余有靈 李曉輝 張 淼 鄭金龍 馬勛靜

（1.同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804；2.昆明市環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650032）

1 船房河流域水量計(jì)算

1.1 船房河流域旱季用水量情況

生活用水量與人們作息時(shí)間成一定規(guī)律曲線變化。生活用水量乘以相應(yīng)排污系數(shù)便得到區(qū)域內(nèi)污水排放量，所以用水量與污水排放量變化趨勢(shì)基本一致。用水量隨時(shí)間變化曲線中，曲線總體隨時(shí)間呈現(xiàn)上升回落狀態(tài)。其中在三個(gè)時(shí)間段分別出現(xiàn)明顯峰值變化。第一時(shí)間段，7：00～9：00。當(dāng)?shù)厝粘鰰r(shí)間較晚，上班時(shí)間普遍為9：00。該時(shí)段內(nèi)，早起上班人員、早餐業(yè)等因素使得用水量明顯上升。第二時(shí)間段：11：00～13：00。生活用水集中來(lái)源于生活小區(qū)、商業(yè)區(qū)的餐飲排放。此時(shí)段用水量集中，出現(xiàn)峰值為一天用水量最大值，且污水有機(jī)物含量高。第三時(shí)段，18：00～21：00。此時(shí)間段出現(xiàn)一天中最后一個(gè)用水高峰。以下是根據(jù)旱季實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的河道污水流量變化曲線：

圖2 省委大溝河道污水流量變化曲線

根據(jù)流量曲線，計(jì)算得到旱季船房河流域出水口污水總量為117455.28m3。蘭花溝區(qū)域面積比省委大溝區(qū)域面積大，所以出水口測(cè)得污水量蘭花溝明顯多于省委大溝。

由調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，船房河流域合流制排水區(qū)12類(lèi)用水單位總用水量為 115917.69t/d。各類(lèi)型用水單位用水量及比例詳見(jiàn)表1：

表1 船房河流域合流制排水區(qū)各類(lèi)型用水單位用水量統(tǒng)計(jì)表

船房河流域合流制排水區(qū)內(nèi)主要用水方式為居民小區(qū)生活用水，商場(chǎng)用水和餐飲業(yè)用水。船房河流域合流制排水區(qū)位于昆明市中心城區(qū)，居民小區(qū)人口數(shù)量多且生活質(zhì)量較高，居民生活用水量較大，約315升/（人.天），排水區(qū)內(nèi)居民生活用水共 72379.65t/d，占總用水量的 62.44%。商場(chǎng)和餐飲業(yè)用水量為區(qū)域用水的次要組成部分，其中，商場(chǎng)用水量占排水區(qū)總用水量的9.93%，餐飲業(yè)用水量占總用水量的9.37%。隨著螺螄灣商業(yè)區(qū)拆遷工作的推進(jìn)，區(qū)域內(nèi)商場(chǎng)使用面積的大幅減少，商場(chǎng)用水量占總用水量的比例將有所下降。其次，區(qū)域內(nèi)賓館數(shù)量多且多為規(guī)模較大的星級(jí)賓館，用水量偏大，占排水區(qū)內(nèi)總用水量的6.14%；區(qū)域內(nèi)雖有328家企事業(yè)單位，但由于企事業(yè)單位人均用水量偏小，其用水量占排水區(qū)內(nèi)總用水量的4.79%。醫(yī)院、學(xué)校、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等單位用水量占排水區(qū)總用水量比例相對(duì)較小。

采用各片區(qū)統(tǒng)計(jì)的用水量數(shù)據(jù)、人口總?cè)藬?shù)、人口密度、區(qū)域面積來(lái)推求各個(gè)子匯水區(qū)生活用水量（以面積計(jì)），再乘以相應(yīng)排污系數(shù)，得到旱季各匯水區(qū)污水產(chǎn)生量。按照城市排水工程規(guī)劃規(guī)范（GB50318-2000），城鎮(zhèn)生活污水排放系數(shù)為0.7～0.9。研究區(qū)域內(nèi)生活污水通過(guò)已有排污明渠匯入河道，故取研究區(qū)域內(nèi)生活污水排放系數(shù)為 0.85。計(jì)算出各匯水區(qū)污水產(chǎn)生量為98530.0365m3。

實(shí)測(cè)出水口污水量大于用水形成的污水量，主要是由于區(qū)域內(nèi)多采用水泥污水輸送管道，下水道管道埋藏一般低于地下水水位，且管道使用時(shí)間已久遠(yuǎn)，出現(xiàn)老化，地下水滲入，也就導(dǎo)致水質(zhì)情況 TN、TP、COD濃度比實(shí)際測(cè)量水質(zhì)情況 TN、TP、COD濃度高。實(shí)測(cè)出水口污水量與用水形成的污水量?jī)烧卟铑~為滲入地下水量 18925.24m3。得出入滲率為16.1%。

1.2 船房河流域典型降雨季污水水量情況

以下降雨數(shù)據(jù)采用2010年9月26日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，圖為當(dāng)日降雨強(qiáng)度曲線：

圖3 降雨強(qiáng)度曲線

降雨時(shí)，河道監(jiān)測(cè)污水流量曲線區(qū)別主要在于雨水的混入。雨季曲線峰值高于旱季曲線峰值，并且，由于蘭花溝河道比省委大溝長(zhǎng)，相對(duì)于雨水匯入河道內(nèi)時(shí)間歷時(shí)，蘭花溝水量匯入時(shí)間明顯滯后于省委大溝水量匯入時(shí)間。下雨后，較短時(shí)間內(nèi)，雨水通過(guò)下墊面形成徑流流入省委大溝，省委大溝水量變化時(shí)間接近于降雨歷時(shí)。對(duì)于流域面積大的的蘭花溝，降雨形成的地表徑流要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能匯入河道，所以，水量變化滯后于降雨歷時(shí)。

以下是根據(jù)2010年9月26日降雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的河道污水流量曲線及降雨強(qiáng)度曲線：

圖4 船房河流域降雨強(qiáng)度與污水流量對(duì)比圖

選取9月26日作為觀測(cè)對(duì)象。降雨開(kāi)始于10：15，結(jié)束于11：45，降雨集中在10:45、11:30兩個(gè)時(shí)段，歷時(shí)約一個(gè)半小時(shí)，降雨量為 21.2mm。省委大溝匯水時(shí)間滯后于降雨時(shí)間，污水排放高峰分別滯后于降雨集中點(diǎn)45分鐘 、60分鐘。蘭花溝由于流域原因，污水排放高峰分別滯后降雨集中點(diǎn)75分鐘、90分鐘。整個(gè)匯水時(shí)段，船房河流域增加總水量為109240.3924m3。

通過(guò)對(duì)比，三條曲線變化趨勢(shì)一致，研究成果與實(shí)際情況相符合。

2 船房河流域水質(zhì)情況分析

2.1 降雨時(shí)船房河流域水質(zhì)分析

（1）降雨時(shí)河道水質(zhì)分析。降雨初期，由于初期雨水的沖刷，下墊面大量污染物隨地表徑流匯入河道，致使河道污染物濃度急劇升高。降雨后期，形成地表徑流匯入河道的近乎為天然雨水，污染物濃度低，使河道污染物濃度降低。降雨時(shí)間為10點(diǎn)至12點(diǎn)左右，監(jiān)測(cè)時(shí)間為10：30至12:15。此時(shí)由于徑流匯入河道時(shí)間不同，蘭花溝和省委大溝水量和水質(zhì)變化滯后于降雨時(shí)間。也就是說(shuō)，降雨一段時(shí)間后，蘭花溝和省委大溝的水量和水質(zhì)才開(kāi)始變化，并且變化結(jié)束時(shí)間點(diǎn)不同，蘭花溝由于流域長(zhǎng)，徑流匯入截止時(shí)間滯后于省委大溝。

圖5為水質(zhì)變化曲線：

圖5 水質(zhì)變化曲線

如圖5所示，TN、TP、COD變化趨勢(shì)大致相同。降雨初期少量徑流帶來(lái)大量下墊面污染物，導(dǎo)致徑流匯入河道后污水污染物濃度增加。隨持續(xù)降雨，徑流所含污染物量越來(lái)越少，一段時(shí)間后，徑流水質(zhì)接近于天然雨水水質(zhì)，到降雨集中點(diǎn)時(shí)，污水中污染物濃度會(huì)出現(xiàn)驟降過(guò)程。匯雨時(shí)段結(jié)束，污水水質(zhì)才回升至無(wú)雨水混入時(shí)的濃度。

注：省委大溝降雨匯水截止時(shí)間點(diǎn)為13：30，蘭花溝匯水時(shí)間點(diǎn)為14:00。研究所需數(shù)據(jù)為匯水時(shí)間段，匯水截止時(shí)間不同，所以污染物濃度監(jiān)測(cè)截止時(shí)間不同。

（2）降雨時(shí)調(diào)查污染物量與實(shí)測(cè)污染物量對(duì)比分析。依據(jù)9月26日降雨時(shí)水質(zhì)情況及當(dāng)時(shí)污水水量，得出出口處船房河流域匯水時(shí)間段污染物的量：

表2 出口處船房河流域匯水時(shí)間段污染物的量

船房河流域下墊面主要分為四類(lèi)：草地、屋頂、道路、庭院。區(qū)域面積如表：

表3 區(qū)域面積

由《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范 GB50400-2006》，得出各下墊面形成的徑流系數(shù)：

表4 各下墊面形成的徑流系數(shù)

2010年9月26日降雨量情況如圖6：

圖6 2010年9月26日降雨量情況

計(jì)算得出雨水經(jīng)過(guò)下墊面形成的徑流量：

表5 雨水經(jīng)過(guò)下墊面形成的徑流量

而旱季一天污水量與降雨當(dāng)日雨污混合水量差額即為流域收集到的降雨徑流量，通過(guò)旱季流量曲線及降雨流量曲線，得出差額為109240.39m3。理論上，此差額應(yīng)該等于降雨系數(shù)計(jì)算得各下墊面形成的徑流量。由實(shí)際曲線計(jì)算得出的徑流量約占理論徑流量的82.2%，說(shuō)明雨水通過(guò)下墊面帶來(lái)的污染物的量也只有一部分匯入河道。依據(jù)下墊面形成徑流的污染物濃度：

表6 下墊面形成徑流的污染物濃度

通過(guò)下墊面隨徑流匯入河道污染物量：

表7 實(shí)際污染物的量

由旱季一天流量和水質(zhì)情況，計(jì)算得出對(duì)應(yīng)9月26日降雨形成徑流時(shí)間段，時(shí)間段旱季污染物量：

表8 時(shí)間段旱季污染物量

通過(guò)以上計(jì)算，調(diào)查下墊面形成徑流帶來(lái)污染物量與旱季對(duì)應(yīng)降雨匯水時(shí)間段污染物量之和接近于實(shí)測(cè)出水口降雨時(shí)間段污染物量。二者理論上應(yīng)一致，但主要由于實(shí)際情況下徑流匯入河道過(guò)程中，所研究船房河邊緣區(qū)域?qū)ξ廴疚锪慨a(chǎn)生干擾，所以導(dǎo)致加和污染物量接近于實(shí)測(cè)出水口污染物量。

2.2 旱季某天船房河流域水質(zhì)分析

（1）旱季水質(zhì)分析。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出旱季污染物濃度一天變化曲線圖，如圖7：

圖7 旱季污染物一天變化曲線圖

生活污水中污染物含量與人們的作息時(shí)間成規(guī)律性變化。早上上班人員、打工族以及大量的家庭旅館租住人員必然會(huì)使廁所衛(wèi)生用水在早晨有一個(gè)高峰排放現(xiàn)象，生活污水中污染物曲線開(kāi)始上升。在 11:00～13:00、18:00～20:00，污染物濃度出現(xiàn)兩個(gè)峰值，這主要由于用餐高峰時(shí)段，有機(jī)物濃度較高的生活污水大量排放。圖表表明，研究結(jié)果與實(shí)際情況相符合。

（2）旱季調(diào)查污染物量與實(shí)測(cè)污染物量對(duì)比分析。對(duì)省農(nóng)業(yè)銀行宿舍和巴士家園小區(qū)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量、采樣以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析后，得到主城區(qū)典型居民生活小區(qū)的人均生活污水排放當(dāng)量和污染物排放系數(shù)。

依據(jù)＜＜合流制排水區(qū)污水收集系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告＞＞，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有總?cè)丝?33936人，人口密度42398人/平方公里。其中戶籍人口233826人，包括居民小區(qū)住宅人口200089人，城中村人口33837人。計(jì)算得出調(diào)查的旱季一天污染物量：

表9 調(diào)查的旱季一天污染物量

由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪出旱季每日流量曲線及所測(cè)水質(zhì)情況，得到實(shí)測(cè)旱季某日污染物量：

表10 實(shí)測(cè)旱季某日污染物量

對(duì)比可知，出水口旱季實(shí)測(cè)污染物量與調(diào)查得到污染物量相接近。出現(xiàn)誤差的主要原因是調(diào)查地點(diǎn)以省農(nóng)業(yè)銀行宿舍和巴士家園小區(qū)兩個(gè)區(qū)域?yàn)榇?，且在污染物?jì)算時(shí)采用生活污染物排放系數(shù)平均值，導(dǎo)致調(diào)查數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)值存在一定可接受范圍的偏差。

3 結(jié)論

通過(guò)以上調(diào)查數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，總出水口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與調(diào)查各區(qū)域得到的數(shù)據(jù)基本一直，出現(xiàn)誤差主要原因包括：

（1）實(shí)際水樣監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有準(zhǔn)確處于一天污水排放量變化點(diǎn)；

（2）實(shí)測(cè)采樣點(diǎn)少，時(shí)間段內(nèi)曲線呈直線，數(shù)據(jù)變化有偏差。例如凌晨至清晨時(shí)間段采樣點(diǎn)少，不能詳細(xì)繪制此時(shí)間段污水水量及水質(zhì)變化曲線；

（3）研究地域邊緣有干擾：研究范圍內(nèi)水量流出或區(qū)域有外來(lái)水量流入；

（4）計(jì)算時(shí)認(rèn)為數(shù)據(jù)取值，例如均值的選取。

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