（环境工程专业论文）感潮河网对合流制排水系统影响的研究.pdf

摘要 摘要 排水管网是城市重要的市政基础设施，也是日益重要的环境保护设施。随 着城市化进程的加快以及环境保护意识的增强，城市污水处理厂的规划和建设 工作正在全面展开，与污水处理厂配套的排水管网规划设计、建设施工以及运 行管理的任务日益繁重。城市排水管网事业面临着良好的发展机遇，也经受着 严峻的挑战。比如排水管网相对城市建设的严重滞后，排水管网的管理不科学， 排水理论与技术的落后等。 2 0 0 7 年国务院印发了国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知， 提出了节能减排综合工作方案，节能减排的重点之一就是削减c o d 总量，而c o d 的减排关键在污水处理厂，因此加快城市污水处理配套管网建设和改造是重点。 珠江三角洲地区地处复杂的感潮河网区，由于感潮河段的水文变化，其排 水的建设与管理更具复杂性，对污水处理厂的稳定运行影响较大，比较突出的 问题是污水厂进水c o d 浓度严重偏低。本论文针对目前珠江三角洲地区普遍存 在的城市污水处理厂进水c o d 浓度偏低的现象，以佛山某城区为代表，对合流 制排水体系存在的问题进行研究，旨在为此地区的排水建设与管理提供基础性 资料。 本论文重点研究的内容有：1 研究该区域的污水水质特征。以居民生活污 水和餐饮污水为重点研究对象，分析污水中化学耗氧量( c o d ) 、氨氮、总磷等 指标。对管网及泵站的污水进行分析，研究污水在输送过程中浓度的变化特点 及原因。2 分析感潮河段对合流制排水系统的影响。研究河水水位与污水管道 浓度的变化关系，分析河水水文变化对排水的影响，探讨河水水文变化引起的 排涝与排水相矛盾的原因。3 针对该城区合流制排水系统存在的问题，在对污 水排放规模预测的基础上，结合城区发展及污水建设规划，提出改造方案。 通过分析得出，该城区的生活污水c o d 浓度在1 0 0 - 3 0 0 m g l 之间，平均 值为2 0 1 m g l 。n h 3 - n 浓度在2 1 7 5 3 1 7m g l 之间，平均值为1 3 5 4m g l 。 t p 浓度在o 1 7 2 3 2m g l ，平均值为1 2 9m g l 。该生活污水水质特征具有典 型代表性，体现珠江三角洲地区的生活污水水质特征。研究结果表明，污水在 输送过程中，浓度呈逐级降低，主要原因是受到感潮河水文变化及合流制排水 i 广东工业大学硕士学位论文 体制两方面的影响。最后在排水管网规划理论与方法研究的基础上，利用直接 优化法对排水管网进行规划。对排涝管道与溢流井提出改造方案。 通过本论文研究，给珠江三角洲地区的排水建设与管理提供基础性资料， 为市政及水利管理提供参考，旨在提高城市排水的管理，保障污水处理厂的稳 定运行，达到节能降耗及保护环境的目标。 关键词：合流制；排水系统；感潮河网；水质特征 a b s t r a c t a b s t r a c t u r b a nd r a i n a g en e t w o r k sa r en o to n i yt h em u n i c i p a li n f r a s t r u c t u r e ，a l s oa l l i n c r e a s i n g l y c r u c i a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nf a c i l i t y w j t ht h ea c c e l e r a t i o no f u r b a n i z a t i o na n dt h ee n h a n c e m e n to fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nc o n s c i o u s n e s s ， p l a n n i n ga n d c o n s t r u c t i o no fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ( w w t p s ) a r e o u t s p r e a d i n g m e a n w h i l e ，p l a n n i n g ，d e s i g n , c o n s t r u c t i o na n dr o u t i n em a n a g e m e n t f o rw w t p - r e l a t e dd r a i n a g es e w e rn e t w o r k sa r ea l s ob e c o m i n gv e r yh e a v y t h a ti s b o t hag o o dc h a n c ea n da na u s t e r ec h a l l e n g ef o ru r b a nd r a i n a g e f o ri n s t a n c e t h e c o n s t r u c t i o no fu r b a nd r a i n a g ep i p e l i n e sr e l a t i v e l yl a g g e db e h i n d ，u r b a nd r a i n a g e s y s t e mm a n a g e m e n ti sn o ts c i e n t i f i c ，t h et h e o r ya n dt e c h n o l o g yo fd r a i n a g ei s b a c k w a r d t 1 1 ep e a r lr i v e rd e l t al o c a t e di nt h et i d a lr i v e ra r e a d u et ot h eh y d r o l o g i c a l c h a n g e s ，t h ec o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n to fd r a i n a g eb e c o m em o r ec o m p l i c a t e d ， a n dh a sg r e a ti n f l u e n c eo ns t a b l eo p e r a t i o no fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t ap r o m i n e n t p r o b l e mi sl o wc o n c e n t r a t i o no fw a s t e w a t e ri nu r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t t h i s p a p e ri sa i m i n ga tt h ep e a r lr i v e rd e a aa r e ao fu r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n te x i s t st h e p r o b l e mo fl o wc o n c e n t r a t i o no fw a s t e w a t e ri nf o s h a nc i t y t h ep r o b l e m so f c o m b i n e df l o ws y s t e mw e r es t u d i e d ，a n dp r o v i d e dd a t af o rt h ed r a i n a g ec o n s t r u c t i o n a n dm a n a g e m e n t t h e p a p e r s r e s e a r c hc o n t e n t m a i n l yi n c l u d e s ：f i r s t l y , t h ew a s t e w a t e r c h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d y , b yt a k i n gd o m e s t i cs e w a g ea n dt h ew a s t e w a t e ro f r e s t a u r a n ta st h er e s e a r c ho b j e c t ，a n a l y s i st h ec h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，a m m o n i a n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s e r e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o no f t h es e w a g e ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es e w a g ew h i l et r a n s p o r t s e c o n d l y , t h e i n f l u e n c eo ft i d a lr i v e ri nt h ec o m b i n e ds e w a g es y s t e ma r e ai ss t u d i e d ，m a i n l y c o n t a i n st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er i v e rl e v e la n dt h ec o n c e n t r a t i o no ft h es e w a g e ， t h ei m p a c to f d r a i n a g ef r o mt h eh y d r o l o g i c a lc h a n g e s ，t h ei m p a c to ft h eu r b a nw a t e r l o g g i n ga n dd r a i n a g ep r o b l e m sf r o mt h eh y d r o l o g i c a lc h a n g e s t h i r d l y , t os o l v et h e p r o b l e m so ft h ec o m b i n e ds e w e r a g es y s t e m , s o m er e t r o f i ts c h e m e sa r ep r e s e n t e d ， w h i c hb a s i so nt h ef o r e c a s ta b o u tt h ew a s t e w a t e rd i s c h a r g ea n dt h ed r a i n a g e c o n s t r u c t i o n 1 广东：r 业大学硕：l 学位论文 t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o dc o n c e n t r a t i o ni nr a ww a t e ro f10 0 - - 3 0 0 m g l ， t h ea v e r a g ev a l u ei s2 01m g l t h en h 3 一nc o n c e n t r a t i o ni nr a ww a t e ro f2 17 5 3 1 7 m g l ，t h ea v e r a g ev a l u ei s1 3 5 4m g l t h et pc o n c e n t r a t i o ni nr a ww a t e ro f 0 17 2 3 2 m g l ，t h ea v e r a g ev a l u ei s1 2 9m g l t h i su r b a ns e w a g ew a t e rf e a t u r e s h a v et y p i c a lr e p r e s e n t a t i v ei nt h ep e a r lr i v e rd e l t aa r e a a n dt h er e s u l t ss h o wt h a t c o n c e n t r a t i o ni s g r a d u a l l yr e d u c e dw h e ns e w a g ew a st r a n s p o r t ，d u e t ot h et h e h y d r o l o g i c a lc h a n g e sa n d t h ec o m b i n e ds e w e r a g es y s t e m f i n a l l y ，o nt h eb a s i so f t h e t h e o r i e sa n ds t u d i e sa b o u tt h ed r a i n a g es y s t e m ，p u tf o r w a r dt h ed r a i n a g ep i p e n e t w o r kp l a n n i n gs c h e m eb yd i r e c to p t i m i z a t i o n , a n dp u tf o r w a r dt h eo p t i m i z a t i o no f s t o r md r a i n a g es y s t e ma n dt h eo v e r f l o ww e l l i nt h i sp a p e r ，t h eb a s i si n f o r m a t i o na r eg i v e nt ot h ed r a i n a g ec o n s t r u c t i o na n d m a n a g e m e n t ，a n du p g r a d i n gm a n a g e m e n tl e v e li nt h em u n i c i p a la d m i n i s t r a t i o na n d w a t e rm a n a g e m e n t ，e n s u r et h es t a b l eo p e r a t i o no fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，s ow e c a np r o t e c te n v i r o n m e n ta n dm a k eg o o de f f e c to fe n e r g ys a v i n ga n dc o n s u m p t i o n r e d u c t i o n k e y w o r d s ：c o m b i n e ds e w e rs y s t e m ；d r a i n a g es y s t e m ；t i d a lr i v e rn e t w o r k ； w a s t e w a t e rc h a r a c t e r i s t i t s i v 广东工业大学硕士学位论文 ，独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人 在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的， 论文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 论文作者签字：甲气留育 指剥瞄：、7 壹呷 细彳年岁月3q 日 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 排水管网是城市重要的市政基础设施，合理采用排水体制不仅关系到城市 雨污的收集排放、排水系统的适用性和经济效益问题，而且更重要的是能否满 足水资源和环境保护的要求，有效地实现城市点源和非点源的总量控制，满足 城市生态和可持续发展的要求。 国内外常用的排水体制主要有合流制排水系统、分流制排水系统和混流制 排水系统。我国早期的排水体制以合流制为主，新建城区多倾向于采用分流制 排水系统。我国许多老城区也在逐步改为分流制，但由于老城区街道一般较狭 窄，地下管线多，实施起来比较困难。实践证明，能够改造成功的例子很少。 老城区现有的排水改造除了面临许多复杂而难以实施的困难外，由于设计、施 工和管理方面的原因，大多数地区的分流制排水系统都存在较严重的雨污混流 现象，部分污水直接通过雨水管系排入水体，造成水体的严重污染：污水厂又收 集不到足够的污水量，发挥不出设计的规模效益，雨季时又有大量雨水流入。 这种条件下的分流制可能发挥不出应有的环境效益，还造成资金的大量浪费n 一。 随着人口的增长，城区的扩大，城市污水排放量增加，水污染问题日益突 出。特别是对于珠江三角洲地区，水系发达，河流密布，受潮汐影响，城市的 排水不仅是污水的排放，还要涉及到城市的排洪和排涝。相对其他地区而言， 珠三角地区的排水系统具有特殊性。主要原因是珠三角地区的排水系统很多是 由原来的水利工程发展起来的，原有的排水系统只考虑城市的排洪排涝，没有 考虑到污水的排放，污水直接排到就近水体。在后期排水工程的建设过程中， 由于受到资金或空间等原因的限制，很多地方把原来的排水渠直接做为污水排 水管渠，或者是直接以河涌作为污水收集系统，将污水引入污水厂。污水收集 和水利排水混在一起，经常出现污水收集不到，河水进入排污管网的现状。尤 其是在雨季，大量的雨水进入到污水处理厂，造成对污水处理的冲击，也正是 多年来珠三角地区排水改造效果不明显的原因。 珠江三角洲地区特殊的地理位置及复杂的排水管网，对污水处理厂的稳定 运行影响较大，比较突出的问题就是污水厂进水c o d 浓度严重偏低。进水c o d 浓度过低，造成碳源不足，微生物摄取不到足够的营养物，便会消化自身的内 l 广东工业大学硕士学位论文 源碳，造成微生物的死亡，引起污泥浓度的降低。进水c o d 浓度过低，要依靠 延长污泥龄来提高污泥浓度，但是污泥龄过长对除磷是不利的，因为生物除磷 主要通过排放富磷污泥使磷排出系统，在聚磷菌世代周期以上，泥龄越短，污 泥含磷量越高，污泥的产率也越高，通过剩余污泥排出的磷越多，除磷效果就 越好，在以除磷为目的的生物处理工艺中，污泥龄一般控制在3 5 7d 【】。进水 c o d 浓度过低，对脱氮也是不利的。因为在废水c n 2 8 6 时，废水c n 越低， 反硝化效果越差。进水c o d 浓度过低还造成能源的浪费。因此，从污水处理厂 的稳定运行与节约能源方面考虑，提高污水进水c o d 浓度是关键。 2 0 0 7 年国务院印发了国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知， 提出了节能减排综合工作方案，节能减排的重点之一就是削减c o d 总量，而c o d 的减排关键在污水处理厂，所以加快城市污水处理配套管网建设和改造是重点。 因此，研究感潮河网地区的排水系统，分析引起进水c o d 浓度偏低的原因， 提出排水优化方案，对排水管网的建设管理及保障污水处理厂的健康稳定运行 具有重大意义。 1 2 研究内容和方法 本文基于城市的可持续发展理念，以佛山某城区为研究对象，围绕感潮河 段对合流制排水系统的影响进行探讨，提出排水改造优化方案。主要内容如下： ( 1 ) 分析城区给水排水现状。研究采用资料收集和现场调查结合的方法， 分析当地的给水排水情况及排水管网存在的问题。 ( 2 ) 分析城区污水水质特征。对代表性的居民居住区、餐饮行业、管道及 泵站的污水进行取样监测，分析污水水质现状，研究污水在输送过程中浓度变 化的特点及其原因。 ( 3 ) 分析河水对截流式合流制排水系统的影响。从潮汐一般原理出发，分 析感潮河段的水文变化特点，研究河水对合流制排水系统运行的影响；研究排 涝与排污之间的矛盾。 ( 4 ) 根据排水存在的主要问题，提出排水改造措施。采用直接优化法对未 截污河岸及河涌进行排水规划，提出截污方案。对存在的排水管网提出改造措 施。 2 第一章绪论 1 3 排水体制的选择 排水系统的体制是指在一个地区内收集和输送废水的方式，简称排水体制。 它有合流制和分流制两种基本方式。在同一管道收集和输送各种城镇污水和雨 水的排水方式称为合流制。用不同管道分别收集和输送各种城镇污水与雨水的 排水方式称为分流制盯，。在城市的发展进程中，还形成了分流制和合流制并存的 混合制的区域。排水体制的选定必须与排水系统终端的雨水和污水处理方式和 环境质量要求相结合，同时受现实排水系统状况的限制。 1 3 1 合流制排水系统 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放的 系统。合流制排水系统又分为直排式合流制、截流式合流制和完全处理式合流 制三种。合流制用同一管道同时收集和输送各种污水和雨水，因此它对污水收 集比分流制的严格要求要简单。但是由于合流管平时输送的旱季污水量和雨季 输送的合流污水量相差悬殊，因此合流管渠内容易产生沉淀物，合流管渠必须 注意解决污水输送过程中出现的问题。根据手册，合流管设计在早季污水量时， 最小设计流速为0 2 r n s - - - o 5 m s 1 。 早期的合流制排水系统是将排除的混合污水不经处理直接就近排入水体， 故称为直排式合流制排水系统。这种排水系统对水体污染严重，国内外很多老 城市，以往几乎都是采用直排式的合流制排水系统。截流式合流制排水系统是 在早期合流制排水系统的基础上，建造一条截流干管，同时，在截流干管上设 置溢流井，截流污水接入污水处理厂。晴天和初雨时，所有污水都排送至污水 处理厂，经处理后排入水体。随着雨水径流量的增加，当混合污水的流量超过 截流干管的输水能力后，部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体，相当于截 流干沟输送能力的部分混合雨污水进入污水处理厂处理。完全处理式合流制是 将生活污水、工业废水和降雨去不输送到污水处理厂处理后排放。 国内外在改造老城市的直排式合流制排水系统时，通常采用截流式合流制排 水系统。其优点有：( 1 ) 雨水、城市污水、工业废水通过条管道输送效率最 高，最为经济。据资料分析，输送同样的水量，合流制的基本建设造价比分流 制要便宜2 0 、一4 0 。( 2 ) 采用合流制可以减少城市地下管线的密集程度，便于施 广东工业大学硕士学位论文 工及维护。( 3 ) 适应今后发展对初雨的收集和处理。( 4 ) 从环保角度来看，合流 制将全部污水、雨水、工业废水都送入污水处理厂处理，从控制和防止水体的 污染来看，是较好的。 截流式合流制排水系统的主要缺点有：( 1 ) 雨天时，混合的雨污水对水体有 一定的污染，利用水体自净能力，采取适当的截流倍数可以减轻对水体的污染； ( 2 ) 收集的污水在旱季受地下水位影响较大，在雨季受雨水影响较大，水质水量 变化大，且泥沙含量较多等，不利于污水处理厂的运行管理及污染控制。旱天 污水流量较少，如果合流制管道内的流速小，容易发生沉积。( 3 ) 管道及泵站的 设计需考虑污水和雨水节流量的转输，相对分流制系统的主管道，合流截污管 要大的多。( 4 ) 在确定污水处理厂的处理规模时，需考虑雨季截流污水处理，会 造成处理规模较大，或增加雨季污水的临时处理设施。 对于经济发展水平比较高，对环保的要求也比较高的地区，为了对初雨也 要进行彻底的处理，可以采用合流制排水系统，把截流主干管尺寸做得较大， 污水处理厂容量也较大，达到理想的环境保护效果。在一些已实施雨、污合流 制的老城区，由于居住人口密集，现状道路狭窄，如果进行排水系统改造，可 能在实施上存在一定难度，可暂时保留现状，待条件成熟后，再逐步改造。街 道较窄，地下设施较多，修建污水和雨水两条管线有困难的地区，可考虑采用 合流制排水系统。 1 3 2 分流制排水系统 分流制是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的 管渠内排除的系统。对城市而言，即用污水管和雨水管两种管( 渠) 道分别收 集和输送污水和雨水。分流制可为系统终端的分质处理或处置提供较理想的条 件，因此是较理想的排水制度。在分流制中，排除生活污水、工业废水或城市 污水的系统称污水排水系统；排除雨水的系统称雨水排水系统。由于排除雨水 的方式不同，分流制排水系统又分为完全分流制，不完全分流制和半分流制三 种凹】。 完全分流制排水系统是既有污水排水系统，又有雨水排水系统。生活污水、 工业废水和城市污水是通过污水排水系统排至污水处理厂，经处理、利用之后 排入水体；雨水是通过雨水排水系统直接排入水体。不完全分流制排水系统是 4 第一章绪论 只有污水排水系统，没有完整的雨水排水系统，各种污水通过污水排水系统送 至污水处理厂，经处理后排入水体；雨水则通过地面漫流进入不成系统的明沟 或小河，然后进入较大的水体。半分流制排水系统是既有污水排水系统，又有 雨水排水系统，该种系统与完全分流制的不同之处在于它具有特殊设计的设施 ( 雨水跳越井) 把初期雨水引入污水沟道n “。 分流制的优点有：( 1 ) 污水全部送往污水处理厂，不会造成水体污染；( 2 ) 属于比较规范的污水收集系统，是今后城市集污的方向。( 3 ) 收集污水浓度及水 量相对稳定，有利于污水处理厂的运行管理及污染控制。( 4 ) 泵站及管径只考虑 污水的输送，这部分费用比合流制低。 但是采用分流制排水系统的管网部分投资造价较高，要考虑初期雨水的截 流处理问题。 在建有大型污水处理厂的地区，采用分流制可以保证收集污水的浓度及水 量相对稳定。在工业企业中，由于工业废水的成分和性质很复杂，不但与生活 污水不宜混合，而且彼此之间也不宜混合，应采用分质分流、清污分流的几种 管道来分别排除。不完全分流制因初期只建污水排水系统，因而可节省初期投 资费用，又可缩短工期，发挥工程效益也快。所以，一些新建的工业基地和居 住区采用这种体制。 1 3 3 混合制排水系统 混合制排水系统，即既有分流制也有合流制的排水系统。混合制排水系统 一般是在具有合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。以广州本地的情况而 言，主要存在几种情况n 2 ，：( 1 ) 同一片区内，市政管道部分采用合流，部分采用 分流。( 2 ) 小区内采用分流制，市政管道采用合流制。( 3 ) 小区内采用合流制， 市政管道采用分流制。( 4 ) 有的老城区根本没有雨水管道和污水管道，雨水通过 地表漫流进入河涌，污水也就近流入河涌。 目前，我国许多城市的旧城区都是混合制排水体制，如北京、上海、武汉、 济南、厦门、杭州、徐州等城市，这些城市排水存在的主要问题是雨污混接问 题“3 】。 广东工业大学硕士学位论文 1 4 国内外排水体制研究现状 1 4 1 国内排水体制现状 我国在城市排水方面，一直以来偏重于污水处理技术研究，对城市排水体 制方面的关注极少，科技进步对城市排水管网领域的推动作用不大，作为一个 整体系统，城市排水领域的现代科学理论和技术己大大落后，与先进的城市污 水处理理论与技术形成强烈的反差【- “。 我国早期的排水采用直排式合流制排水系统，随着城市建设的发展，许多 地区改为截流式合流制排水系统，有些则改造为分流制排水系统。目前我国大 部分城市老城区采用合流制排水体系，新城区采用分流制排水体系。我国北京、 上海、武汉、济南、厦门、杭州等城市在老城区基本上都保留原有合流体制， 近年来城区排水管道的改造也是在原有排水体制上进行截流系统改造n 硝。 因我国室外排水设计规范( g b 5 0 1 0 1 - - 2 0 0 5 ) 中规定新建地区的排水 系统宜采用分流制，故在新建区多采用分流制排水系统。我国的新建城市( 区) ， 如深圳市，上海浦东，大连开发区等，都是分流制排水系统。由于设计、施工 和管理等方面的原因，在这些新建城市( 区) 中，并没有真正实现完全分流制所期 望的目标，也没有将污水处理厂服务流域内的污水全部收集到污水处理厂“。另 外，北京、天津、昆明等许多城市也规划将合流制完全改造成分流制排水系统。 北京已有三分之二的排水系统为分流制，在最近几年，在点源污染治理、河湖 水系生态保护方面加大了力度，但部分河湖在降雨后仍有严重的“水华 现象 发生，有的河段、湖泊富营养化现象依然严重，这些状况很大程度上是由非点 源污染造成的。分流制排水系统使污染严重的初期雨水和部分小雨都直接排入 水体，在减少合流制溢流污染的同时却增加了非点源污染问题。 我国在对待城市排水体制和雨水问题上，主要还停留在单纯“排放 的思 考上，简单地倾向靠分流制来解决点源污染的控制，而忽视雨水资源的保护利 用与城市生态的关系，忽视雨水的排放和非点源污染的关系。另外，我国在有 关城市排水管道的污染规律及雨水径流，合流制溢流污染控制的基础理论、工 程规划与设计、管理与法规等方面几乎处于空白状态。实际上，仅靠分流制解 决点源污染，隐患较多“”。目前，我国某些城市已经认识到c s o 污染的问题， 开展了一些研究并开始采取相应的治理措施。比如，上海市中心城区多数的排 6 第一章绪论 水管网仍为合流制，由于大量污水未经任何处理即通过合流管道直接排人黄浦 江、苏州河等水体，严重污染了水体水质。为减少合流制系统溢流污水对苏州 河的污染，上海也在加紧对合流制排水系统溢流污染控制的研究，主要任务是 加强合流污水调蓄池的建设，对初期雨水进行调蓄处理并配套相应的管理措施， 将工程措施和非工程措施相结合，加强污染源头的治理与控制n “。 对于老城区的改造，很多学者倾向于保留合流制的排水体制。李瑞成n ”等人 认为截流式合流制排水系统宜在我国老城区排污管网改造中加以采用。侯帅华啪， 分析老城区内现行合流制排水系统改造为分流制系统的困难及合流制系统无法 满足城市排水要求的原因，提出基于雨水利用的排水新模式，将雨天汇人合流 制管网的雨水量从目前的水平降到总降水量的6 0 ，易于解决合流制改造的问 题。杨忠军幢”提出在我国合流制在一定时期内还会存在，加之我国大多数城市市 政基础设施较薄弱，同时受资金等条件的制约，在目前i e l 合流制排水管渠系统改 造中一味强调分流制并不现实，而截流式合流制排水系统，具有工程量小、节约投 资( 约比分流制减少4 0 ) 、易于施工、见效快、可操作性强等优点，现阶段在一 定范围内采用，比较符合国情。周红旧，等在“合流制排水体制合理应用方法研究 中分析了合流制改分流制存在的各种问题，进而提出要保留利用现状合流制管 渠，特别提出排水体制的选择要充分利用地形本身的优势。地势起伏变化较大 地区，在重力流为主的城市排水系统中有效利用这种地形优势，适当考虑合流 伟4 j 水体铝4 。 1 4 2 国外排水体制现状 欧美国家在城市排水方面研究主要放在加强雨水资源的合理利用与管理、 雨水径流及合流管道溢流( c s o ) 污染控制，并己取得显著的成果旧，。在排水体 制上，许多国家都保留合流制排水系统，并不断完善合流制排水系统。西方国 家的实践表明，为了进一步改善受纳水体的水质，将合流制改造为分流制，其 费用高昂而效果有限，而在合流制系统中建造补充设施则较为经济而有效m ，。 国外许多学者对排水体制进行深入的研究。b a r c o t 剐等人研究了降雨初期溢 流污染物的分析。分析溢流污水中c o d 、悬浮物、氨氮等指标，通过分析表明， 把最初的地面径流污染物收集起来处理比传统的处理方法更合理。 s e m a d e n i d a v i e se z 砷研究了气候与城市化对合流制排水系统的影响，合流溢流污 7 广东t 业大学硕十学位论文 水和雨天未经处理的地面径流污水是河流污染物的主要来源。b o r s i n y i , p 6 t e r 1 等进行了排水系统的实时优化控制研究。 6 0 年代，美国就已经开始了对城市雨水径流和合流制溢流( c s o ) 污染控制 的研究，其对6 0 0 多个城市的排水系统调查的结果表明，把直排式合流制改造 为截流式合流制与将合流制改造为分流制的投资比为l ：3 幢”。1 9 7 2 年通过清 洁水法后，美国环保局、各州和地方水污染控制机构己经采取措施减少排水 管道污水的溢流量，同时对雨污混合污水在溢流前进行调节、处理及处置，使之 溢流后对水体的水质影响在控制的目标之内。例如，美国一些州，要求在溢流之 前就地对混合污水作一级处理，并限制每个溢流口因超载而未加处理的混合污 水溢流次数；如果没有联邦政府授权或州政府的允许，排水管道的污水不允许 溢出。同时，对污染严重地区雨水径流的排放作了更严格的要求，如工业区、高 速公路、机场等处的暴雨雨水要经过沉淀、撇油等处理后才可以排放。到1 9 8 3 年，针对雨水径流污染研究开发出各种技术和非技术措施，如城市雨水污染的 评价与监测；科学管理雨水资源和控制雨水径流污染的b m p 模式( b e s t m a n a g e m e n tp r a c t i c e ) ；水土流失的控制；雨水渗透和入流控制；c s o 及雨水处 理技术等。并于1 9 8 6 年修订了水质法( w a t e rq u a l i t ya c t ) 来控制非点源污染， 使美国环保局( e p a ) 开始有效地依法参与城市雨水径流的管理。美国环保局最 近调查显示，在美国3 1 个州和哥伦比亚地区，市政处理设施每年收集、处理并 排放的废水有5 0 万亿m 3 ，而7 7 2 个合流制排水管道系统每年排放的未经处理 的雨污水大约为3 8 6 4 亿m 3 b 们。这些合流制排水管道污水溢出会导致海滩遭受 破坏，饮用水源及供水系统受到污染，环境和公众健康受到影响，甚至威胁人 的生命m m 。针对合流制溢流、分流制雨水的污染状况，采取了相应措施，例如 改造合流管道，改进雨水管道中截污装置的材料来提高装置的截污效率。同时， 增大原有管道的尺寸、污水厂的处理容积，尽量减少溢流量。亚特兰大还兴建 了地下隧道、贮存池与管道相连，雨天时，隧道和贮存池用来贮存过多的雨污 水，降雨过后，再将这部分雨污水输送至污水厂。甚至将贮存池进一步改造成 带有砾石床的湿地处理系统，储存的同时进行净化，但这种系统的维护管理费 用较高1 。费城在溢流口处采用充气式橡胶堰，可充分利用现有系统的贮存容积， 减少溢流量。据统计，通过采用这项技术，费城一场降雨的溢流量可减少7 0 。 英、法等国家的大部分城市也仍保留了合流制体系，以控制非点源污染并 第章绪论 保证污水的处理率，修建合流管渠截流干管，即改造成截流式合流制排水系统， 结果莱茵河和泰晤士河的水体都得到了很好的保护m ，。 德国并没有走完全分流制的道路，而是因地制宜地采纳适合当地条件的排 水方案，保留大量的合流制( 约占7 0 左右) m ，。德国从2 0 世纪8 0 年代开始重视 城市雨水径流和c s o 污染的控制，他们不是依赖“雨污分流”的办法，而是更 加重视源头污染控制、c s o 污染控制和雨水径流污染控制的结合哪，。最典型的 措施是修建大量的雨水池以截流处理合流制管道的溢流污水和雨水，以及采取 分散式源头生态措施削减和净化雨水。近年来城市雨水径流管理新系统的研究 较多地集中在补充地下水、净化地表径流的可渗透雨水排放系统上旧，。据1 9 9 8 年统计，德国共拥有雨水池3 1 0 4 4 座，总容积达到3 3 1 4 万m 3 ，平均每人0 4 0 4 m 3 。到2 0 0 2 年，德国已拥有3 8 万座雨水池，其中溢流截留池2 4 万座，雨水 截留池1 2 万座，雨水净化池2 0 0 0 座，总容积达到4 0 0 0 万m 3 ，平均每座污水 厂拥有近4 座雨水池n 们。 随着对水环境质量要求的不断提高，为了克服合流制系统的弊端，日本很 多城市提出“合流制等同分流制理念来改善合流制排水体制。“合流制等同 分流制”即通过采取一系列的技术、管理措施，控制合流制排水系统在雨季排 入水体的雨污混合水污染物浓度，使其与分流制时，雨季排入水体径流雨水的 污染物浓度相同这些措施包括建设各类调蓄池( 管) 、提倡雨水渗蓄、加强管道 清通等m ，。 在对待合流制溢流的问题上，瑞典也是两个典型的倾向于利用雨水池来控 制溢流污染的国家。因为认识到分流制耗资巨大，合流制改造为分流制影响范 围大，耗时长，技术上又不足以有效地防止城市雨水径流对水体的继续污染， 瑞典在八十年代初就放弃了雨污分流的思想，而是采用修建雨水入渗和雨水渗透 设施来减缓暴雨径流，进行源头控制，8 0 年代初，居民自己修建的渗透设施就 有1 4 0 0 0 余个m ，。 截流式合流制排水系统因与城市的逐步发展密切相关，因而它是迄今国内 外现有排水体制中用的最多的一种。例如德国、英国、法国、日本等都是以合 流制为主m ，。 9 广东t 业大学硕士学位论文 2 1 自然概况 2 1 1 地理位置 第二章城区概况 该城区是区政府的所在地，也是该区政治、经济、文化、金融、信息和科 技中心。下辖2 0 个居( 村) 委会，辖区面积8 0 3 4 平方公里。区内公路交替， 江河纵横，水陆交通十分便利。1 0 5 国道和碧桂路南北纵穿其境，建设中的顺番 公路与广珠高速公路连成一体。北距广州城区3 2 公里，南下澳门9 0 公里，东 往深圳1 5 0 公里，从顺德港抵港6 4 公里。 2 1 2 地形地质 城区大部分属于由江河冲积而成的河口三角洲平原，地势西北略高，平均 海拔约2 米；东南稍低，平均海拔0 7 米，分布着一些零散的小山丘。顺峰山 位于新老城区之间，占地2 0 0 0 亩，海拔1 7 2 5 米，是城区的最高的峰，是主要 的旅游景区。该城区处在珠江三角洲围田地区的南缘和沙田地区的北缘，地层 形成和发育为断裂构造控制。镇境地层为三角洲表层为沉积层。从老到新地层 排列为下古生界、下白垩系、理第三系、上第三系中新纪、第四系地层。地层 的岩石组成有变质岩、沉积岩、和侵入岩三大类，如混合片麻岩、石英岩、砂 砾岩、页岩、凝岩、花岗岩等。平原地区的沉积岩厚度一般为6 , - - - 2 0 米，从北 向南增厚。城区历史上曾发生过数次3 0 - - - 4 7 震级的地震，但从未发生过破坏 性地震，故镇域境内地震活动程度较低，被列为地震监视区，属七度设防区， 建筑需作防震处理。 2 1 3 气象条件 该城区具有亚热带的特点，海洋性季节气候特征显著，终年气候温和，春 季潮湿多雨，夏季较热，时而有暴雨，秋季晴多气爽，冬季温暖不寒。据近气 象资料统计，年平均气温2 1 9 ，1 月份最冷，月平均气温1 3 1 ；7 月份最 热，月平均气温2 8 7 。相对湿度8 1 ，年平均降雨量1 6 4 9 m m ，日最大降雨量 2 5 0 5 m m 。常年主导风向冬季为北风和东北风，夏季为南风和东南风，夏秋多热 l o 第二章城区概况 带风暴，年平均风速2 6 m s 。暴雨公式为：g = 旦墅尘掣( 1 s 施) 2 1 4 水文条件 该城区拥有众多河流：桂畔河、大良河、德胜河等等。同时水系受洪水和 潮汐影响很大，每年4 至9 月为丰水期，其余时间属枯水期。大多数时间的水 位在0 至1 米幅度内波动。全区地下水源估算为0 6 6 亿立方米，深层地下水贮 量未明。 2 2 社会状况 2 2 1 人口现状 根据该城区派出所提供的资料，至2 0 0 7 年末，总人口数是3 3 2 4 0 3 人。其 中常住人口占2 3 左右。 2 2 2 社会经济 2 0 0 7 年实现本地生产总值2 1 9 8 4 亿元，工商税收4 4 2 4 亿元，居民人民币 存款余额2 2 0 亿元，这三个重要的经济指标超过或约等于全国总量的千分之一。 该城区以第三产业的中心，形成了旅游、美食、金融、保险、邮电通讯、 房地产、贸易零售、交通运输为龙头的打商贸发展格局；建立起汽车、电脑、 机电、装饰材料等一批颇具规模、有地方特色的专业市场。商业流通活跃，集 贸市场繁荣兴旺。 薹三些查董墼老兰堡篁三 第三章给水排水现状 3 1 给水现状 该城区主要由羊额一水厂供水，羊额水厂位于北江顺德水道南岸附近，取 水口位于规划伦桂路复线桥之间，现有供水能力4 0 万m 3 ，d 。根据自来水公司提 供的资料，2 0 0 7 年该城区自来水用水量平均为1 5 2 7 7 5m ，其中工业水量为 3 0 6 4 9m 3 d ，占总体用水量的2 00 6 ；商业用水量为2 0 0 4 6m a d ，占总体用水 量的1 3 1 2 ；生活用水量为8 8 7 3 2 m 3 d ，占总用水量的5 80 8 ( 见图3 - 1 ) ，其 他用水量占87 4 。根据现状人口与现状自来水供水量相关数据计算该城区 居民综合用水量均值为4 6 0 l c a p d ，其中综合生活用水量均值是3 6 7 l c a p d ( 即扣除工业用水量) 。 自n 月女j i 乏) 。 图3 - l 用水结构图 f i d 3 1t h e n r l 耐u r eo f w a t e rs u p p l y 32 排水管网现状 污水管网实行截流合流制污水系统，污水系统以大门污水处理厂为污水晶 终去处，配套建设有两期厂外截污管网及五个中途提升泵站( 见图3 2 ) ，分别 是云景泵站、大晁泵站、石洛泵站、近良泵站、银涌泵站。第一期于2 0 0 4 年建 成，收集大良河两侧的生活污水；第二期于2 0 0 6 年建成，主要收集桂辞河沿岸 的生活污水。 第三章培水捧承现状 幽3 - 2 槭污管网示意斟 f i g 3 2 t h e s e w a g ep i p en e t w o r k 3 21 污水处理厂厂外管线一期截污工程 污水处理厂第一期厂外管线工程建成于2 0 0 4 年，污水收集范围内排水体制 以合流制为主，工程实施范围以大赵河流域截污工程为主，配合截污管网建设 有3 座厂处中造泵站。 工程实施位置为大良河