黃 俊 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司廣東分院，廣州 510000

以數(shù)字模型技術(shù)作為重要的技術(shù)手段來(lái)研究溢流污染控制要追溯到20世紀(jì)后期。當(dāng)時(shí)，世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本和歐洲均通過(guò)建立水力模型來(lái)探索各種有效的溢流污染控制手段。數(shù)字模型技術(shù)的引入，即通過(guò)水力模型軟件構(gòu)建排水管網(wǎng)模型，則能夠仿真整個(gè)系統(tǒng)在降雨下的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，幫助設(shè)計(jì)人員更為直觀地了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，輔助設(shè)計(jì)人員更快速高效地評(píng)估設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行優(yōu)化。

1 數(shù)字模型技術(shù)的應(yīng)用

1.1 排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

利用數(shù)字模型技術(shù)構(gòu)建城市排水管網(wǎng)模型，通過(guò)模型的各種功能模塊，分析目前管網(wǎng)存在的問(wèn)題，確定排水能力不足和可能發(fā)生堵塞的管網(wǎng)，同時(shí)查看整個(gè)排水管網(wǎng)的利用率分布。依照模擬結(jié)果，找出管網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，確定改造的方案，盡可能充分利用每根管道的容量。模型的好處就在于可以預(yù)先測(cè)評(píng)各種排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案對(duì)溢流污染控制的實(shí)際效果，通過(guò)分析對(duì)比，做出最經(jīng)濟(jì)合理的選擇。目前，數(shù)字模型技術(shù)已在很多國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用廣泛，成為排水管渠設(shè)計(jì)和管網(wǎng)優(yōu)化改造方案合理性測(cè)評(píng)的首選工具。

1.2 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

調(diào)蓄池對(duì)有效控制合流制溢流污染是一項(xiàng)重要的技術(shù)手段。調(diào)蓄池有兩種形式，一種稱為滯留調(diào)蓄池，另外一種稱為截流調(diào)蓄池。滯留調(diào)蓄池暫時(shí)滯留雨水，待降雨洪峰過(guò)后，再將所滯留的雨水排出，主要起調(diào)節(jié)洪峰流量的作用。截流調(diào)蓄池停留時(shí)間較長(zhǎng)，主要著眼于控制徑流污染。通過(guò)數(shù)字模型技術(shù)，可對(duì)比研究在排水管網(wǎng)中于何處加入多大尺寸的調(diào)蓄池來(lái)消減溢流現(xiàn)象，減少溢流頻次和溢流總量。且可以評(píng)估調(diào)蓄池的運(yùn)行控制方式，如對(duì)進(jìn)水時(shí)間點(diǎn)的控制，對(duì)放空方式設(shè)置等。

1.3 LID設(shè)施設(shè)計(jì)

溢流頻次和溢流總量的控制，主要是從水量的角度去考慮溢流污染的后果，除此之外，還應(yīng)該結(jié)合對(duì)溢流污染物的控制，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)黑臭水體的治理。首先要從源頭上來(lái)控制面源污染量，盡量減少進(jìn)入到管道中的污染物總量，近年的海綿城市建設(shè)中所提倡的源頭LID設(shè)施的應(yīng)用，是一種極為有效的污染物控制方式。例如雨水花園，生態(tài)滯留池，綠色屋頂?shù)取Ｍㄟ^(guò)數(shù)字模型技術(shù)，可以評(píng)估各種LID設(shè)施的組合效果，例如布設(shè)位置，面積，連接關(guān)系等。即可從大的區(qū)域規(guī)劃尺度上整體評(píng)估控制率分配方案的合理性，也可細(xì)致到地塊尺度上LID詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

2 工程實(shí)例

下圖所示為某黑臭河道的控源截污設(shè)計(jì)方案，包括設(shè)置截污干管和調(diào)蓄池措施。在該項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)人員充分利用了數(shù)字模型技術(shù)手段來(lái)評(píng)估各種設(shè)計(jì)方案的溢流污染控制效果，并從細(xì)節(jié)上對(duì)方案進(jìn)行了優(yōu)化。

首先，通過(guò)傳統(tǒng)方法計(jì)算了該河道的環(huán)境容量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該河道每年可自納COD為66.2噸，氨氮為7.1噸。

然后，利用數(shù)字模型技術(shù)構(gòu)建了如下四種工況的排水管網(wǎng)模擬，并利用2015年全年降雨數(shù)據(jù)（間隔5min），評(píng)估了四種工況下的溢流污染控制效果。

工況一 工況二 工況三 工況四截污管道 × √ √ √調(diào)蓄池 × × 4 0 0 0 m 3 4 5 0 0 m 3

通過(guò)模型計(jì)算得到如下結(jié)果：

（1）工況一，降雨場(chǎng)次97場(chǎng)，溢流次數(shù)97次，溢流量1133649m3，COD入河量約為113.4噸/年，氨氮約為13.6噸/年，遠(yuǎn)大于河道的環(huán)境容量。

（2）工況二，降雨場(chǎng)次97場(chǎng)，溢流次數(shù)57次，溢流量754252m3，COD入河量約為75.4噸/年，氨氮約為9.1噸/年，不能滿足其環(huán)境自身消納。就總體效果而言，相對(duì)于工況一，溢流頻次削減41.2%，污染物負(fù)荷削減33.5%。

（3）工況三，降雨場(chǎng)次97場(chǎng)，溢流次數(shù)36次，溢流量624872m3，COD入河量約為62.5噸/年，氨氮約為7.5噸/年，可見氨氮滿足不了河道環(huán)境容量的要求。總體效果而言，相對(duì)于工況一，溢流頻次削減62.9%，污染物負(fù)荷削減44.9%。

（4）工況四，降雨場(chǎng)次97場(chǎng)，溢流次數(shù)32次，溢流量604867.299m3，COD入河量約為59.5噸/年，氨氮約為7.1噸/年，并不能滿足其環(huán)境自身消納?？傮w效果而言，相對(duì)于工況一，溢流頻次削減67.0%，污染物負(fù)荷削減47.5%。

最終，建議采用工況四的設(shè)計(jì)方案，即設(shè)置截污設(shè)施以及一座4500m3的調(diào)蓄池來(lái)控制溢流污染。

3 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)的溢流污染控制設(shè)計(jì)方法，數(shù)字模型技術(shù)能夠幫助工程師更為直觀且詳細(xì)了解各種工況下系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，更能夠從整體性上分析和評(píng)估各種工況下的控制效果，是一種更為先進(jìn)也適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的技術(shù)手段。