东莞市石马河流域溢流调蓄池研究

中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014

1 研究区域概况

东莞市石马河是东江下游的一级支流，流域面积为601km2，包括干支流河涌107条，涉及凤岗、塘厦、清溪、常平、樟木头、谢岗和桥头等7个镇的112个村（社区）。石马河沿线共设19个人工水质监测断面，根据近3年的监测结果，所有监测断面水质均为劣V类，主要污染物是氨氮、总磷和化学需氧量。氨氮浓度在1.81～17.84mg/L，平均浓度为7.74mg/L；总磷浓度为0.48～5.91mg/L，平均浓度为1.84mg/L；化学需氧量浓度在18～111mg/L，平均浓度为36mg/L。根据采样监测，各支涌水质整体较差，存在30%左右的黑臭河涌，及40%左右的劣V类水体。

东莞市石马河流域水环境综合治理遵循“流域统筹、系统治理”的思路，对城镇面源污染进行截留和集中处理。此次选取塘厦镇TXD90小区为研究区域。根据现场调查，该区域为老旧小区，小区内人口约有700人，面积为0.1168km2。小区排水系统为合流制，小区周边的小微水体污染较严重[1]。

2 区域初期雨水现状

2.1 降水柏拉图统计

石马河流域雨量充沛，根据谢岗雨量站1978—2017年降水资料和清溪镇近10年的资料统计，清溪镇2015年降水量为1696.7mm，与谢岗镇多年平均降水量1667mm相近，故此次以清溪镇2015年作为典型年进行统计分析。根据实测场次降水数据的量级，将降水量划分为7个区间，统计2015年实测场次降水发生的频次、累积频次及累积降水量，如表1所示。由表1可知，在累计20mm降水量时，可以控制区域81.1%的降水事件，是相应的年降水量的32.4%。

表1 清溪镇2015年降水量和降水次数分区统计分析

2.2 初期雨水面源污染负荷

研究表明，初期5mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为48%；初期10mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为67%；初期15mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为78%[2]。

2018年10月—12月对塘厦镇TXD90小区总排口进行3次收集。对监测资料进行分析，结果表明，悬浮物（SS）的浓度为20～250mg/L，化学需氧量（COD）的浓度为140～350mg/L，生化需氧量（BOD5）的浓度为30～90mg/L，氨氮（NH3-N）的浓度为3～25mg/L，总磷（TP）的浓度为0.9～2.7mg/L。初期5mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为38.6%；初期10mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为56.8%；初期15mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为76.3%；初期20mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为82.3%。监测结果与通过控制区域80%的降水事件达到控制80%的污染负荷的方法一致[3]。

3 CSO调蓄池计算

根据溢流污染调蓄池运行原理，晴天通过截流井污水直接送往污水处理厂处理，雨天时收集溢流污水（初期雨水），超量雨水直接溢流至河道，晴天时将初期雨水送往污水处理厂处理达标后排放[4]。

雨水管理模型是排水系统设计、运行和管理的基本依据和重要工具，历来受到排水企业以及科研和教学部门的重视。SWMM是一套功能齐全、界面友好、易于使用的优秀免费软件，文字采用SWMM模型方法对初雨溢流调蓄池的截污效果进行模拟分析[5]。

根据小区的实测地形和实际排水情况划分汇水区域单元，结合小区排区雨水管网资料和截污管网布置情况，每一汇水单元的净雨量汇入管网节点，最后在末端布置溢流调蓄池进行调蓄[6]。为保证计算结果具有可靠性，概化小区排水模型，应根据地表和管网资料条件将小区划分得尽可能小，具体划分情况为排区划分为8个片区，37根管网，如图1所示。采用新一代东莞暴雨强度公式如下：

图1 TXD90片区管网模型概化示意图

式中：q为暴雨强度；P为重现期；t为降水历时。

采用芝加哥法将其合成降水量为20mm，雨峰r=0.4，降水历时为120min，设计暴雨过程曲线。此次计算参数设置情况如表2所示。

表2 研究区域SWMM模型的主要参数设置

根据构建研究区域SWMM模型，采用降水量为20mm的降水过程线进行分析，调蓄容积最大达到760m3，工程设计中，取整V=800m3。

4 结束语

文章旨在解决区域老旧小区设置末端溢流调蓄设施问题，合理确定其规模，对比国内外方法，提出采用柏拉图缺陷原理，通过控制80%降水事件设计初期雨水调蓄池容积，控制区域主要的初期面源污染，从而达到控制80%的污染负荷的目标。通过对东莞区域降水特点的统计分析和对该区域初期雨水污染现状的分析可知，在累计20mm降水量时，可以控制区域81.1%的降水事件，即相应的年降水量的32.4%，控制径流中污染负荷占总负荷的平均值为82.3%。同时，通过采用SWMM排水管网模型计算调蓄池规模，反算区域相应的截留倍数，为区域其他老旧小区改造提供了理论依据。同时，该规模控制可以在粤港澳大湾区起到借鉴作用。通过石马河综合治理，有利于建设城市新面貌、形成城市竞争新优势和实现东莞市在“大亚湾经济技术开发区”中的愿景。