初期雨水污染控制的弃流系统研究

姜利杰等：初期雨水污染控制的弃流系统研究、　ＤＯＩ：１０．１３９０５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｗｊｚ．２０１６．０６．０４７　初期雨水污染控制的弃流系统研究　姜利杰　，周焕　，周慧慧　，李博通　３１００００；　温州３２５０００】　（１．浙江省水利水电勘测设计院。杭州２．浙江省温州市珊溪水利枢纽管理局，　浙江【摘要】针对初期雨水污染物含量高，直接排放会加重受水体污染，提出了初期雨水自动弃流系统，分析　了系统的结构、运行模式，阐述了弃流系统基本参数的确定方法，探讨了系统不同结构尺寸对弃流有效容积和放　空时间等的影响。该系统不需电气控制或人工操作即可实现初期雨水自动弃流，系统结构简单、维护检修方便，　可用于城市初期雨水污染控制，对相关技术研究及工程应用具有借鉴意义。　【关键词】初期雨水；弃流系统；污染控制　【中图分类号】ＴＵ９９２　０　引言　【文献标识码】　Ｂ　【文章编号】　１００１—６８６４（２０１６）０６—０１３１一ｏ３　证。本文针对现有弃流系统的不足，提出一种新的初　初期雨水中溶解了空气中的大量酸性气体、汽车　期雨水弃流方案，可为初期雨水污染控制技术的推广　应用提供参考。　１　初期雨水弃流系统设计　１．１　系统结构　尾气、工厂废气等污染性气体，污染物含量较高，如不　经处理直接排入自然承受水体，将加重城市河道和水　源地污染，影响水资源的可持续利用。如何经济有效　地控制初期雨水污染，已成为雨水资源利用的技术关　键。国内外大量研究结果表明，初期雨水与后期雨水　水质差异很大，在降雨产流的过程中，各污染物浓度随　降雨历时的增加而降低，并逐渐趋于稳定　。因此，　对初期雨水进行弃流，将初期污染物含量较高的雨水　收集处理，可控制径流中大部分污染物。国内外已有　一初期雨水弃流系统结构如图１所示。主要包括进　水管、分流管、浮球阀、弃流池、调节池和放空管等部　分。图中，　为弃流池设计有效深度，即浮球阀工作　水位和放空管ａ放空水位之问的高差；ｔ／２为调节池中　浮球阀工作水位和放空管ｂ放空水位之间的高差。弃　流池用于收集初期雨水，浮球阀ａ用于控制雨水流向，　些初期雨水弃流系统的相关研究和应用　’　，但现　浮球阀ｂ、放空管ｂ和调节池用于在降雨结束后放空　弃流池内收集的初期雨水。系统中可通过调节放空管　上的控制闸开度设定弃流池和调节池的放空时间。该　有的弃流系统大多不能实现初期雨水自动弃流，对初　期雨水的放空一般采用阀门控制，需人工操作。一些　利用电气控制实现初期雨水自动弃流的装置虽然减　少了人工操作，但大多技术复杂，经济性和耐用性较　差，且不易维护检修。一些不需人工操作或借助电气　控制的弃流装置（如跳跃堰式雨水分流井）虽然实现　了自动弃流，但弃流可靠性较差，弃流的效果难以保　系统不需人工操作或借助电气控制即可实现初期雨　水自动弃流，弃流池收集的初期雨水在降雨结束后自　动通过放空管逐渐排入污水管网，可减小污水处理厂　在降雨期间因来流过高而超负荷的压力。　图１初期雨水弃流系统示意图　１３２　低温建筑技术　２０１６年第６期（总第２１６期）　１．２系统运行模式　初期雨水弃流系统运行时主要包括弃水、分流和　放空等三个阶段。　量系数；　为放空管过流面积。　根据弃流池内水量平衡，有：　１弃水：降雨初期，雨水进入弃流池，少部分初期雨　水经放空管ａ进入污水蓄水池或污水管网。随着降雨　　一　。一　（Ｑ　＋Ｑｔ＋１）Ａｔ一÷（ｑ　＋ｇＩ＋。）△￡：　＋　一　一（５）　＝ｇ　一蒿＆Ａ　的持续，弃流池水位逐渐上涨，当弃流池水位达到浮球　阀ａ工作水位时，浮球阀ａ关闭，弃流水量达到设计值　。　分流：弃流水量达到设计值后，雨水经分流管进入　调节池，调节池中的水位上涨并达到池内浮球阀ｂ工　作水位，浮球阀ｂ关闭，雨水经放空管ｂ和排水管进入　雨水蓄水池或雨水管网。　放空：当降雨停止时，放空管ｂ继续将调节池中的　雨水排出，调节池中的水位逐渐降低，当调节池中水位　低于浮球阀ｂ工作水位时，浮球阀ｂ打开，弃流池中的　初期雨水经排水管ａ排放至污水蓄水池或污水管网，　弃流池中水位逐渐降低，直至弃流过程完成。　１．３基本参数确定　１．３．１弃流池有效容积　雨水设计流量可由下式表示　：　Ｑ＝　Ｆｇ＝　Ｆ　＝　Ｆｇ＝　Ｆ———　÷■　—　（１）（）　式中，Ｑ为雨水设计流量；ｑ为设计暴雨强度；　为　径流系数；Ｆ为汇水面积；Ｔ为降雨历时；Ｐ为重现期；　Ａ　、Ｃ、ｂ、ｎ为统计参数。　降雨过程可采用芝加哥雨型　’　表示：　（２）　（３）　式中，ｇ　、ｑ　为分别为某时刻上升段和下降段暴雨　强度；ｔ　、ｔ　为分别为峰前峰后时间；ｒ为雨峰系数。　在浮球阀ａ关闭至浮球阀ｂ关闭期间，弃水池中　仍有少部分初期雨水通过放空管ａ排出，由于放空管　设计过流能力较小，且调节池主要用于控制浮球阀ｂ　开关，容积相对较小，调节池中水位上涨较快，浮球阀　ａ关闭至浮球阀ｂ关闭间隔很短。因此，可忽略调节　池中水位上涨至　期间通过放空管ａ排出的水量。　ｔ时刻（ｔ≤ｔ．，ｔ。为达到初期雨水弃雨量时刻）弃　流池通过放空管ａ的排水流量ｑ．为：　ｑ　＝ＩＸ０Ａ￣／２ｇｈ　（４）　式中，ｈ为弃水池放空管以上水头；　，为放空管流　式中，△　为计算时段长度；Ｑ　、Ｑ　＋．为分别为ｔ时　段初、末弃流池进水流量；ｑ　、ｇ　为分别为ｔ时段初、末　弃流池排水流量；　、　＋。分别为ｔ时段初、末弃水池蓄　水量。　通过试算法迭代求解，即可得到弃流池不同横截　面积和不同放空管过流面积下弃流池设计有效深度　日．和有效容积　．。　１．３．２弃流池放空时间　降雨结束后，弃流池放空时间　可由下式表示：　Ａ　Ｂ　＝　一　Ｈ　ｏ　２ｇ　０　Ａ　２ｇ’　㈦　式中，Ａ　为弃流池横截面积，本文假定弃流池横　截面为等截面，即Ａ　沿水深方向为定值。　２初期雨水弃流系统设计案例分析　某小区屋面汇水面积为３５０ｍ　，该地区各计算参　数见表１。　表１　某小区暴雨计算参数　初期雨水弃流量可按３ｍｍ降雨量确定　，则该小　区屋面总弃流量　为１．０５ｍ　。假定放空管流量系数　＝０．３２，当降雨重现期Ｐ为０．５时，不同横截面积Ａ。　和不同放空管过流面积　下弃流池设计有效深度　、　有效容积　和放空时间　计算结果见表２。　表２　某小区初期雨水弃流系统设计参数　从表２可以看出，对于相同的弃流量　。，弃流池　姜利杰等：初期雨水污染控制的弃流系统研究、　１３３　设计有效深度日　、有效容积　和放空时间　与弃流　池的横截面积Ａ　及放空管过流面积Ａ有关。由于部　分弃水量在弃流池水位上升期间从放空管ａ排出，弃　流池有效容积　小于弃流量　。当放空管过流面积　Ａ一定时，弃流池横截面积Ａ　越大，弃流池设计有效　容积　越大，弃流池放空时间　越长；当弃流池横截　面积Ａ。一定时，放空管过流面积Ａ越大，弃流池设计　有效容积　．越小，弃流池放空时间　越短。因此，可　通过减小弃流池横截面积Ａ　或增大放空管过流面积　空管过流面积等因素有关，实际应用中可根据弃流要　求确定合理的结构尺寸。　参考文献　［１］王肖军．初期雨水调蓄池在城市排水系统中的应用［Ｊ］．中　国给水排水，２０１２，１０（２８）：４５一ｌ７．　［２］ＫＥＩＦＥＲ　Ｃ　Ｊ，ＣＨＵ　Ｈ　Ｈ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｓｔｏｒｍ　ｐａｔｔｅｎｒ　ｆｏｒ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｄｅ－　ｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ，１９５７，８３（４）：１—　２５．　来减小弃流池设计有效容积。在实际工程应用中，　可根据弃流水量、场地条件和放空时间要求等，合理确　定弃流系统尺寸。　３结语　［３］　黄勇强，徐明力，吴春笃，吴涛．屋面初期雨水弃流装置的　设计及试验［Ｊ］．江苏大学学报：自然科学版，２０１２，３３（２）：　２１９—２２２．　［４］ＧＢ５００１４，室外排水设计规范（２０１４版）［ｓ］．　［５］邓培德．论城市雨水道设计中数学模型法的应用［Ｊ］．给水　排水，２０１５，４１（１）：１０８一ｌ１２．　本文根据初期雨水污染问题，提出了一种新的初　期雨水自动弃流系统，该系统不需人工操作或借助电　气控制即可实现初期雨水自动弃流，为城市初期雨水　污染控制提供了新的思路与方向。案例计算结果表　明，该系统中用于存储初期雨水的弃流池的有效容积　小于初期雨水弃流量，其规模与弃流池横截面积和放　［收稿日期］２０１６—０２—２９　［作者简介］姜利杰（１９８７一），男，浙江遂昌人，博士，工程师　从事城市防洪减灾和雨水利用的研究工作。　（上接第１１５页）　场竖井范围内负一层结构加固施工。采用风镐进行立　柱基础范围内破除施工，露出原春华商场柱子扩大基　础，然后用电钻钻眼锚入锚栓，将底板钢板与螺栓相连　４结语　通过对建筑物沉降变形等的数值计算分析，可有　效的预测因地铁竖井施工引起的建筑物的变形沉降，　可以为建筑物变形控制标准和预警管理提供依据，可　指导并优化竖井基坑的支护结构设计，并为建筑物的　保护设计提供指导，在确保安全的前提下做到经济　合理。　接，安装钢管柱。　参考文献　［１］　陈馈，洪开荣，吴学松．盾构施工技术［Ｍ］．北京：人民交通出　图５建筑物立柱加固　版社，２００９．　［２］　刘干斌，石祥锋，刘晓虎，叶荣华．地铁施工对周边建筑的影　３．２加强施工期间的沉降监测　在竖井施工前，对竖井施工现场周边的建筑物进　响分析及加固对策［ｃ］／／第２届全国工程安全与防护学术会　议论文集，２０１０：３８０—３８５．　行普查，根据建筑物的历史年限、使用要求以及受施工　影响的程度，确定具体监测对象，确定重点监测部位、　［３］骆建军，张顶立，王梦恕，等．地铁施工对邻近建筑物安全风　险管理［Ｊ］．岩土力学，２００７，（７）：８３—８７．　［４］　贾波，刘干斌，徐立，石祥锋．地铁竖井施工对周边建筑影响　监测内容以及监测方法。结合本工程的特点，在竖井　施工期间，应加强建筑物地面、建筑物支撑立柱、墩台、　及加固措施［Ｊ］．工业建筑，２０１１，４１（８）：１２１—１２５．　梁体沉降进行重点监测，同时也要加强拱顶下沉及边　墙收敛、格栅钢架内力的测量，及时对数据进行分析，　及时掌握建筑物的变化情况，发现异常情况立即上报，　分析产生下沉或位移的原因，并采取相应防治措施。　［收稿日期］２０１６—０３一Ｏ１　［作者简介］余昊（１９８４一），男，武汉人，工程师，从事地铁　的建设与管理工作。