降雨径流量增加对杨公堤污水系统运行的影响

蔡慧野，王 卿，朱宇珂

(杭州市水务集团有限公司，浙江杭州 310009)

杨公堤是西湖的著名风景地[1]，由南至北分布有多个较为重要的污水泵站，主要有新茶博、茶博、卧龙、松岳泵站(老茶博基本停运)，分别收集不同区域的景区污水并汇入杭州市二污系统干管，最终将污水输送至七格污水厂处理。

近年来，杭州市在积极推进雨污分流各项工作，但目前西湖景区附近仍存在部分混接情况。杭州市水务集团有限公司在运行过程中发现，梅雨季和台风季时常会有短时大到暴雨的天气发生，导致杨公堤一带污水泵站超负荷运行[2]。因此，初步认为杨公堤周围管道雨水混入的情况非常严重[3-4]。研究杨公堤污水系统雨水混入情况有助于采取进一步调度运行和雨污分流措施，解决泵站超负荷运行的问题，改善上游管线容纳量不足的现象。

1 研究内容

1.1 泵站污水量与降雨量关系

图1展示了杨公堤附近各泵站的位置关系，新茶博、卧龙泵站位于松岳泵站上游，松岳泵站下游为古新河泵站。图2是2018年杨公堤区域降雨情况，月降雨量超过100 mm的月份有9个月。其中，8月降雨量最大，降雨总量达到318 mm；6月降雨总量达到265 mm。由图2平均气温曲线可知，杨公堤一带全年温度大致在5～35 ℃。为了更好地研究降雨量与泵站提升水量的关系，减少高温天气景区绿化用水渗入及水量蒸发对研究结果的影响，选取气温在20～25 ℃、雨水量较大的4月—6月(共91 d)的数据进行研究。

图1 杨公堤排水系统泵站Fig.1 Pumping Stations of Yanggongdi Sewage System

图2 2018年杨公堤月降雨量及月平均气温Fig.2 Monthly Rainfall and Monthly Average Temperature of Yanggongdi Area in 2018

由图3可知，松岳泵站提升水量与日降雨量有明显关联。晴天，松岳泵站的水量在10 000～15 000 m3/d；雨天，进入松岳泵站的水量随降雨量增加而增加，发生50 mm左右的降雨时，进入泵站的水量达到25 000 m3/d左右。因雨水影响具有延迟性，泵站水量波动较大，例如6月21日的降雨量为0，但因为前1 d发生了82 mm的降雨，松岳泵站水量达到22 480 m3/d。降雨给泵站提升水量带来的影响一般要到降雨后的第3 d才基本消除。

同理，分析景区的卧龙泵站以及新茶博泵站的水量变化。由图3可知：卧龙泵站晴天的水量为2 000～3 000 m3/d，发生50 mm左右的降雨时，卧龙泵站的水量增加到4 400 m3/d；新茶博泵站晴天的水量为3 000～4 000 m3/d，发生50 mm左右的降雨时，新茶博水量可增加到13 000 m3/d左右。

图3 雨天泵站水量对比 (a)松岳泵站；(b)卧龙泵站；(c)新茶博泵站Fig.3 Water Quantity Comparison of Pumping Stations in Rainy Days (a)Songyue Pumping Station;(b)Wolong Pumping Station;(c)Xinchabo Pumping Station

表1为松岳、卧龙、新茶博泵站的额定运行数据。由表1可知：根据目前各泵站水量情况，晴天，泵站均有污水传输余量；雨天，上游管线不断有雨水汇入污水管道，污水泵站负荷过重，3个泵站均超负荷运行。为保护西湖水质不受影响，杨公堤附近泵站均未设置溢流口，在当前运行条件下，降雨量过大极易发生泵站系统瘫痪、污水满溢现象。

表1 泵站运行数据

1.2 泵站管道雨污合流比计算

本次水质调查着重就杨公堤周围的松岳、卧龙、新茶博泵站的污水管线进行研究，采集了2次连续雨天6月22日和6月23日的水样，两日降雨量均在30～40 mm，采样使用24 h自动采样器，并在22日和23日于杭州市水务集团监测分公司三楼平台用烧杯接收适量雨水，采样完毕立刻送往实验室进行CODCr的测定。试验结果采用标准曲线对照法，测定方法采用快速消解分光光度法。

由表2可知，雨水混接进入污水系统的现象的确存在，且雨水混入量不占少数，根据降雨量和降雨持续情况，雨水混入比可达到10%～75%。对比表2中不同时间点和不同天数各泵站的雨水混入比可以发现，随着降雨的持续进行，雨污混合比逐渐加大。第1 d，雨水混入比基本在10%～45%；而到第2 d，雨水混入比达到60%以上。

表2 泵站管道的雨水混入比Tab. 2 Mixing Ratio of Rainwater in Pipelines of Pumping Stations

对比3座泵站可知，新茶博泵站雨污混流情况较严重，22日20∶00合流比为35.7%，降雨持续到23日20∶00合流比为74.7%。这可能是因为新茶博处于西湖景区的内侧，附近尚未开发成熟，许多污水管线尚未完全对接，导致大量雨水直接渗入地下与污水混合进入泵站，最终造成新茶博泵站雨天负荷量过大，易发生道路污水满溢现象。

1.3 Infoworks ICM模型拟合

利用模型分别拟合不同降雨情况杨公堤周围管线容纳量，图4为2个不同降雨条件下的模型拟合图。6月9日降雨量达7.9 mm，为多日连续晴天后的初降雨，模型结果可以看出，杨公堤一带污水管路尚有容纳量，对整个污水系统影响较小；6月23日当天降雨量为34 mm，且前2 d均有降雨发生，模型运行后可以看到，随着降雨进行，各主要干管均出现了排雨能力不足的情况，对主城区污水系统运行造成很大的干扰，甚至对西湖的水质及周边环境造成较大影响。通过对比可知：当降雨量小于10 mm时，对杨公堤污水系统影响较小；当降雨量大于30 mm时，景区雨水进入将大大增加污水系统负担，污水管网容纳量不足，易发生道路满溢现象。

图4 雨天污水系统运行状况Fig.4 Operation Status of Sewage System in Rainy Days

1.4 雨天应急调度方案

针对不同降雨天气污水泵站水量情况及Infoworks ICM模型，初步制定了雨天应急调度方案。雨天，为减少杨公堤污水系统转输压力，采取上游泵站减量及下游分流转输的应急措施。降雨量小于10 mm时，充分利用污水管网的调蓄能力，白天高峰时段间歇性开停泵站水泵，避免发生道路污水满溢情况；夜间污水厂及管网水位有下降趋势时，保持泵站满负荷运行增加往下游输送水量。降雨量较大时，利用污水系统干管之间的分流转输能力，缓解二污系统运行压力。松岳泵站下游古新河泵站设有一、二污干管间联通管线，雨天部分上游来水通过古新河泵站分流转输进入一污系统干管，可缓解目前杨公堤附近污水管线雨天容纳量不足问题。

2 总结

杨公堤污水系统受降雨的影响较大，且降雨给泵站提升水量带来的影响一般要到降雨后的第3 d才基本消除。新茶博处于西湖景区的内侧，附近尚未开发成熟，上游汇水范围内雨水进入污水管网的现象更为严重，最高雨污合流比达到74.7%，严重影响泵站正常运行操作。

Infoworks ICM模型拟合结果为降雨量大于30 mm时，杨公堤污水系统受雨水混入的情况严重，上游管线出现容纳量不足的现象，影响主城区污水系统的正常运行，易发生道路满溢现象。

为解决杨公堤污水系统雨天污水提升量大的问题，目前已初步制定雨天应急调度方案；但后续仍需进一步采取有效的雨污分流措施，及时、合理输送山区雨水至雨水管渠，从而改善上游污水管线容纳量不足的现象，保证景区环境卫生、保障主城区污水系统安全运行。