l o s u r es y s t e mi n z h u ec r e e ka r e ai nl i u z h o uc i t y t h em o d e lw a sc a l i b r a t e da n d t e s t e db yt h e a c t u a lr a i n f a l lm o n i t o r i n gd a t a t h eo v e r f l o w p r o c e s so fm a i ni n t e r c e p t i n gp i p e s i nz h u ea r e aw a ss i m u l a t e db yt h ec o n s t r u c t e dm o d e l t ow o r ko u tt h eo v e r f l o w a m o u n ta n dp o l l u t i o nl o a di nd i f f e r e n t i n t e r c e p t i o nr a t i o s s u b s e q u e n t l y ，t h e r e l a t i o nb e t w e e ni n t e r c e p t i o nr a t i oa n dp r o je c ti n v e s t m e n ta n d o p e r a t i n gc o s t s w a sa s s e s s e db a s e do nt h er e s u l t s a tl a s t ，t h e e n v i r o n m e n t a lc o s t - b e n e f i t a n a l y s i sw a su s e dt om a k eap i l o t s t u d yt oi n d e n t i f ya n do p t i m i z et h e i n t e r c e p t i o nr a t i o t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t ： t h es w m mm o d e lc a na b s o l u t e l ys i m u l a t et h ew a t e r q u a l i t ya n dh y d r a u l i c c h a n g e so ft h eu r b a ns u r f a c er u n o f ff r o mi t sf o r m a t i o nt oo v e r f l o w t h e s i m u l a t i o nr e s u l t sa r e v e r yc l o s et ot h eo b s e r v a t i o n sa n dt h en a s h s u t c l i f f e c o e f f i c i e n tc a nr e a c ho 7o re v e nl a g e r w h e ni t c o m e st ow a t e rq u a l i t y s i m u l a t i o n ，t h em o d e lh a sb e a e rs i m u l a t i o nr e s u l t so ns o l u b l ep o l l u t a n t ss u c ha s t n ，c o da n dt pb u tap o o re f f e c to nt ss t h ed e s i g n e di n t e r c e p t i o nr a t i oo f c o m b i n e dc l o s u r es y s t e mi nz h u ec r e e ka r e ai nl i u z h o uc i t ym u s t n ，tl e s st h a n r a t i oi n c r e a s e st o1 8 ，2 6a n d4t i m e s r e s p e c t i v e l y t h eo v e r f l o wq u a n t i t yo ft h e c o m b i n e ds y s t e mc a nb er e d u c e do b v i o u s l ya n dt h ep o l l u t i o nl o a dc a nb e c o n t r o l l e de f f i c i e n t l yb yi n c r e a s i n gt h e p e r m e a b l ea r e ap r o p e r l y k e y w o r d s ：l i u z h o u ；c o m b i n e ds e w e r ；i n t e r c e p t i o nr a t i o ；s w m m ；s u r f a c e r u n o f f 目录 摘要。i l 】 ；s t r a c t i i i 第一章绪论。1 1 1 概述1 1 2 城市旧合流制排水管网改造2 1 2 1 城市排水体制简介2 1 2 21 日合流制改造途径3 1 2 3 合流制排水管网截留倍数合理取值的重要性6 1 3 合流制排水管网截流倍数研究进展6 1 3 1 国内外截流倍数的取值分析6 1 3 2 合流制排水管网截流倍数研究进展7 1 4 研究背景及研究内容9 1 4 1 选题背景及意义9 1 4 2 研究内容9 1 4 3 技术路线。1 0 第二章城市地表径流水力水质模型分析1 1 2 1 城市地表径流水力水质模型概况1 l 2 1 1 地表径流模型1 2 2 1 2 排水管网水力模型1 3 2 1 3 水质模型1 5 2 2 城市地表径流水力水质模型现状1 8 2 - 3s w m m 模型分析2 0 2 3 1s w m m 模型结构与功能2 0 2 3 2s w m m 模型原理及计算方法2 1 2 3 3s w m m 模型适用性分析2 8 2 4 本章小结2 8 第三章柳州市竹鹅溪片区s w m m 模型构建。2 9 3 1 柳州市竹鹅溪片区概况2 9 v i 3 1 1 地理位置2 9 3 1 2 地形地貌、地质土壤3 0 3 1 3 气候气象3 0 3 1 4 水文。3 0 3 2 柳州市竹鹅溪片区s w m m 模型概化3 2 3 2 1 研究区排水片区概况3 2 3 2 2 研究区子流域概化3 2 3 2 3 研究区管网概化3 6 3 3 柳州市竹鹅溪片区s w m m 模型确定3 7 3 3 1 地表径流模型确定3 7 3 3 2 地表污染物累积和径流冲刷模型选取3 8 3 3 3 输送系统模型的建立3 8 3 4 模型校准与验证3 9 3 4 1 水量模型校准与检验4 2 3 4 2 水质模型校准与检验。4 5 3 4 3 截流干管溢流检验。4 6 3 5 本章小结4 7 第四章柳州市竹鹅溪片区截流管网模型模拟分析。4 8 4 1 设计降雨情境分析及确定4 8 4 2 不同截流倍数截流干管设计5 1 4 3 模拟分析及结果5 1 4 3 1 设计雨型对合流制溢流影响分析5 l 4 3 2 截流倍数对截流管道溢流影响分析5 4 4 3 3 不同截流倍数管网溢流模拟结果。5 5 4 4 本章小结5 6 第五章柳州市竹鹅溪管网截流工程环境费用效益分析。5 7 5 1 评价方法概述及分析5 7 5 2 截流倍数对工程建设费用影响分析5 8 5 3 截流倍数对运行费用影响分析6 1 5 4 截流倍数对环境污染经济损失影响分析6 2 v i i 5 5 截流倍数优化确定6 4 5 6 本章小结6 6 第六章柳州市竹鹅溪合流制溢流污染控制措施分析6 7 6 1 合流制溢流污染控制技术分析6 7 6 2 柳州市竹鹅溪合流制溢流污染控制模拟分析7 0 6 2 1 柳州市竹鹅溪合流制溢流污染控制措施7 0 6 2 2 控制措施模拟分析7 0 6 3 本章小结7 2 第七章结论与展望。7 3 7 1 本研究主要结论7 3 7 2 研究展望7 4 参考文献 致谢。 攻读硕士学位期间发表论文及成果。8 1 v i l l 柳州市合流制排水管网截流倍数确定及优化研究 1 1 概述 第一章绪论 城市排水管网系统是收集、输送城市产生的生活污水、工业废水和降雨的一整套工 程设施【i 】。其不仅具有城市排污截污、防洪减灾的作用，而且在保护和改善城市环境， 保障城市居民健康发挥着重要作用。建设完善的城市排水管网系统及科学运营管理，是 保护城市环境、保障城市安全和创造现代化城市的基本条件。 在历史上，早期城市排水管网将生活污水、径流雨水及工业废水通过同一管网进行 收集，并直接排入城市水体。这就形成了早期的合流制排水系统。随着城市经济发展， 城市化进程加快，城市人口急剧膨胀，城市污水大量增加并通过原有的城市排水管网直 排入水体，造成城市水环境水质严重恶化，水华现象频繁暴发，城市原有旧排水管网己 不能满足城市发展要求，并成为影响城市环境改善和制约城市可持继发展的主要原因之 一。因此，对城市原有旧合流制排水管网系统进行改造己成为我国大部分城市面临的当 务之急。将合流制改为完全分流制往往由于投资大、施工困难、对城市日常生活影响大 等原因而很少被采用，所以目前城市旧合流制排水管网的改造多采用保留合流制，修建 截流干管，即改造成截流式合流制排水管网系统。采用这种改造形式具有对城市影响少， 施工方便，易于实施，节省投资等特点，但存有溢流污染问题。采用该改造形式，改造 工程是否取得预期效果，实现减少污染，改善城市水环境的工程目标，截流倍数n o 作为 管网系统改造工程规划、设计和工程实施的重要参数起着决定性作用，其取值的大小直 接影响受纳水体水质和管网、污水处理设施的工程建设投资和运行费用。我国现行的室 外排水设计规范( g b5 0 0 1 4 2 0 0 6 ) 对该值的确定规定：应根据旱流污水的水质、水 量、排放水体的卫生要求、水文、气候、经济和排水区域大小等因素经计算确定，一般 采用1 - - - , 5 。由于规范没有给出具体计算确定方法及选取依据，由此导致截流倍数玎。的确 定完全依靠主观经验判断，可能造成改造工程未取得良好的环境、经济与社会效 益。当前，我国大部分城市的老城区都面临着合流制排水管网改造的任务，如何 科学、合理优化确定截流倍数n o 已成为急需解决的课题，并引起许多学者与工程人 员的广泛关注。 柳州市合- 流带t 0 j 舅# 水管网截流倍数确定及优化研究 1 2 城市旧合流制排水管网改造 1 2 1 城市排水体制简介 城市和工业企业的生活污水、工业废水和降水的收集与排除方式称为排水系统的体 制( 简称排水体制) i t l 。排水体制一般可分为合流制与分流制。 合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的管网系 统。合流制又包括直接排入水体的旧合流制、截流式合流制和全处理式合流制三种形式。 将城市的混合污水不经任何处理，直接就近排入城市水体的排水方式称为1 日合流制或直 排式合流制。国内外城市老城区合流制均为此种形式。由于直接排入水体的污水对城市 水环境造成的污染越来越严重，必须对污水进行适当处理才能减轻污水对城市水环境造 成的污染和破坏，为此出现了截流式合流制。截流式合流制是在旧合流制基础上，沿城 市河道或水体修建截流干管，在城市下游建污水处理厂，并在适当位置上设置溢流井( 见 图1 1 ) 。完全处理式合流制则将生活污水、工业废水和雨水全部送到污水处理厂处理 后排放。这种方式对环境水质的影响最小，但由于降雨变化幅度大，对污水处理厂要求 较高，工程总投资大。除了在降雨量较小的地区，绝对的完全处理式合流制尚末有成功 案例。 卜f i v e r 1 、c o m b i n e ds e w e r2 、i n t e r c e p t i o ns e w e r3 、o v e r f l o ww e l l 4 、w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t5 、d i s c h a r g eo u t l e t6 、o v e r f l o wo u t l e t 图1 1 截流式合流制排水系统 f i g 1 - 1c o m b i n e ds e w e rs y s t e m 2 柳州市合流制舅 水管网截流倍数确定及优1 研究 r i v e r 、 1 、s e w e rp i p e2 、s e w e rm a i np i p e3 、s t o r mw a t e rp i p e 4 、w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t5 、d i s c h a r g eo u t l e t 图1 2 分流制排水系统 f i g 1 - 2s e p a r a t e ds e w e rs y s t e m 分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在2 个或2 个以上各自独立的管 渠内排除的系统( 见图1 2 ) 。分流制排水系统根据雨水排除方式的不同，又分为完全 分流制和不完全分流制。完全分流制排水系统具有完整的污水排水系统和雨水排水系 统。不完全分流制只有污水排水系统，末建雨水管道系统，雨水沿自然地表、街道边沟、 沟渠等原有雨水渠道排放。 1 2 2 旧合流制改造途径 在国内外，大多数城市旧排水系统都采用合流排水管网体制。根据文献报道，在德 国，1 9 9 0 年平均合流制管道占全国6 7 t 2 1 。德国科隆市的合流制排水管道所占比例甚至 高达9 4 t 3 1 。日本使用合流制的城市共有1 9 1 座，服务人口占全国排水管道总服务人口的 3 0 1 4 ，而在大城市，更以合流制为主，如东京的合流制排水管道的比例超过9 0 以上【5 】5 。 合流制排水管网在英国和法国也被广泛使用，并通过综合控制面源污染措施，有效减少 城市排水对城市水体的污染，从而使莱茵河和泰吾士河水质得到了很好的保护【6 l 。由于 历史及经济等客观条件，国内大部分城市仍保留着合流制，例如北京、上海、武汉、济 南、厦门、杭州、徐州、吉林等城市在老城区基本都保留原有的合流管道 7 1 。随着城市 建设的发展和城市水体污染的加剧，对原有旧合流制排水管网系统进行改造势在必行。 在旧排水系统改造中，除加强管理、维护、严格控制工业废水排放，新建或改建局部管 柳州市合流制排水管网截流倍数确定及优化研究 渠与泵站等措施外，在体制改造上主要有改合流制为分流制、改直排式合流制为截流式 合流制两种途径。 合流制改为分流制是将旧合流制管渠局部改建后作为单纯排污( 或排雨) 的管渠系 统，另外新建雨水( 或污水) 管渠系统。采取这种方法大大减少处理污水量，污水成分 也相对保持稳定，对污水处理设施影响小，并被认为可以完全杜绝混合污水对水体污染， 因此作为一种最理想的改造方法被广泛接受。我国现行室外排水设计规范( g b5 0 0 1 4 2 0 0 6 ) 推荐新建地区采用分流制。分流制排水体制是2 0 世纪5 0 年代以后随着二战后西 方国家新建城市而出现的。采用分流制排水系统是建立在假定雨水中污染危害比合流制 系统溢流小的基础之上，它仅仅考虑对城市生活和工业污水采取治理，忽略了面源污染 对水体的影响。英国学者w i l k i n s o n 在1 9 5 6 年首先开始研究了分流制排放的暴雨径流污染 情况【引，经过1 2 个月对英国东南部一个2 4 7 公顷的住宅区分流制管道的雨水径流取样分 析，证明城市分流制与合流制相比，在悬浮颗粒物( s s ) 年负荷方面，分流制是不利的。 欧州一些国家对本国的合流制和分流制的污染问题进行了对比研究，结果表明，由于合 流制管网的在线贮水能力及污水处理厂处理负荷的可变性，在瞬间污染、年度污染总量、 某一类污染物等方面，地处亚热带或温带地区城市的合流制并不一定比分流制污染严重 1 9 1 。对荷兰的研究表明，由于荷兰地势平坦，管网设计在线贮存能力较大，荷兰的合流 制年污染负荷大大小于分流制1 9 1 。甚至德国排水工程手册规定应优先采用合流制排水系 统t 1 0 l 。随着城市化加剧，城市面源污染更加严重，由于雨水冲刷地面和屋顶上的垃圾和 污物，地表径流含有大量的悬浮物，其耗氧量和生化需氧量也非常高，特别是降雨初期 的雨水径流，其污染程度甚至超过生活污水。因此，仅仅通过实施分流制排水系统限制 生活污水和工业废水排放来达到保障城市水体不受污染是不可行的。一些采取分流制排 水体制城市的实际情况也提供了很好的证明。例如，我国深圳作为新兴城市，其排水体 制规划和建设完全为分流制，但1 9 9 5 年和2 0 0 0 年底的调查表明，深j j l i 市五大河流均达不 到地表水v 类标准，甚至特区内的布吉区、新洲河、岗头河等虽经拓宽、清淤、挖深、 截污等综合整治仍有多项水质指标超过地表水v 类标准2 3 3 倍，作为受纳水体的荔枝湖、 洪湖、东湖公园人工湖的总氮、总磷分别达n t 3 5 3m g l 1 、0 2 5 2m g l ，超过了v 类 水体标准 6 1 。北京2 3 的排水系统为分流制，最近几年在点源污染治理、河湖水系生态保 护方面加大了治理力度，但部分河湖在降雨后仍有严重的“水华 现象发生，部分河段、 湖泊的富营养化程度依然严重【1 1 1 。这些都表明：分流制排水系统在降低合流制溢流污染 的同时却增加了非点源污染的程度，不能达到对城市旧合流制改造的环境治理目标。 4 广西大掌硕士掌位论文柳州市合流制排水铟网截流倍数确定及优1 撕究 此外，分流制排水系统为保证发挥其功效，严禁雨污混接，对城市排水管理要求较 高。然而由于城市建设加快，城市规模不断加大，排水系统规划和建设跟不上城市发展， 以及城市居民环保意识不强等原因，在管理上，很难杜绝城市排污排雨管道混接、污水 随意排放现象。因此我国许多采用分流制的新建城市( 区) 如深圳市、上海浦东、大连 开发区等，并没有真正实现完全分流制所期望的目标【9 】。另外，改合流制为分流制，要 求城市街道的横断面有足够的空间，可以设置由于改分流制而增设的污水管道。然而旧 城市( 区) 通常道路较窄，加之年代久远，地下管线复杂，人口稠密，交通频繁，常使 改造工程的投资加大，施工困难，在短期内不易完成。例如：美国芝加哥市区合流制管 网改造时，据测算若将合流制全部改为分流制，须投资2 2 亿美元，因新建污水管道所破 坏的道路需几年到十几年时间进行重建【l 】。 由于改合流制为分流制投资大，影响面广，耗时长，在技术上也不能有效控制城市 面源污染对城市水体的影响。因此，西方发达国家在旧合流制改造时没有完全采取分流 制方案，而是保留合流制，修建合流管渠截流管，改直排式合流制为截流式合流制，并 同时大力发展合流制溢流( c o m b i n e ds e w e ro v e r f l o w ，c s o ) 污染控制，加强城市雨水 资源综合利用与管理，减少溢流混合污水排环境影响，并取得了理想的效果。目前，欧 美发达国家现存的合流制基本上都为截流式合流制排水系统。在德国，从2 0 世纪8 0 - 9 0 年代已基本实现对城市雨水的污染控制。他们并没有采用合流制改分流制的方法，而是 保留大量的合流制管网，并结合各地特点，因地制易建设大量的雨水池截流、调蓄、处 理污染雨水。同时注重城市面源污染控制、雨水资源化利用和雨水径流削减技术等措施 的综合利用。瑞典在2 0 世纪8 0 年代初就放弃了市政管系雨污分流的思想【1 2 1 ；美国在上世 纪初曾一度流行将合流制改分流制，麻省议会1 9 0 7 、1 9 1 2 、1 9 1 8 年对波士顿合流制改分 流制提供财政支持。但由于所需资金过高，在美国迄今未见有城市完全分流制改造成功 的报道【1 3 】。从2 0 世纪7 0 年代起，美国也逐渐放弃分流制改造的思路，开始对城市雨水径 流和合流制溢流进行研究。为解决和控, o c s o 污染，美国国家环保局( e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na g e n c y ，e p a ) 1 9 9 4 年颁t c s o 控制法【1 4 】，1 9 9 5 年制定7 c s o 长期控制 规划指南( c o m b i n e ds e w e ro v e r f l o w sg u i d a n c ef o rl o n gt e r mc o n t r o lp l a n ) i t s 】、c s o 九项 基本控制措施指南( c o m b i n e ds e w e ro v e r f l o w sg u i d a n c ef o rn i n em i n i m u m c o n t r o l s ) i t 6 。根据e p a 报告，2 0 0 1 年美国各州均保留有合流制排水体系，其中大部分集 中在美国东部五大湖流域【1 7 1 。 将旧合流制改为截流式合流制，只需沿城市河流或湖泊铺设条截污干管，因此对 5 柳州市合穰潍g 排水管网截流倍数确定及优化研究 城市生活影响较小、施工方便、工期短、投资小。美国在2 0 世纪6 0 年代末对6 0 0 多个城 市的排水体系进行的调查结果表明，城市1 日合流制改为截流式合流制与改为分流制的所 需工程投资比为l ：3 t 1 8 】。同时，截流式合流制相比分流制对管网管理要求较低，不需对 城市大量排水用户进行大量调查及日常管理工作。综合以上原因，目前世界各国及城市 对于旧合流制排水体制的改造普遍采用截流式改造方案。 1 2 3 合流制排水管网截留倍数合理取值的重要性 合流制排水管网截流倍数n o 作为截流式合流制排水管网系统的重要设计参数，是指 溢流井溢流时截流干管所截流的雨水与设计早流流量之比。截流倍数的合理选取对截流 式合流制管网的成功改造起着关键作用。从环境保护角度出发，为减少污水排放量，应 当采用较大的截流倍数值。但从经济方面考虑，截流倍数过大，会大大增加截流管、提 升泵站以及污水处理厂的规模和投资，同时造成进入污水厂的污水水质在晴天和雨天的 差别甚大，给运行管理带来相当大的困难。当截流倍数超过其合理范围时，加大截流倍 数使工程总投资与运行费用成倍增加，但城市水体质量的提高作用表现非常有限，由此 带来的环境效益与增加的投资不成正比，实际上造成工程投资的不合理性和资金浪费。 因此，研究科学、合理地确定截流倍数, d 值事关工程的环境效益和经济效益的发挥。 1 3 合流制排水管网截流倍数研究进展 1 3 1 国内外截流倍数的取值分析 由于西方发达国家对城市水环境保护严格。因此，西方发达国家截流倍数普通采取 较大，以减少溢流次数，实现保护水体水质的目的。日本1 9 8 2 年版“规范说明 的规定： 截流管道容量，一般按设计时间的最大污水量的3 倍计，即按高峰值的3 倍计。英国的习 惯做法，截流倍数刀口采用5 。德国一般选择的截流容量为高峰日的4 倍。美国标准不一， 各地变化较大，截流倍数范围为疗d = 1 5 - - , 5 倍；纽约曼哈顿采用2 倍；华盛顿暴雨溢流入 波多麦克河( 市区段约宽l k m ) ，上游采用3 0 倍，下游采用5 倍。前苏联规范确定：当排入 流量大于1 0m 3 s o 河流时，取1 2 ；当排入流量为5 1 0m 3 s 1 河流时，取3 5 f 1 9 。 在我国实际工程应用中，截流倍数n d 取值以经济因素为主要考虑条件，因此一般取 l 3 较多，大于3 的则很少。如我国长春的伊通河治理时截流倍数近期取, 口_ 1 5 ，远期 n o = 2 0 ；沈阳晖河治理时截流倍数取n o = 3 o ；武汉长江截污治理时，截流倍数取刀d - - 3 0 ； 6 广西大掌硕士学位论文柳州市合流制舅e 水麓i 网截流倍数确定及优1 懈究 南京秦淮河和护城河治理中，截流倍数取疗d - 2 0 【2 0 】。重庆市渝中区系老区合流制，为了 保护三峡水库，合流管道的截流倍数采用3 。深圳宝安区截流倍数取2 1 2 1 1 。上海1 9 9 8 2 0 0 2 年实施的苏州河环境综合治理一期工程中截流倍数取拧严1 5 ，导致合流制排水系统溢流 量极大，对苏州河水质产生极大的冲击性污染影响，城市河道富营养化及黑臭污染现象 依然严重，苏州河一期治理工程也并没有取得良好的环境效果 2 2 1 。为了恢复黄浦江、苏 州河等水体功能，实现生态型城市的目标，上海2 0 0 3 年开始又实施了苏州河环境综合治 理二期工程，将截流倍数提高到3 倍，对苏州河的水质改善起到良好的效果f 2 3 1 。 1 3 2 合流制排水管网截流倍数研究进展 欧美等西方发达国家经济发达、市政基础建设资金充足，为减少合流制溢流污染， 截流倍数往往取值较大，并且大多城市的合流制改造已经完成，对合流制溢流污染的控 制主要通过面源污染控制、雨水综合利用、地表径流积蓄与削减、c s o 就地处理等工程 措施与非工程措施实现。因此对截流倍数确定及优化研究较少，而主要以面源污染基础 研究、c s o 控制及就地处理技术研究为主，如城市非点源污染研究、城市雨洪模型研究、 受纳水体水质模型研究等 2 4 - - 2 7 1 。这些基础研究为本课题提供了非常重要的帮助。在城市 非点源污染研究方面，西方发达国家在2 0 世纪7 0 年代就开始对城市地表径流开展了大量 的测试及研究工作，其内容包括地表径流雨水的水质测试及特性研究、城市地表径流对 地表水体的影响、描述地表径流污染排放规律的数学模型以及污染控制措施等。e v e ns 2 8 1 等通过模型对合流溢流污水对s e i n e 河水质影响进行了研究；l e ej h 等【2 9 】对城市暴雨径 流污染特征进行了研究；b a r c oj 等【3 0 j 对城市地表径流初期效应进行研究。在数学计算模 型模拟地表径流排放规律方面，西方发达国家也开展了大量研究工作；p a r ksy 纠3 1 l 研 究了不同下垫面及下水管网概化水平对美国暴雨管理模型( s t o r mw a t e rm a n a g e m e n t m o d e l ，s w m m ) 模型影响效果；l i o n gsy 等 3 2 1 应用s w m m 模型预测了6 2 平方公里积 水面积的暴雨径流情况。 国内目前许多城市面临着城市i e l 合流制改造任务，而我国目前尚未对城市面源污染 控制进行广泛深入研究，缺乏有效的城市面源污染及合流制溢流控制与处理技术，减少 与控制城市面源污染对城市水体影响主要通过旧排水管网的改造、提高截流倍数来实 现。但由于我国现阶段经济条件限制，投入到市政基础设施的投资十分紧张。为充分利 用有限资金，实现工程效益最大化，合理确定截流倍数成为工程规划、设计、实施的关 键因素，因此我国许多学者与工程人员对截流倍数进行了广泛讨论与研究。 7 广西大掌硕士学位论文 柳州市合流制舅 水管网截流倍数确定及优化研究 国内部分学者及工程人员主要依靠工程实践经验，通过定性分析截流倍数与工程投 资及环境质量之间关系，来研究确定截流倍数取值范围。如王少林【3 3 j 通过定性分析城市 污水截流倍数的选取与经济和环境的关系，从而认为在城市污水截流的过程中，一味地 追求过高的截流倍数，不考虑经济、环境和管理上带来的问题是不切合实际的。林家森 1 3 4 】通过分析截流倍数与削减污染物量、工程经济效益关系及对污水处理厂运营影响，确 定广州市经济合理的截流倍数取值。王敬东f 3 5 】通过对截流式合流管渠系统截流机理的分 析，并结合设计实践经验，建立截流倍数与溢流次数、稀释倍数、工程造价之间关系， 再依据受纳水体水质标准，合理选择截流倍数。陈永信【3 6 】结合城市污水处理厂的设计， 定性分析不同截流倍数对城市污水处理效率的影响，提出了技术可性、经济合理的截流 倍数取值范围。周大鹏等【3 7 1 定性分析了污水处理厂的处理能力与工艺、水体环境保护的 要求及当地气象条件对截流倍数的影响。以上这些研究主要通过定性分析截流倍数对工 程投资、处理设施运行、环境质量等因素的影响程度，来主观确定截流倍数，造成截流 倍数的选择具有很大主观性与片面性。 截流倍数的合理确定需计算不同截流倍数时截污管道溢流污染总量、截污总量，为 判断工程投资与水体环境容量之间关系提供基础数据，为定量分析截流倍数提供科学依 据。为了克服主观经验分析的不足，有的学者在降雨统计资料基础上，利用推理公式法 计算截流管道溢流量，采用数学统计方法分析溢流次数，从而定量研究截流倍数取值。 谢长焕【3 8 1 、朱智兵【3 9 1 等分别将旱季污水量转化为相应降雨强度，根据城市降雨历史记录 资料，通过分析降雨强度相对应的降雨次数及超过给定截流倍数时的降雨次数，从而确 定不同截流倍数下的溢流次数及溢流总量，最后结合水体环境容量及质量要求确定截流 倍数。由