关于截流式合流制排水管渠流量计算中截流倍数的讨论

吴昊

摘 要：截流倍数的选择是截流式合流制排水系统的重要环节，其直接影响环境效益和经济效益，合理的确定截留倍数，为实现城市水环境的良性循环带来重要作用。

关键词：截流倍数;截流式合流制;管渠流量计算

截流倍数的确定是截流式合流制排水系统的一个重要环节，是指合流制排水系统在降雨时被截留的雨水径流量与平均旱流污水量的比值，由此可以知道，截流倍数（n₀）越大，溢流污水量就越少，对环境保护越有利，但是截流倍数（n₀）增加的同时，截流管、提升泵站以及污水处理厂等设施的工程建设投资就会相应增加，当截流倍数（n₀）超过一定值时，加大截流倍数就会导致排水工程总投资与运行费用等成倍增加，也导致污水处理厂进厂污水浓度偏低，影响污水处理厂运行效率，而且对城市水环境的保护效果也非常有限，这就会造成工程设计的不合理性和市政资金的浪费。

一、 截流倍数的合理选择

我国现行的《室外排水设计规范GB50014-2006》（2016年版）对截流倍数（n₀）的选值规定：应根据旱流污水的水质、水量、排放水体的环境容量、水文、气候、经济和排水区域大小等因素经计算确定，宜采取2～5。由于规范没有给出具体的计算方法和确定条件，由此导致了在规划或设计上截流倍数的选择，很大程度上取决于规划设计人员的主观经验，而实际的截流倍数的选值需要考虑众多因素，包括受纳水体的水质及环境容量、城市的文明及发展程度，人口密度、城市气候特性、城市经济能力、城市污水厂的处理工艺，还与降雨、溢流量、河道自净、耗氧和动态生化反应等等因素有关，所以确定合适的截流倍数是个复杂的过程，各地都要根据自身的情况，经过大量的数据调研和分析，建立模型预测，最终确定合理的截流倍数。

目前，国内外对截流倍数的取值主要有以下这三种方法^[1，2]：

（一）传统经验估值法：这种方法在国内应用的最多，具体参照其他城市的截流倍数选值，然后再按照自身城市条件，大致确定工程所需的截流倍数。比如对降雨量小的地区来说，一般其降雨频率也低，那相对来讲地表积存的污染物也多，这就需要取稍大的截流倍数来控制污水溢流污染;同样，对于城市环境卫生较好、管道养护条件好的地区，就可以适当取低值;对于地方经济较为发达，市政资金充裕的地区就可以取较大的截流倍数。

采用传统经验估值的方法确定截流倍数，就未对合流污水的汇集过程、溢流过程以及受纳水体的水质变化过程作相应的量化分析，对水体水质的影响仍停留于定性的或是概念性的描述。所以，采用傳统经验估值法选择的截流倍数存在很大的主观性和片面性，严格地说，也是不科学或欠科学的。

（二）由允许的溢流次数、溢流水量反推截流倍数的方法：由截流倍数的定义公式可以看出，对于一个特定的工程，在没有其他控制合流污水溢流的措施时，合流污水的溢流频率和溢流水量就是由截流倍数唯一确定的，因此，在进行排水工程截流倍数的选择时，可以事先假定几个不同的截流倍数，然后分别计算出各截流倍数所对应的溢流次数和溢流水量，再经过比较，选定满足工程环境要求的溢流次数和溢流水量，由此，利用上一步确定的溢流次数和溢流水量就可以反过来推算工程所需要的截流倍数。

这种方法相对于传统经验估值法来说，已经是前进了一大步，也更具有科学性。但是这种方法对于允许的溢流次数和溢流水量需要一定的准确性，而目前国内对这两块的研究还较少，只能借鉴国外的方法，比如概率模型法、推理公式法和模型模拟法等来确定溢流次数和溢流水量，至于适用性，还得进一步研究分析。

（三）降雨—径流过程计算法：合流污水溢流从根本上讲是由降雨引起的，因此就可以将降雨到产流过程的分析计算方法用来进行截流倍数的研究。总体来讲，降雨—径流过程计算法是一种动态模拟计算方法，其利用降雨、地表产流、汇流、污染物质的冲刷、污染物随径流的迁移转化、雨水与旱流污水的混合及合流污水在管网中的输送、溢流等相关理论计算出溢流污水的水质、水量以及溢流时间，再综合考虑受纳水体的纳污能力，继而在此基础之上确定排水工程所需的截流倍数。

这种方法主要包括设计暴雨过程计算、地表产流过程计算、地表汇流过程计算、管网汇流过程计算、径流污染物计算、混流污染物浓度计算、溢流流量及水质计算和受纳水体净化过程计算。由此可见，该法不仅深入分析了溢流污水产生的机理，而且充分考虑了溢流污水水质、水量的动态变化，这大大的提高了截流倍数的准确性，但是这种方法计算过程复杂，很多计算过程在国内还没有成熟的理论体系，而且该法还应用于计算机技术，所以目前的适用性还是有限。

此外，对于截流倍数的确定还有旱季污水总量暴雨强度拟和法等，总体来说，各种预测方法都各有千秋，但是目前国内的理论研究都不深，要取得普遍适用性还需很长一段时间，因此，对于这种现状，我们在排水工程专项规划阶段可适当的采用以下几种简单预测方法：

（一）考虑截流倍数最小取值的情况：有研究显示，选择截流倍数n0=3比选截流倍数n₀=2的工程投资将近增加一倍，因此，对于市政资金紧缺的地区或是对于某一特定区域的降雨特征、水文特征和污水水质而言，就有必要考虑截流倍数最小取值的情况。

（二）考虑水体环境保护要求对截流倍数的影响情况^[3]：设置截流管道的主要目的就是为了保护水体环境，对水体环境保护的要求是确定截流倍数的根本依据，当然，合流制多少还是会存在河体污染的情况，也不能对水体环境保护提太高的要求，否则设置合流制本身就可能是个问题，因此，对水体环境保护的要求应适当，也要符合城市建设的发展。

提出适当的水环境保护要求后，可以根据降雨时的允许污染物排放强度、污染物的量、旱流污水量和合流污水量按照下式来计算截流倍数;

W/Q_H·[Q_H-（n₀+1）Q_W]=W₀

上式中，W为溢流井出管道输送过来的污染物量，kg/d;Q_H为溢流井处的合流污水量，L/s;Q_W为上游溢流井处旱流污水流量，L/s;W₀为降雨时溢流井处允许污染物排放强度，kg/d。

（三）考虑截污率对截流倍数的影响情况^[3]：截污率即为截污干管截流的污染物量与进入溢流井的污染物量的比值，即截污率η=（n₀+1）·Q_W/Q_H。由改式可以发现，当Q_W/Q_H一定时，截污率η与截流倍数n₀成正比，但是如果由于Q_W/Q_H这个基数较低，那么增大截流倍数，拦截的污染物总量并不大，但是截流干管需要通过的水量则成倍增加，工程投资大。因此，在截污率较低的情况下，应选用较低的截流倍数，但同时要保证该溢流井处的截流干管的过水能力不小于上游截流干管的过水能力，为了能使上游截流干管正常发挥作用，截流倍数也不应小于最小截流倍数。

二、 结束语

在不同城市的截流倍数选择中，需要考虑的影响因素也不同，也并不会单一的考虑某一因素的影响，但选择时要注重首要的影响因素，综合分析各类因素的影响程度，以期能够确定最为合理的截流倍数。

参考文献：

[1]江晔.截流干管截流倍数的环境与经济效益分析研究[D].2006.

[2]孙全民.柳州市合流制排水管网截流倍数确定及优化研究[D].2010.

[3]周大鹏.宋云.合流制排水系统截流倍数分析[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版）. 2005， 13（5）： 88～90.