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《水利水電技術雜志》2015年第S1期

摘要:

隨著廣州市中心城區河道水環境治理力度的加大，合流制溢流污染問題越來越突出，對城市河道水體構成了日益嚴重的威脅。本文選取廣州市中心城區典型合流制排水口進行了18場降雨的徑流污染監測，總結了在典型小雨、典型中雨及典型大雨場次下排水口各水質指標隨降雨歷時的變化規律，同時分析了18場降雨的排水口最高濃度、平均濃度與總降雨量的關系，研究成果可為合流制污染控制工程的設計提供參考。

關鍵詞:

合流制排水系統;溢流污染;污染負荷;降雨量;水質監測

1研究背景

廣州市地處珠江河網地區，河涌眾多，市區有大小河流221條，總長度約854.2km。由于歷史原因，廣州市中心城區基本都是雨污合流制排水系統［1－3］，即使按雨污分流排水系統規劃的新城區，建成后也并未真正形成分流制，雨污混接現象相當普遍，幾乎所有被調查的雨水管中都有污水接入，這種情況在國內大中城市中比較常見［4－5］。合流制排水系統雨天溢流污染來源主要是地表面源沖刷污染、原生活污水污染物、管道沉積物污染等，在降雨過程中隨雨水徑流一并溢流進入河網，進而污染水體。國外發達國家合流制排水系統實際采用的截流倍數通常是排水管網的3～5倍，我國設計規范中規定1～5倍，但通常情況下在設計中為節省投資選取0.5～1倍，因此，我國城市的合流制溢流污染問題比較突出。從國外的經驗來看，合流制排水系統可以通過工程和非工程措施實現對城市溢流污染的控制。德國、英國和法國等發達國家并沒有完全采用分流制，而是對已有的合流制進行截流以控制雨天溢流污水，同時采取措施控制雨水排放量和排放速率，并控制徑流雨水中污染物的排放［6－8］。目前，廣州市擬對合流制溢流污染進行有效控制，但由于缺乏基本的水質基礎資料，無法支撐進一步的研究。因此，開展典型合流制排水口的水質基礎監測對控制合流制溢流污染具有重要的研究意義。本文選取廣州市中心城區典型大型合流制排放口進行了徑流污染的連續監測，獲得了大量的監測數據，并對數據進行了統計分析，初步研究了污染負荷的排放規律。

2監測方案簡介

本次監測選取了廣州市中心城區獵德涌沿岸的大型排水渠箱即五山渠箱。獵德涌是廣州市天河區排泄雨水的主要河涌之一，起源于華南理工大學校內的東、西湖，經天河北、珠江新城區、獵德村匯入珠江前航道，全長約4.3km。五山渠箱的承雨區范圍較大，主要為學校、商業區、居民區、渠箱出口有閘門控制，旱天關閉閘門進行截污，雨天開啟閘門排水，產生溢流污染。試驗人員共監測了18場降雨(見表1)，選取COD、SS(懸浮物)、NH3－N(氨氮)、TN(總氮)作為水質監測指標。選取典型小雨、典型中雨及典型大雨場次(見圖1～圖3)分析排水口各水質指標隨降雨歷時的變化規律，另外，統計了18場降雨的監測結果分析排水口最高濃度、平均濃度與總降雨量的關系。

3典型場次降雨的污染負荷排放規律分析

由于合流制溢流污染的來源主要是地表污染物的沖刷、旱天污水的混入及管道沉積物的沖刷，因此，一般而言，合流制排口存在初期雨水效應問題，即污染物負荷隨降雨歷時呈現出先快速增加又逐漸減小的趨勢。

3.1典型小雨典型小雨降雨場次的水質指標隨降雨歷時的變化如圖4所示，其中NH3－N、TN兩個指標采用左側縱軸，COD、SS指標采用右側縱軸。從圖中結果可見，COD的總體濃度不高，呈現出兩個峰值，第1個峰值的時間約是降雨后20min，濃度約25mg/L，呈現出一定的初期效應且濃度變化具有波動性，第2個濃度峰值與第1個峰值相當，在第2個峰值過后，出現了一定的翹尾現象，說明隨著徑流強度的降低，溢流污染物的濃度會在后期發生一定的升高;SS(懸浮物)的變化與COD類似，也呈現一定的初期效應和濃度的波動性，兩者的濃度變化同步性較好，說明二者的關聯度較高;SS的第2個峰值明顯高于第1個峰值，達到52mg/L，可能由于管道沉積物的沖刷過程滯后于生活污水溢流混合過程導致的，第2個峰值的形成是二者綜合作用的結果;NH3－N和TN的同步性很好，說明二者的關聯度也較高，兩者的初期效應和波動程度都弱于COD和SS，呈現的濃度變化規律與COD和SS不同。以NH3－N為例，在降雨40min內，濃度的升高較快，從4mg/L增加到19.5mg/L之后基本保持平穩。

3.2典型中雨典型中雨降雨場次的水質指標隨降雨歷時的變化如圖5所示。由圖5可見，由于降雨強度增加，各水質指標的濃度大幅度增加，說明溢流污染在該組次下較為嚴重。總體上看，各水質指標的濃度波動性有所減弱。COD的最大濃度峰值在降雨20min時出現，達到122mg/L，之后快速下降到20mg/L以內;SS(懸浮物)的變化與COD類似，其峰值出現時間在降雨30min時，隨后快速下降到15mg/L以內;NH3－N和TN兩個指標的變化規律基本完全一致，與COD、SS的峰值型變化不同，其變化是單調下降的濃度曲線，其初期效應體現為降雨前期的濃度快速衰減。以NH3－N為例，降雨初期最高濃度為18mg/L，濃度快速衰減的階段是降雨45min以內，之后濃度保持平穩。上述濃度變化規律與降雨分布特征密切相關，該場次的降雨基本集中在前20min，后面基本無降雨，所以COD、SS呈現單一峰值。

3.3典型大雨典型大雨降雨場次的水質指標隨降雨歷時的變化如圖6所示。從圖6中結果可見:(1)由于降雨強度的進一步增加，各水質指標的濃度反而有所降低，說明徑流量的加大稀釋了溢流污染的濃度。(2)各水質指標均不同程度的存在一定的初期效應，COD的濃度變化相對平穩，沒有出現明顯的峰值，基本在15mg/L附近微幅波動;SS(懸浮物)的變化呈現出初期效應，并存在兩個峰值，第1個峰值在降雨30min時，濃度為52mg/L，第2個峰值濃度低于第1個峰值且較為平緩，濃度為40mg/L。(3)NH3－N和TN兩個指標的變化規律基本完全一致，以NH3－N為例，比較明顯的濃度峰值出現在降雨28min，達到7.2mg/L，之后濃度在降雨過程中逐漸下降，在后期又有所升高。

4排水口最高濃度、平均濃度與總降雨量的關系分析

18場降雨的排水口最高濃度、平均濃度與總降雨量的統計關系如圖7～圖10所示。由圖7～圖10可知，濃度與總降雨量的關系較為復雜，不是明顯的線性或非線性關系，但是仍然可以看出一些總體的規律。排出個別離散很大的測點，總體上，隨著總降雨量的逐漸增加，合流制排水口的COD和NH3－N(氨氮)的濃度是逐漸下降的趨勢，濃度的高值區主要集中在總降雨量5～12mm之間。

5結語

研究結果表明:(1)合流制排水口濃度隨降雨歷時的變化是復雜的，大多數情況下合流制溢流污染存在初期效應，但同時濃度也存在較大的波動性，經常有兩個以上的濃度峰值存在。(2)多峰值通常出現在降雨分布相對均勻時，前期的短歷時強降雨常常出現單一峰值。(3)濃度的變化與管道內的沉積物沖刷起動有關，最高濃度、平均濃度與總降雨量的關系也較為復雜，不是明顯的線性或非線性關系。(4)隨著總降雨量的逐漸增加，合流制排水口的COD和NH3－N(氨氮)的濃度是逐漸下降的趨勢，濃度的高值區主要集中在總降雨量5～12mm之間。

參考文獻:

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［8］國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法(第三版)［M］.北京:中國環境科學出版社，1989.

作者：劉達 黃本勝 邱靜 洪昌紅 彭曉春 單位：廣東省水利水電科學研究院 廣東省水動力學應用研究重點實驗室 河口水利技術國家地方聯合工程實驗室 廣州市水務工程建設管理中心