（环境工程专业论文）深圳福田河流域降雨初期径流截流研究.pdf

苏卅i 科技学院硕 j 学何论文 摘夏 摘要 随着点源污染逐步得到控制，降雨径流污染在城市水环境恶化中所占的比重日益 升高。截流、处理初期径流是目前我国城市径流污染控制的重要手段。 按截流倍数经验值计算小片区分流制截流系统的规模可能导致规模偏小的问题。 实则1 1 0 是针对合流制系统而言，对分流制小片区径流截流规模的确定不适用。 为研究深圳分流排水体制小片区初期径流截流的参数，对深圳市福田河流域选定 研究区的雨水排河总口1 7 场降雨c o d 、s s 、b o d 、t n 、t p 五项指标及现场实时流 量进行了跟踪监测。 径流中污染物浓度与降雨历时的关系以及运用无量纲累积曲线、m f f n 曲线、b 参数三种方法对初始冲刷的分析结果为： 初期径流污染物浓度较高，后期浓度下降渐趋平缓。污染指标前期平均浓度为后 期的1 8 倍以上。 在研究区的土地利用类型下，径流中c o d 、s s 、b o d 、t n 四项指标多数情况下 存在初期效应现象，t p 初期冲刷效应不明显。1 7 场降雨径流的c o d 、s s 、b o d 、t n 、 t p 指标出现初期冲刷效应频率分别为8 6 、5 9 、8 0 、5 2 、4 2 。 初始冲刷现象存在的事实说明了实施初期径流截流此种做法是可行的。通过分析 研究区降雨径流体积截留率与各污染指标质量截留率、降雨历时、降雨量之间的关系， 确定合理的径流截留率，得出以下结论： ( 1 ) m f f n 曲线分析表明：径流截流率小于0 3 一o 4 时，增大截流率对污染物的去除有显 著效果。径流截流率大于o 4 时，增加截流率对于改善河道的水质不灵敏 ( 2 ) 通过对降雨无量纲曲线拟合，结果表明：占径流总量3 0 4 0 的初期径流携带 了分别占总污染负荷4 7 6 6 0 2 、4 9 3 一6 1 7 、4 1 8 一5 3 5 的c o d 、s s 、 b o d 污染负荷。 径流体积截流率取前3 0 4 0 为宜 ( 3 ) 为达到3 0 4 0 的径流截流率，研究区初期径流截流时间可取降雨的前3 5 4 5 分钟。研究区初期径流截流总量、最大截流流量可分别按一定降雨历时1 年重 现期下雨量时程分配前3 5 4 5 分钟累计雨量、最大雨强确定。 关键词：降雨径流污染初始冲刷效应分流排水体制截流参数 m a s t e rd i s s e n a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t ) o fs c j e n c ea n dt e c h n o i o g y a b s t r a c l a b s t r a c t a sp 0 抽ts o u r c ep o l l u t i o nw a sc o n 仃d n e d s t e pb ys t 印，t h ep r o p o n i o no f m i n f a l l r u n o 行 p o l l u t i o ni nm ed e t e r i o r a t i o no fu r b a j lw a t e re n v i r o n i n e n ti si n c r e a s i n g i n t e r c e p t i o n 锄l d 仃e a t l i l e n ta r et h em a i nm e a n so f c o n t r o l l i n gt h ep o l l u t i o nc a u s e d b yu r b a i lr a i n f a l l m o f f o t h es c a l eo fs y s t e mw h i c hb a s e do nt h ep r o p o s e de x p e r i e n c ev a l u e ( s h e n z h e np l 锄i n gb u r e 踟) o f n oi s i n s u 塌c i e n tt 0a c h i e v ee f l e c t i v ee f l e c to nt h ei n t e r c e p t i o no f t h ei n i t i a lr u n o f r o f s m a l i s c a l ep a t c h e s u n d e rs e p 啪t es y s t e ma r e 如a i l di t sv a l u ei st o os m a l l i nf k t ，1 1 0i ss u i t a b l ef o rc o m b i n e ds y s t e m w ec 锄 n o tg e tar e a s o n a b l es c a l eo fs m a l l - s c a l ep a t c h e su n d e rs 印蹦她s y s t e m r a i n f a l l - m n o f rf 硒mt h es t o m l w a t e ro u t f a l l so fas m a l la r e ai nf u t i a nw a t e r s h e do fs h e m 山e nw 嬲 s t u d i e df o ro n ey e a r c o d s s ，b o d ，t n ，t p 锄dd y n a m i cf i o wo f17r a i n 白l lw 弱m o n i t o r e dt 0 d e t e n n i n et h ei n t e r c r p t i o np 盯锄e t e r so fr a i n f a l l1 1 l n o 代 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np o l l u t a n tc o n c e n 打a t i o na n dt h er a i n f a l ld u r a t i o na i l dt h ef i r s tf l u s he f f e c tw e 陀 锄a l y z e d t h r e em e t h o d sw e r eu s e dt oi d e n t i 匆t h et h ef i r s tf l u s he f r e c t t h et h er e s u l t sa 陀鹊f o l l o w s t h ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si ni i l i t i a lr u n o f j fi sh i g hi nm o s tc a s e s h o 、w v e r ，i t sl a t t e r c o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e sa 1 1 dt e n d st os m o o t h t h e a v e r a g ep o l l u t i o nc o n c e 砷眦i o ni nt h ef o m e r r a i n f a l l m n o f fi sm o r et h a n1 8t i m e so ft h el a t t e r i nm o s tc a s e s ，c o d 、s s 、b o d 、t ne x i s tf i r s tf l u s he f f e c ti nt h ei n i t i a lr a i n f a u r u n o f fo f s t u d ya r e a 1 1 1 ef i r s tf l u s he f j f to ft pi sn o to b v i o u s 1 1 1 e 舶q u e n c i e so fc o d ，s s ，b o d ， t n ，t pe x i s t e n i n gf i r s tn u s he f f e c ti s8 6 、5 9 、8 0 、5 2 、4 2 t h ef a c to fe x i s t e n c eo fm ef i r s tn u s he f f e c ti l l u s t r a t e st h a ts u c ha 1 1 a p p r o a c ho f i m e r c e p t i n gt h e i n i t i a lr a i n f a l l - m n o f fi s f e a l s i b l e b ya n a l y z i n gt 1 1 e r e l a t i o n s a r r l o n g i n t e r c 印t i o nr a t i oo fr u l l o 圩v o l 啪ea n dt h eq u a l i t yo fe a c hp o l l u t ；a 1 1 ta i l dr a i n f a l lr u n o f ra n d m i 谢ld w a t i o n ，w ec a nd e t e m 】i n et h er e a s o n a b l e i n t e r c e p t i o n r a t eo fr u n o 仃 v o l u m e f r o mt h es t u d y 、ec a nd r a wt h ef o l l o 、析n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h ea | l a l y s i s o fm f f nc u r v es h o w s ，t h ee f f e c t o fi i l c r e a s i n gi i l t e r c e p t i o nr a t ei s s i 印i f i c a n to nt h er e m o v mo fp o l l 毗m t sw h e nt h ei 芏l t e r c e p t i o nr a t i oi sl e s st h a n0 3 o 4 i n c r e a s i n gi n t e r c e p t i o nr a t ei si n s e n s i t i v ef o ri m p r o v i n gt h ew a t e rq u a l i t yo fr i v e r s ( 2 ) n o n - d i m e n s i o n a lf i t t i n gc u l eo fr a i n f a l l r u i l o f rs h o w s ：t h ef h c t i o n so fp o l l u t i o nl o a d t r a i l s p o r t e db yt h ef i r s t3 0 - 4 0 o fr u n o f fv o l 啪ew e r e4 9 3 6 1 7 f o rs s 4 7 6 - 6 0 2 f 研c o d ，41 8 一5 3 5f o rb o d ，r e s p e c t i v e l y t h ei i l t e r c 印t i o nm t eo f p r e v i o u s 3 0 - 4 0 r u i l o f rv o l 啪ei sa p p r o p r i a t e ( 3 ) i no r d e rt oa c m e v e3 0 一4 0 i n t e r c e p t i o nr a t e ，t h ei n t e r c e p t i o nt i m eo ft h ei i l i t i a l r a i n f a nc a nb es e tt of o 咖e r3 0 4 0m i n u t e s t h em a x i m u md e s i g nn o wr a t ea n d s t o r a g e m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i 谚o fs c i e n c ea n dt e c h n o i o g ) 7 a b s t r a c t c a p a c i 够o fi n t e r c e p t i o nf a c i l i t i e sc a l lb eo b t a i l l e d 丘o mc a l c u l a t i n gt h et i m ed i s t r i b u t i o n ( 5 m i n u t e ss t e pl e n g t h ，s p e c i f i cr a i n f a l ld u r a t i o na n dr e t i 瑚p e r i o d ) o fr a i n f a l lb a s e do nm e i i l t e r c 印t i o nt i m e k 蚋r o r d s ： u r b a nr a i n 脚l - r u n o f fp o l l u t i o nf i r s tf l u s he 脏c t1 1 l es e p a r a t es y s t e m i n t e r c e p tp a r a m e t e r s 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 学位论文使用授权书 日期：耸年月笪日 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文 的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于 收集、保存、使用学位论文的规定，即：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、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意 学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全 部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：鱼超叁至日期：乏盟年一月上l 日 指导教师签名：棒r 期盥年月丛日 苏州科技学院硕卜学位论文 第一章引苦 第一章引言 1 1 课题的研究背景 水环境问题是目前全球性环境问题之一，处于经济高速发展期的中国更受此问题 困扰。近年来中国在水污染控制方面投入了大量人力物力，力度也在不断加大，但水 环境恶化趋势还没有得到根本遏制，水环境污染问题越来越成为制约经济社会发展的 障碍。 长期以来，人们认为点源污染是造成城市水环境质量下降的主要原因，也由于我 国一直面临着极其严重的工业废水和城市污水的污染问题，水污染控制关注的中心自 然是城市点源对水环境的污染问题，对于城市面源污染还来不及给予足够的重视【l j 【2 】o 目前的治理实践证明单纯靠控制点源污染不能从根本上缓解城市水环境恶化的现 状。 实则国外历史经验已告知，即使点源污染能够达到“零排放”水平，仍然不能保 证城市水环境质量的改善，水质达标率仅为4 2 6 5 1 3 j 。究其原因，是面源污染在水 环境质量的恶化中占有很大的比重【4 】，而且这一比例随着点源减少正在日益提高。 美国1 9 9 3 年非点源污染占总污染量的2 3 ，为当时美国河流污染的主要原因p j 。 据美国国家水质委员会在2 0 世纪8 0 年代初估算【2 1 ，美国来自点源和面源的悬浮物总 量为3 4 8 1 0 3 t d ，其中面源总量为3 1 9 1 0 3 t d ，占9 2 ；氮负荷总量为7 8 6 1 0 3 t d ， 其中面源总量为6 2 3 1 0 3 t d ，占7 9 ；磷负荷中来自面源的比例也达到了5 3 。面 源污染所占的比例是随着对点源污染的控制而在不断增大的。美国e p a ( 1 9 9 3 年) 把城市降雨径流列为导致全美河流、湖泊污染的第三大污染源【6 】。在西方发达国家， 面源污染在2 0 0 0 年就己成为主要的水环境问题【4 】。 我国滇池、太湖、巢湖等流域的污染治理经验表明，不控制面源污染不可能从根 本上解决水体的污染问题f _ 7 1 。面源污染可以分为城市面源和农业面源两大类。由于这 两类面源污染具有不同的特征和规律，对湖泊或海湾等水体都可能产生不同比例的污 染贡献，城市面源污染是仅次于农业面污染源的第二大污染源【8 】。随着城市化进程加 快，透水面积越来越小，城市面源污染程度有加重的趋势【9 】，并且随着点源污染控制 程度的不断提高，城市面源对水体污染的贡献份额还会升高。因此，城市面源污染不 可避免的成为下一个水污染控制的重点关注对象。 城市面源污染是指在降水的条件下，雨水和径流淋洗与冲刷大气和汇水面各种 污染物，使其进入受纳水体引起的环境问题【6 】【1 0 1 ，它在狭义上即降雨径流污染。目前 降雨径流造成的城市面源污染已引起国际社会的高度重视。中国对城市降雨径流污染 缺乏系统深入的研究，对它的控制是环境控制领域薄弱的环节之一【l 。 苏州科技学院硕卜学位论丈第一章引言 1 1 1 国内外城市降雨径流污染研究概况 美国、英国、荷兰等发达国家自2 0 世纪7 0 年代就对城市地表径流开展了大量的测 试和研究工作【1 2 j3 1 ，至今近4 0 年来，从概念、研究方法、新技术应用，管理手段逐步发 展已经比较完善。研究过程主要形成了三方面内容：地表径流雨水的水质测试及特 性研究阶段，城市地表径流对地表水体的影响、研究地表径流污染排放规律的数学模 型阶段以及径流污染治理和控制措施研究阶段。7 0 年代主要对非点源污染特征、影响 因素、单场暴雨和长期平均污染负荷输出等方面进行了初步的研究，8 0 年代己将 3 s ( r s 、g p s 、g i s ) 技术引入到了非点源污染负荷量计算、管理和规划中，9 0 年代拓 展了与非点源污染负荷估算相关的流域开发管理模型和风险评价研究新领【1 4 d6 j 。 u s e p a 在1 9 8 6 年对1 1 1 万m 河流进行监测，发现城市雨水径流( 特别是建筑工地 和矿区的径流) 会有大量b o d 、细菌、营养物、溶解固体等。1 9 9 0 年e p a 公布了不同 污染源( 如农业、工业、城市污水等) 对河流污染( 包括化学毒物、沉积物、营养物等) 的 贡献比，其中城市雨水径流占了9 【1 1 7 1 。1 9 8 2 年f i l u l e m o r e ( 美国) 报道了美国华盛顿地区 具有不同使用功能地表的降雨径流过程排污状况【2 j 。1 9 8 3 年美国e p a 提出城市暴雨径 流的主要污染评价指标( 如悬浮固体、有机物、植物营养物和重金属等) ，指出美国 城市及不同地域之间暴雨径流水质的统计结果无明显区别，污染成分的加权平均浓度 ( e m c ) 与城市、地理位置和地面条件等没有明显关系，但各种指标的变化范围很大。 v i t a l e 等研究发现，在降雨较多的年份中，9 0 9 4 的总b o d 与c o d 负荷来自城市下 水道的溢流【l 引，城市地表径流中污染物s s 、重金属及碳氢化合物的浓度与未经处理 的城市污水基本相同u 9 。 7 0 年代中期全美各州环境科学研究部门相继开展对路面径流的研究工作，并取得 了丰富的实测资料。最具代表性的是1 9 8 1 1 9 8 3 年美国e p a 投入1 5 亿美元进行的“全 美城市雨水径流项目”m t i o n a lu r h a nr u n o m 研 2 0 2 1 1 。在许多城市大规模地收集分析 雨水径流水质数据，研究污染情况及控制对策。 加拿大也从2 0 世纪7 0 年代开始注重对降雨径流污染的研究，于1 9 7 0 1 9 9 5 年通 过互联网收集了1 4 0 份关于雨水径流水质的文献分析雨水径流带来的污染物的量和 机理，研究对接纳水体水生生物和公众健康的影响【2 2 1 。 屋面径流的污染也是在近年引起人们的注意，法国的研究者对巴黎市中心4 个屋 面( 2 瓦，1 石板，l 锌) 、3 个庭院和6 个街道取样点的1 6 场降雨数据进行了分析1 2 引。 中国的城市面源污染研究开始于2 0 世纪8 0 年代，首先是北京，之后上海、杭州、 南京、苏州、武汉、成都、西安、阜新、珠海等城市也逐步开展了不同程度的研究， 内容仅限于对城区面源污染的宏观性质的研究和污染负荷定量计算模型的研究1 2 4 j ，污 染负荷定量研究的方向主要为径流量与污染负荷相关性分析【2 引、水量单位线和污染 苏州科技学院硕f j 学位论文第一章弓i 肓 物负荷的研究以及地表物质累积规律【2 6 j 等，到了上世纪9 0 年代，分雨强计算城区径流 污染负荷方法被引入到城市径流污染负荷定量计算研究中【2 7 1 。之后3 s 技术在城市非 点源污染研究中的应用提高了城市降水非点源污染负荷模型的精度2 8 。2 9 】 北京自1 9 9 8 年开始对北京城区的径流污染指标及变化范围、污染物的冲刷输送规 律、主要影响因素、污染物负荷和控制对策等进行了研究。通过连续4 年对城区雨水 径流跟踪分析，发现初期径流污染物浓度很高，是需要重点控制的对象。研究了路面 和油毡屋面径流水质情况，比较了二者主要污染的加权平均情况以及沥青油毡屋面与 瓦屋面有机物质的差别1 3 0 j 。 车武等【3 1 1 和汪慧贞掣3 2 1 对北京城区雨水污染进行了研究，提出了利用城市雨水的 开源节流综合性技术( 如纳入中水系统、建设独立的雨水利用系统) ；赵剑强等【3 3 2 】对 西安市城市路面污染径流进行了调查研究，分析了城市道路路面径流污染源的强度及 其特性，对城市地表径流污染及控制进行了深入研究；施为光【3 4 】以成都市为例研究了 城市街道地表物的累积与污染特征；李怀恩等【3 5 】根据暴雨径流污染的形成具有较大随 机性、偶然性、广泛性，污染负荷时空变化幅度大，监测、控制和处理困难复杂的特点， 提出暴雨径流污染负荷计算的响应函数模型，并通过野外实测证实。一般来说，城市径 流中的污染物来自三方面：降水、地表和下水道系统【3 6 1 。 上海、北京对地表径流污染的研究比较深入，对初期雨水的污染特性、负荷以及 控制对策都做了比较细致的分析。北京更对屋面径流污染做了研究，其研究表明，油 毡材料和大气的降尘是北京屋面c o d 值偏高的主要原因。北京、武汉、上海、澳门等 城市也都作了降雨径流污染影响因素分析。中国台湾、澳门也积极开展了城市地表径 流面源污染控制研究与应用，取得一些成果。从这些成果看，所有研究都带有地方特 性，对当地的污染控制有帮助，不过成果尚难推广到其他地区，但研究方法可供其他 地方学习借鉴。 由于我国在地表径流污染方面开展研究的时间较之国外较短，许多降雨径流污染 的理论和方法还需进一步完善，尚需加强对降雨径流污染的理论研究、降雨径流污染 物的迁移转化规律了解。 1 1 2 国内外雨水径流污染控制研究进展 国外2 0 世纪7 0 年代以来在雨水径流污染的防治方面开展了大量的研究工作，提出 各种环境工程控制措施来防治雨水径流污染，并且采用环境管理措施来配合和保障其 顺利实施，取得了比较好的效果。 美国从2 0 世纪7 0 年代起开始重视雨水径流及合流污水溢流污染控制的研究，研究 制定了城市雨水资源管理和雨水径流污染控制的“最佳管理方案 ( b e s tm a n a g e m e n t p m c t i c e ) 。于1 9 8 7 年修订水污染防治法来有效地依法控制城市雨水径流污染，将全 苏州科技学院硕f ：学位论文 第一章引言 国污染物排放削减体系( na t i o r 脚p o l l u t a n td i s c l 埘g ee l i m i n a t i o ns y s t e m ，n p d e s ) 扩大 到包括对城市雨水径流污染管制在内的非点源污染防治，1 9 9 0 年正式发布实施。主要 针对1 0 万人口以上的城市雨水管道系统和1 1 类工业活动，包括大于5 英亩的建筑工地。 1 9 9 9 年1 2 月又重新修订发布的n p d e s 把管制对象扩充到所有城区雨水管道系统和占 地1 5 英亩的建筑工地，于2 0 0 3 年3 月全面实施。与之配套的是第一代b m p 体系，对城 市雨水污染控制的法令和技术史加严厉和完善。1 9 9 5 年美国环保局用于控制非点源污 染的财政拨款就达3 1 7 亿美元【3 7 1 。在配套的城市雨水资源管理和污染控制第二代b m p 方案中更强调与植物、绿地、水体等自然条件和景观结合的生态设计和非工程性的各 种管理方法( 见表1 1 ) 。 新西兰也不断致力于完善对城市雨水水质水量的控制管理措施。1 9 8 3 年奥克兰地 区发布了涉及到河流的生态、资源合理利用、河滨带的管理、景观设计和相关法律的 研究成果。8 0 年代后期更详细地研究城市活动对雨水径流水质的影响及相应的控制措 旅，19 9 2 年出版了雨水处理装置( s t o n nt r e a t m e n td e v i c e s ) 设计指南。2 0 0 0 年又出版了 控制雨水径流污染的技术手册，其中强调了包括湿地、自然水道、河岸缓冲带、土壤 渗透、天然植被带的利用等分散式现场选择性技术措施，为雨水径流污染控制提供更 完善的参考依据p 引。 德国在径流污染的控制上也广泛应用了最佳管理措施( b m p ) ，开发了城区降雨 径流模型，包括雨水池贮存能力、集中和分散式的渗透系统、塘、土壤渗滤和雨水利 用等多种技术措施和管理决策方法。在9 0 年代末已基本实现对城市雨水的污染控制p 圳 其最典型的措施是修建大量的雨水池截留处理合流制和分流制管系的污染雨水，以及 采取分散式源头生态措施削减和净化雨水，并长期致力于雨水利用方面的研究与开发 【3 0 】 o 总结起来，国外城市雨水的控制与管理可分两大方面： ( 1 ) 通过技术性措施即工程方法来控制污染。又可分为三个方面：一是对源的控制， 将雨水径流污染物从源头上控制在最低限度；其二是对污染物扩散途径的控制，通过研 究雨水径流污染物输送和扩散机理，采取适当的措施，减少污染物排入地下或地表水体 的数量；其三是终端治理，通过自然生态技术或人工净化技术来降解带入水体的径流污 染物。只有通过三方面的有机结合，才能取得预期效果。 ( 2 ) 非工程方法，通过各种非技术性的管理措施指导和配合技术性措施。他们采取 的控制策略有三大突出共性：强调源头控制；强调自然与生态措施；强调非工程方法。很 值得我们学习借鉴。各国推行的相关控制管理模式中也存在一些不足：水质量化资 料不足，尤其各种措施的长期效果和不同汇水面为单元的管理功能缺乏定论；缺乏 对变化的现场条件和设计准则的灵活性指导；不同汇水面的维护管理资料不足； 雨水处理与管理措施的经济核算、造价资料不足等。 苏州科技学院硕i j 学位论丈 第一章引苦 表1 1 美国城市雨水径流最佳管理方案 我国在城市降雨径流污染控制方面刚开始起步，尚未建立与降雨径流控制有关的 技术与法规体系。部分城市采取的控制措施也比较零散，倾向于在雨水集中排放处采 取工程性处理措施。就查阅的资料看，我国对降雨径流的污染控制是大多与合流污水 溢流污染控制捆绑在一起的，基本上是通过提高工程的截流倍数增加截流规模来实现 的，这带有很大的盲目性。对于如何合理地确定工程所需的截流倍数国内目前仍在不 断探索，实际工程中截流倍数的选择带有极大的主观性。因此，在污水截流改造工程 中如何合理地确定截流倍数科研机构较关注的课题。近年来，截流倍数的研究越来越 受到相关学者、工程技术人员的关注。 北京系统地研究了降雨从源头到汇的排污规律、污染物负荷、提出从源头截污到 终端控制、雨水利用等一系列措施，并完成了一系列研究报告。 近些年中国一些城市如上海、武汉进行了一些工程实践，上海市较早开展了有关 前期研究工作，多种工程性和非工程性措施也已经步入实施阶段，并取得了一些成果。 针对黄浦江、苏州河水环境治理，开展了面源污染控制关键技术研究与工程示范工程 建设。上海市已在着手落实城市以面源污染综合管理解决城区面源污染控制的方案， 措施见表1 2 。武汉汉阳地区进行了城市面源污染控制技术与工程示范的工程实践， 主要通过控制面源污染的源迁移汇系统控制城市面源污染恂j 。 苏州科技学院硕 一学位论文 第一章引苦 表1 2 上海市城区面源污染控制措施【3 8 l 工程性措施 非上程性措施 完善合流制的截流措施，进行雨污混接清理改造 限制不透水人行道比例，鼓励公共滞留空地与抵标 高绿地的建设 屋面雨水收集与利用 合流制系统建造溢流雨水调蓄池，增大截流倍数， 减少雨污混合水溢流量 分流制系统建造初期雨水调蓄沉淀池，储存 和处理初期雨水 制定土地开发法规、控制不透水面积比例 加强道路清洗与冲洗、减少地表径流污染 加强雨水口清理工作 改变清通方式，引进先进设备，加强管道沉积 物清理 调整截流泵站的运行模式，转变以防汛为中心 的观念，兼顾面源污染防治 需要指出的是，降雨径流污染过程是一个随机的过程，诸如降雨强度、降雨量、 降雨时间、城市土地利用类型、大气质量、地面清洁程度、气温等众多随机性因素都 能对其构成影响，因此不同地域、不同城市径流染污特点和规律不具普遍性，因此针 对地域、城市分别进行径流污染的研究是必要的。而根据不同城市的径流污染特性和 规律进行具体控制措施的研究。 1 1 3 降雨初期径流污染问题的提出 在径流污染的控制的措施中，将降雨径流截流输送至污水厂处理或暂时储存于雨 水调节设施内待晴天时输入污水系统或另行有针对性的处理是较常见的做法，这首先 涉及到截流设施的规模。将全部的降雨径流截流明显是不现实的，大面积的径流处理 比较困难，在经济上也不可行，因此只考虑截留部分径流进行处理。 一般来说，初期降雨径流夹带的污染负荷比中后期要大得多，降雨初期径流携 带了占整场降雨较大比例的污染负荷。这种情况下，只对前期污染较严重的径流截流 处理是可行的。由此引出了初始冲刷这一概念在通常情况下，初期雨水径流的污染 物含量在整个径流过程中是最高的，这种现象被称为降雨初始冲刷效应【4 u 。亦即在一 次降雨事件中产生的初期径流携带了大量的污染物质，只要把开始的那部分径流滞留 处理，就可以保护受纳水体的水质【4 1 1 。基于这一观点，在城市排水系统中通常对初期 径流采用截留措施，将其截流到污水处理厂与城市污水一起处理m j 。因此初期冲刷这 一现象是否普遍存在是基于这一观点制定的初期径流截流措施能否有效的基础，也因 而成为径流污染治理的依据。 另外初始冲刷还有另一种定义：初期径流中污染物浓度急剧升高，然后快速下降 的现象【4 2 1 。初期降雨径流的污染物浓度较之中后期高，其浓度远高于城市生活污水 【4 3 1 ，直接排入受纳水体必将造成严重的冲击，从这个角度讲，对于这部分初期径流截 流、处理是十分必要的。 苏州科技学院硕l j 学何论文第一章引筹 多数场合排水系统雨天出流存在初期冲刷效应，近年来的研究发现排水系统雨天 出流不一定都存在初期冲刷效应。如s a g e t 等对分流制与合流制排水系统雨天出流的 初期冲刷效应进行了大量研究，发现在1 9 7 次降雨过程中仅1 次存在初期冲刷效应m j 。 初期冲刷效应存在与否及其程度涉及存储池等城市面源污染控制设施的规模与投资， 一个地区的降雨径流是否普遍存在初期冲刷效应，直接影响到截流设施的是否能有效 利用，是判断初期径流截流是否有效和可行的基础，因而具有重要的研究意义。 在以上意义上可见，降雨径流的截流应主要以降雨初期径流截流为主。 本文依托中国城市建设研究院和深圳市规划局科研项目一滨海城市( 深圳) 地 表径流污染研究，着重研究城市径流污染的重点降雨初期径流的截流参数。 1 2 深圳水环境污染与径流截污设计现状 1 2 1 深圳水环境污染现状 近十年来，深圳投入巨资修建了许多污水处理厂和其他设施，治污取得了很大 成绩。然而，到目前为止，深圳市水环境污染状况仍十分严峻。市辖区范围内1 6 0 条的大小河流大部分水质为劣v 类【4 5 1 ，水环境污染问题已成为制约深圳城市、经济 和社会可持续发展的一大瓶颈。 在点源治污取得巨大进展的前提下，城市面源污染问题自然负有不可推脱的责 任。城市面源主要污染源雨水径流污染的威胁不能再被忽视，特别是当作为治污重 点的点源污染逐步得到控制之后，雨水径流的污染将会更加突出。随着深圳社会经济 快速发展，不透水地面面积迅速增长，雨水径流量也随之增加，大量污染物在降雨径 流的冲刷下排入水体，导致了水环境严重恶化，由降雨径流污染引起的水环境污染问 题将日趋严重。另外深圳城市发达，人口密度大，交通量大，所造成的面源污染严重。 降雨时这些污染悉数被转移到河流中，深圳地处河湾流域地区，虽河网发达，但均是 泄洪型河流，旱季基流量小，纳污能力十分有限。随着污水收集率和处理率的提高， 城市降雨径流污染问题不可避免需要纳入到深圳水环境治理体系中来。 城市地表径流污染与降雨密切相关。深圳的多年平均年降雨总量为1 9 2 6 7 1 1 1 】 1 1 ， 一日最大降雨量3 0 3 1 m m ，一小时最大降雨量9 9 4 m m 。在中国，深圳的降雨量和暴 雨强度都是较高的，降雨径流导致的污染危害也较大。 1 2 2 深圳径流截污设计存在的问题 深圳已经建设了许多城市污水处理厂和截污管道系统。对于截污管道的雨水截流 倍数1 1 0 ，一般采用经验法选取，考虑的因素主要是社会文明程度、人们生活习惯等宏 观、抽象的概念，或者互相抄袭借用，或者仅考虑经济性，所以深圳现有的各条截污 管道设计雨水截流倍数n 0 取值相差很大。例如作为集中饮用水水源地的坪山河流域的 苏州科技学院硕i j 学位论文 第一章引寄 截污干管截流倍数取2 ，而水质目标执行地表水v 类的东宝河，其沙井污水厂服务范 围的截流倍数也取2 ；有些属于同一水系的不同项目n o 取值可以是0 或者2 ；这很不合 理。 另外，所实施截流的对象可分为整个流域和流域内小片区，即截污有总口截污和 片区截污之分。深圳在目前的截污工程设计中未能体现总口截污和片区截污的区别。 本质上二者是有区别的。总口截污一般将截污断面设置在流域的末端( 临近入海口) ， 其截污对象已经过了沿流域排入径流的复杂混合过程和与河道基流的混合，水质、水 量特征基本趋于合流特征，所以其截流参考合流制以截流倍数经验值考虑设计规模是 可行的。但片区因其各有自身特性( 如地面卫生情况、人口密度等) 而径流水质、水 量各具特点，且由于截流断面位于入河混合之前，其自身特性得以保持。其水质、水 量特征完全不同于合流制的性状，所以不能将合流体制的截流规模确定方法完全套用 到片区截污设计上来。目前深圳市所实施的沿河雨水排放口截污属于片区截污，简单 的借鉴截流倍数经验值来进行降雨径流截流的计算缺乏可信依据。 1 2 3 截流倍数经验值确定截流规模效果实地验证 为验证现阶段依靠截流倍数经验值确定规模方法对于有污水漏失情况存在的分 流制区域截流规模确定的有效性，根据本课题的研究区之一福田河流域莲花村小片 区的晴、雨天水质、水量监测资料对此进行了验证和分析。 研究区主要区域莲花村小区是深圳第一个按完全分流制建设的生活小区，具有很 好的分流制代表性，其雨水系统内晴天时有污水漏失现象。晴天时全天水量监测表明， 其平均旱季漏入污水平均流量q 旱约为4 8 1 7 m 3 d ，c o d 日变化范围分别为 6 6 7 1 0 4 8 m g l ，低于生活污水指标。 研究区服务范围面积约为1 0 2 l ( i i l 2 。 1 2 3 1 现状截流倍数分析 采样点现场采用一根d n 4 0 0 的截流管实施截流，坡度5 ，据此计算其满流时 最大截流流量q 雨为1 2 7 0 0m 3 d 。 现状截流倍数舻( q 雨q 早) q 早1 6 。可见其值取i l o 建议范围( 1 3 ) 中间值 水平。 1 2 3 2 研究区截流倍数确定截流规模有效性分析 根据旱季平均流量当量降雨强度计算公式删： e f = o 4 2 q 旱( f ) ( 1 1 ) 式中：e i 为旱季平均流量当量降雨强度，m m l l ；q 早为旱季污水平均流量，1 0 4 m 3 d ；f 为 苏州科技学院硕十学付论丈第一章 引言 服务区域面积，k m 2 ，研究区f = 1 0 2 ；1 l r 为服务区域城市综合径流系数，取o 5 6 。 e i 早= 0 3 5 m m l l ，截流管满流时最大截流量q 雨折算为当量降雨强度e i 为 0 9 3 m m 1 1 ，扣除旱季当量降雨强度e i 旱= 0 3 5 m m 1 1 现状截流系统( 1 1 0 = 1 6 ) 的最大截 流能力也仅能截流相当于0 5 8 m m h 降雨强度的雨量，换言之仅1 m m 1 1 降雨强度的降 雨也将出现溢流现象。即使截流倍数取排水规范建议的最大值5 ，也仅能截流5 e i 约为1 7 7 m m 1 1 降雨强度的降雨。深圳地区雨季时初期1 小时降雨大于7 l 珈m 是常见 的，而截流7 m m l l 的降雨则要求截流倍数至少要达到1 9 。 可见按i l o 经验值确定设计规模是远远不能满足对研究区初期径流截流要求的， 即截流倍数经验值对研究区这样的分流制小面积区域截流规模的确定是不适用的。 1 2 4 研究区截流倍数经验值不适用原因分析 从客观和主观两个方面，造成截流倍数经验值不适用的原因可能有： i 客观原因 ( 1 ) 旱季流量基数小 深圳的城市排水规划和建设是按照分流制进行的，虽然建设过程中出现了部分的 混流现象，由于污水漏失造成雨水系统旱季有流量的产生，但其量毕竟是较少的，按 照截流倍数经验值计算雨天时的截留量： q w 啪= q d w a f ( + 1 ) ( 1 2 ) 式中：l l o 一截流倍数； q w w a f 一合流制管道内雨季平均流量( 1 0 4 m 3 d ) ； q d w a f 一合流制管道内旱季平均流量( 10 4m 3 d ) 。 以此较小q d w a f 为基数按截流倍数经验值来确定截流规模，必然导致产生雨水 截流量q w w 舡较小的问题，这与初期径流截流应当具备的规模必然差距较大。在 此现状下，经验值不再具有“经验”。而要达到对初期径流有效截流的合理的截流量， 其截流倍数很大( 如要满足7 m 删h 的降雨强度的截流要求则截流倍数至少要达到1 9 ) 且每个流域或片区的取值因降雨特性和自身特点而各异。 ( 2 ) 深圳降雨条件的特殊性 目前设计能够保证对旱季漏入污水的全部截流，但是对于降雨时初期径流的截 流，却是极难保证。一则因为深圳多“脉冲型 高强度暴雨，短时间内的大雨量需要 大截流量的缓冲，深圳雨季月降雨量极大，如6 、7 、8 、9 月平均降雨量3 0 0 毫米以 上，深圳规划截流倍数建议采用的1 3 难以满足要求。 ( 3 ) 深圳城市规划和建设实施的偏差 深圳是一个高强度开发的现代化城市，其排水系统规划和建设在时间和实施上存 苏州科技学院硕l j 学位论文 第一帝引言 在差异，由于城市规模的不断扩大，原规划不得不随之改变，多层变高层或超高层致 使污水管道难以承受增加的污水量排入雨水系统。由于种种原因造成众多污水漏接现 象也导致了雨水系统内污水的存在，而且每一个流域因土地利用模式组合的不同而不 具普遍性，因此对于雨水系统内旱季污水漏入量难以有统一计算标准或规律，而各具 其特殊性。这也导致了实际操作中截流倍数1 1 0 计算形不成普遍意义上的“经验值 。 主观原因 ( 1 ) 未考虑服务区的现状排水体制 深圳是一个新兴城市，城市建设之初其排水系统即以分流制为基本规划和建设 思想，虽然在建设和实际实施中造成了一定的混流现象，雨水系统内有污水漏失存在， 但其基本格局仍是分流制的。为应对完全分流制雨水系统内有混入漏失的情况，根据 国内外经验，深圳市采用对市区内作为受纳水体的多条河流和湖区进行截流的办法， 收到了一定的成效。这套截流系统保证晴天时雨水系统漏失污水的全部收集，也承担 降雨时一定量的初期雨水径流截流。 对于初期径流的截流，深圳大多采用以截流倍数经验值确定设计规模的做法，这 种方法主要针对于合流制排水系统。对于分流制排水系统，以经验截流倍数作为设计 参数的做法便不再适合。这种将合流制系统雨水径流截流计算经验应用于分流制的做 法，是有缺陷的。因此，在初期雨水的截流上，首先要考虑的是所针对的排水体制。 ( 2 ) 未体现总口截污与小片区截污的区别 截污有总口截污和片区截污之分。目前深圳市所实施的沿河截污属于片区截污， 这与总口截污是有区别的。总口截污由于将截污断面设置在流域的末端( 临近入海 口) ，其截污对象已经过了沿流域排入径流的复杂混合过程和与河道基流的混合，水 质、水量特征基本趋于合流特征，所以其截流参考合流制考虑以截流倍数经验值确定 设计规模是可行的。但分片区的雨水口截污不能简单的借鉴截流倍数经验值来进行降 雨径流截流的计算，因片区各有其自身特性( 如地面卫生情况、人口密度等) 而径流 水质、水量各具特点，且由于截流断面位于入河混合之前，其自身特性得以保持。由 此，从片区的漏失污水情况和径流污染特性入手来考虑截流是有必要的 可见，基于截流倍数经验值确定截流规模的做法适合于采用雨污合流的区域，1 1 0 是针对合流制系统而言的，对于分流制下的雨水系统漏失污水量q 早是不适用的。 基于以上原因，不能再从形成新的截流倍数“经验值 的角度去研究截流。 从本质上讲，雨水截流倍数是防止雨