徐 榮,鄧雅靜,李一平,潘泓哲,劉 軍,柏 松,商鶴琴,周玉璇,鄭婉婷

(1.江蘇省南京環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 南京 210041; 2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京 210098)

江蘇地區(qū)由于地勢(shì)低平及圩區(qū)的大量修建,雨天澇水大多只能通過管網(wǎng)、內(nèi)河收集并儲(chǔ)存在末端排澇泵站前池,達(dá)到防洪水位后開泵強(qiáng)排入河,因而泵站前池水質(zhì)對(duì)河道水質(zhì)有直接影響。同時(shí),在采用合流制或存在雨污混接的分流制排水系統(tǒng)的地區(qū),由于雨水和污水不能完全分開,造成污染程度較高的雨污混合污水進(jìn)入泵站前池,排入受納水體,導(dǎo)致城市水體“下雨就黑”“下雨就超標(biāo)”[1-2],尤其是氨氮、溶解氧等指標(biāo)[3-4],給城市水體中水質(zhì)考核斷面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)及汛期污染防治工作帶來了巨大挑戰(zhàn)[5-6]。因此,掌握排澇泵站前池水質(zhì)與降雨特征的響應(yīng)關(guān)系,對(duì)制定兼顧水安全與水環(huán)境的泵站排水管理方案具有重要意義。目前國內(nèi)外針對(duì)不同降雨特征下匯水區(qū)降雨徑流水質(zhì)變化情況已有較多研究,包括不同前期干旱時(shí)間[7]、不同降雨歷時(shí)[8-9]、不同降雨強(qiáng)度[10]、不同降水量[11]帶來的降雨徑流水質(zhì)差異化影響。此外,降雨特征對(duì)合流制管網(wǎng)溢流污水水質(zhì)影響的研究也較為廣泛,降雨特征的選取主要集中在降水量[12]、降雨強(qiáng)度[12-13]、前期干旱時(shí)間[14]等。而對(duì)于泵站水質(zhì)的研究則主要從泵站放江污染特征的角度進(jìn)行探討[15],不同類型城市排澇泵站前池水質(zhì)與降雨特征的響應(yīng)關(guān)系研究還存在空白,需要進(jìn)一步深入研究。

在雨污混接分流制區(qū)域中,排澇泵站前池收集了匯水區(qū)范圍內(nèi)的雨水、降雨徑流、混錯(cuò)接污水和部分管道沉積物[15],其中降雨徑流攜帶的污染物量與徑流沖刷能力、雨前污染物累積量有關(guān)。同時(shí),在降雨徑流的沖刷作用下,管道沉積物會(huì)重新懸浮,前期沉積富集的大量有機(jī)物、營養(yǎng)鹽隨雨水排入泵站前池[14,16]。因此,不同降雨特征[17-18]和泵站匯水區(qū)特性均會(huì)對(duì)前池水質(zhì)產(chǎn)生影響,亟需精準(zhǔn)剖析不同影響因素交織作用下泵站前池水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系。為此,本文選取南京市秦淮河沿線2種典型排澇泵站(A泵站、B泵站),探究不同降雨強(qiáng)度和前期干旱時(shí)間下泵站前池水質(zhì)變化特征,同時(shí)采用回歸樹分析方法,探討排澇泵站前池水質(zhì)的主要降雨特征影響因素,以期為城市排澇泵站排水管理與雨天出流污染控制提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

1.1 區(qū)域概況

南京市屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年均降水量為1106.5mm,汛期(5—9月)雨量占全年總降水量的65%左右。本文選取的排澇泵站A和B分別位于南京市江寧區(qū)外秦淮河、秦淮新河岸邊,上下游河道旁分布有多個(gè)排澇泵站,并設(shè)置有3個(gè)水質(zhì)考核斷面,泵站位置、匯水范圍及現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1所示,詳細(xì)信息見表1。

表1 排澇泵站詳細(xì)信息Table 1 Details of drainage pumping stations

A泵站2022年之前,匯水區(qū)范圍內(nèi)的合流污水均被截流至A污水廠進(jìn)行處理,由于A污水廠長期處于超負(fù)荷、高水位運(yùn)行狀態(tài),匯水區(qū)范圍內(nèi)的大量合流污水容易漫溢至泵站前池入流河道,降雨時(shí)雨水和污水一起匯入泵站前池,超過泵站警戒水位后排入外秦淮河,因此將其視為晴雨天均有大量生活污水匯入的排澇泵站。B泵站前池入流處與匯水區(qū)內(nèi)的雨污合流箱涵連通,前池四周也接有多個(gè)雨水排口,晴天時(shí)入流污水均被截流至泵站旁邊的一體化污水處理設(shè)施進(jìn)行處理(處理能力0.8萬t/d),處理后尾水可達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)并排入泵站前池蓄積,當(dāng)降水量較大,上游箱涵入流來水超過前池截流設(shè)施截流能力時(shí),部分合流污水便會(huì)溢流進(jìn)入泵站前池(超過泵站警戒水位后排放進(jìn)入秦淮新河),因此將B泵站視為主要接收降雨徑流,但雨量大時(shí)有少量生活污水溢流匯入的排澇泵站。研究區(qū)域河道水質(zhì)考核斷面在降雨過后常出現(xiàn)水質(zhì)下滑或短時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象,沿線排澇泵站的雨天出流排放是重要原因之一。

1.2 數(shù)據(jù)來源

A泵站和B泵站前池自2021年7月中旬起布設(shè)了微型水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站,檢測(cè)指標(biāo)包括常規(guī)五參數(shù)(水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度)、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn),監(jiān)測(cè)頻次為4h一次。同時(shí),在B泵站內(nèi)安裝了1臺(tái)自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備,監(jiān)測(cè)頻次為5min一次,強(qiáng)降雨時(shí)加密監(jiān)測(cè),由此獲取長序列的降雨數(shù)據(jù)。

2 研究方法

利用泵站前池高頻水質(zhì)數(shù)據(jù)和長序列降雨數(shù)據(jù),選取7場(chǎng)典型降雨事件和與之對(duì)應(yīng)的泵站前池水質(zhì)數(shù)據(jù),通過Origin 2021作圖比較A泵站、B泵站前池水質(zhì)與降雨強(qiáng)度和前期干旱時(shí)間的響應(yīng)規(guī)律,選取的場(chǎng)次降雨特征信息見表2。選取3 h作為場(chǎng)次降雨的最小間隔,且場(chǎng)次累計(jì)降水量大于1 mm為一次降雨事件[19]。南京市汛期為5—9月,降水主要集中在6—8月[20],本文涉及的7場(chǎng)降雨事件包括了小雨、中雨、大雨和暴雨4種雨型,可認(rèn)為這7場(chǎng)降雨具有代表性和科學(xué)性。

表2 2021年7場(chǎng)降雨事件的特征信息Table 2 Characteristics of seven rainfall events in 2021

采用RStudio軟件中的rpart包構(gòu)建降雨特征參數(shù)(次降水量、前期干旱時(shí)間、最大降雨強(qiáng)度和平均降雨強(qiáng)度)和泵站前池水質(zhì)的回歸樹模型。回歸樹是一種常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,它通過不斷地選擇最優(yōu)劃分特征和劃分點(diǎn),將數(shù)據(jù)集劃分成多個(gè)子集,然后在每個(gè)子集上繼續(xù)構(gòu)建子樹,最終形成一個(gè)完整的回歸樹模型。為了避免過擬合,通過交叉驗(yàn)證的方法進(jìn)行后剪枝,從而獲得誤差最小的樹模型。其中A泵站前池水質(zhì)的回歸樹分析僅使用了2021年的水質(zhì)及降雨數(shù)據(jù),共有63個(gè)樣本,B泵站前池水質(zhì)的回歸樹分析使用了2021年和2022年的水質(zhì)及降雨數(shù)據(jù),其中氨氮質(zhì)量濃度共有113個(gè)樣本,CODMn質(zhì)量濃度共有116個(gè)樣本。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨事件后排澇泵站前池水質(zhì)變化特征

圖2為2021年7—8月A泵站、B泵站前池的氨氮質(zhì)量濃度、CODMn質(zhì)量濃度及24h降水量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。降雨后A泵站和B泵站前池氨氮質(zhì)量濃度和CODMn質(zhì)量濃度都有明顯的波動(dòng)。A泵站在24h降水量大于50mm時(shí),前池的氨氮質(zhì)量濃度和CODMn質(zhì)量濃度降低,24h降水量小于50mm時(shí),前池的污染物質(zhì)量濃度升高;B泵站前池的水質(zhì)變化情況幾乎與A泵站相反,此外B泵站前池的污染物濃度遠(yuǎn)低于A泵站。由于類型不同,有大量生活污水直接匯入的A泵站和有截流設(shè)施的B泵站前池水質(zhì)變化和降雨的響應(yīng)關(guān)系也有所不同;對(duì)于同一個(gè)泵站來說,不同場(chǎng)次降雨的降雨強(qiáng)度、前期干旱時(shí)間等特征也影響泵站前池水質(zhì)變化。

圖2 2021年7—8月降雨事件和排澇泵站前池水質(zhì)變化Fig.2 Rainfall events and change of water quality in the front pond of drainage pumping station during July-August 2021

3.2 排澇泵站前池水質(zhì)與降雨強(qiáng)度的關(guān)系

由于降雨時(shí)產(chǎn)生的地面沖刷、管道沖刷作用以及稀釋作用的影響,泵站前池水質(zhì)在不同等級(jí)降雨強(qiáng)度下變化情況不同。針對(duì)A泵站和B泵站分別選取3場(chǎng)降雨進(jìn)行降雨強(qiáng)度和泵站前池水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系分析,A泵站選取的降雨事件序號(hào)為1、2、7,B泵站選取的降雨事件序號(hào)為5、2、4(按大、中、小雨強(qiáng)排序)。

由圖3可知,A泵站大雨強(qiáng)下前池污染物質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì),氨氮和CODMn質(zhì)量濃度分別降低了8.6mg/L和2.1mg/L,降雨結(jié)束24h后氨氮和CODMn質(zhì)量濃度逐漸上升;中雨強(qiáng)下泵站前池污染物質(zhì)量濃度呈先升高后降低趨勢(shì),氨氮和CODMn質(zhì)量濃度分別升高了4.9mg/L和4.2mg/L,水質(zhì)峰值比降雨強(qiáng)度峰值滯后3h;小雨強(qiáng)下泵站前池水質(zhì)呈平緩上升趨勢(shì),氨氮和CODMn質(zhì)量濃度分別在達(dá)到15.6mg/L和9.0mg/L后基本穩(wěn)定,水質(zhì)峰值比降雨強(qiáng)度峰值滯后13h,泵站前池水質(zhì)在大、中、小雨強(qiáng)下均為劣Ⅴ類。B泵站大雨強(qiáng)下前池污染物濃度急劇上升,氨氮和CODMn質(zhì)量濃度分別升高了4.3mg/L和1.9mg/L,水質(zhì)峰值比降雨強(qiáng)度峰值滯后4～20h,降雨結(jié)束12h后泵站前池污染物質(zhì)量濃度逐漸降低并達(dá)到穩(wěn)定;中雨強(qiáng)下泵站前池污染物質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì),氨氮和CODMn質(zhì)量濃度分別降低了3.3mg/L和2.0mg/L,降雨結(jié)束后水質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定;小雨強(qiáng)下泵站前池污染物質(zhì)量濃度有略微下降的現(xiàn)象,但總體變化不明顯,水質(zhì)保持在Ⅲ類和Ⅳ類。

圖3 排澇泵站前池水質(zhì)與降雨強(qiáng)度響應(yīng)關(guān)系Fig.3 Relationship between water quality in the front pond of drainage pumping station and rainfall intensity

對(duì)比分析A泵站和B泵站,發(fā)現(xiàn)大雨強(qiáng)和中雨強(qiáng)條件下兩泵站前池的水質(zhì)變化呈現(xiàn)截然相反的現(xiàn)象。對(duì)于A泵站,大雨強(qiáng)雖然會(huì)將大量下墊面污染物和管道沉積物沖刷進(jìn)泵站前池,但由于匯入泵站的水量在短時(shí)間內(nèi)迅速增加,并且A泵站前池水質(zhì)初始濃度較高,更容易受到雨水稀釋作用的影響[13],從而導(dǎo)致泵站前池污染物質(zhì)量濃度下降,之后由于生活污水的匯入污染物質(zhì)量濃度又逐漸上升。而前期水質(zhì)較好的B泵站則更容易受到大雨強(qiáng)下強(qiáng)烈的下墊面沖刷[8]、管道沉積物沖刷[21]和生活污水直接匯入的影響,進(jìn)而導(dǎo)致泵站前池污染物濃度升高。中雨強(qiáng)條件下,A泵站降雨前期下墊面沖刷和管道沖刷作用占優(yōu),泵站前池污染物濃度增加;降雨后期,沖刷作用帶來的污染物減少,泵站前池污染物質(zhì)量濃度逐漸降低并達(dá)到穩(wěn)定。而B泵站在中雨強(qiáng)下前池污染物質(zhì)量濃度下降,是因?yàn)樯钗鬯筒糠殖跗谟晁唤亓籼幚?進(jìn)入泵站前池的徑流雨水中攜帶的下墊面和管道沖刷污染物減少,并且降雨對(duì)泵站前池內(nèi)的污染物具有稀釋作用。小雨強(qiáng)下,地表徑流緩慢甚至不形成地表徑流[17],管道沉積物的沖刷作用也不夠顯著[21],因此A泵站前池污染物質(zhì)量濃度隨著雨水和污水的匯入而逐漸上升并穩(wěn)定,B泵站無污水匯入,泵站前池水質(zhì)不會(huì)發(fā)生明顯變化。

此外,已有研究表明合流制管網(wǎng)溢流污水的污染物波峰比降雨強(qiáng)度峰值滯后10～45min[13],然而降雨形成地表徑流進(jìn)入管網(wǎng)再匯入泵站前池需要一定的時(shí)間,因此A泵站前池水質(zhì)峰值滯后于降雨強(qiáng)度峰值3～13h,相比于合流制管網(wǎng)末端排口滯后時(shí)間更長。

3.3 排澇泵站前池水質(zhì)與前期干旱時(shí)間的關(guān)系

圖4為不同前期干旱時(shí)間下,雨后一周內(nèi)A泵站和B泵站前池污染物質(zhì)量濃度的變化情況。3種前期干旱時(shí)間分別為連續(xù)降雨、前期干旱2d和前期干旱6d,對(duì)應(yīng)的降雨事件序號(hào)為6、3、5。3場(chǎng)降雨事件的次降水量均在35～45mm之間,兩排澇泵站均有生活污水溢流匯入,最大程度減少其他因素的干擾,只考慮前期干旱時(shí)間對(duì)泵站前池水質(zhì)的影響。

圖4 不同前期干旱時(shí)間下排澇泵站前池水質(zhì)的變化Fig.4 Change of water quality in the front pond of drainage pumping station under different previous drought duration

由圖4可知,A泵站作為晴雨天均有生活污水匯入的排澇泵站,泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度在雨后1周內(nèi)總體呈升高趨勢(shì);B泵站由于匯入了超量的溢流生活污水,泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度在雨后1周內(nèi)先上升后逐漸降低。連續(xù)降雨時(shí)A泵站和B泵站前池污染物質(zhì)量濃度變化最為明顯,這是因?yàn)锳泵站在前期受到雨水的稀釋作用,前池污染物質(zhì)量濃度處于偏低狀態(tài),后期雨量漸小,生活污水的匯入使A泵站前池污染物質(zhì)量濃度逐漸回升;而B泵站前池由于連續(xù)受到下墊面和管道沖刷效應(yīng)影響,且超量的生活污水持續(xù)溢流進(jìn)入泵站前池,從而導(dǎo)致B泵站前池污染物質(zhì)量濃度在降雨前期持續(xù)上升,后期降水量逐漸減少,生活污水被截流處理、沖刷效應(yīng)減弱,污染物質(zhì)量濃度迅速降低。

前期干旱時(shí)間為6d時(shí),雨后1周內(nèi)A泵站和B泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度基本高于前期干旱時(shí)間為2d時(shí)的質(zhì)量濃度,這是因?yàn)樵谏钗鬯畢R入量一定時(shí),前期干旱時(shí)間越長,下墊面污染物和管道沉積物累積程度越高,降雨時(shí)沖刷進(jìn)入泵站前池的污染物量也隨之增加。這與方燕等[22]關(guān)于不同降雨間歇期下雨污混接分流制區(qū)域河道水質(zhì)的變化研究結(jié)論相同,連續(xù)降雨天氣和長降雨間歇期導(dǎo)致雨后河水污染物質(zhì)量濃度變化較大,泵站前池水質(zhì)也呈現(xiàn)同樣的變化特征。

總體來說,前期干旱時(shí)間可以用來表征雨前污染物的累積程度,前期干旱時(shí)間越長,污染物累積程度越高,并且主要體現(xiàn)在下墊面和管道沉積物的沖刷效應(yīng)上,從而影響泵站前池水質(zhì)。連續(xù)降雨天氣下,降雨沖刷下墊面和徑流沖刷管道沉積物的現(xiàn)象不間斷導(dǎo)致泵站前池水質(zhì)受影響程度累加,但沖刷效應(yīng)在后期逐漸減弱,對(duì)泵站前池水質(zhì)的影響也不再顯著。

3.4 排澇泵站前池水質(zhì)影響因素綜合判別

3.4.1 A泵站前池水質(zhì)影響因素剖分

如圖5所示,回歸樹得出了2個(gè)A泵站前池氨氮質(zhì)量濃度的主要影響因素,分別是平均降雨強(qiáng)度和次降水量,不同影響因素下泵站前池污染物質(zhì)量濃度范圍見表3。A泵站前池氨氮質(zhì)量濃度主要受到平均降雨強(qiáng)度的影響,當(dāng)平均降雨強(qiáng)度大于或等于30.345mm/h時(shí),短時(shí)間內(nèi)有大量雨水匯入,稀釋占主導(dǎo)作用,平均降雨強(qiáng)度越大,泵站前池氨氮質(zhì)量濃度越小。平均降雨強(qiáng)度小于30.345mm/h時(shí),下墊面和管網(wǎng)的沖刷作用對(duì)泵站前池水質(zhì)產(chǎn)生更多影響,且次降水量越大,泵站前池氨氮質(zhì)量濃度越大。

表3 A泵站前池在不同影響因素下的污染物質(zhì)量濃度Table 3 Pollutant concentration in the front pond of drainage pumping station A under different factors

圖5 A泵站前池氨氮質(zhì)量濃度的回歸樹分析(樣本數(shù)n=63)Fig.5 Regression tree analysis of ammonia nitrogen concentration in the front pond of drainage pumping station A (n=63)

如圖6所示,A泵站前池CODMn質(zhì)量濃度的影響因素有4個(gè),分別是最大降雨強(qiáng)度、平均降雨強(qiáng)度、前期干旱時(shí)間和次降水量,不同影響因素下泵站前池污染物質(zhì)量濃度范圍見表3。當(dāng)最大降雨強(qiáng)度大于或等于6.77mm/h時(shí),前期干旱時(shí)間是泵站前池CODMn質(zhì)量濃度的主要影響因素,CODMn質(zhì)量濃度均值范圍為7.5～9.6mg/L,前期干旱時(shí)間小于2d時(shí)泵站前池CODMn質(zhì)量濃度平均值更高,是因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)頻繁降水時(shí)的降水量較少,對(duì)生活污水的稀釋作用較弱。

圖6 A泵站前池CODMn質(zhì)量濃度的回歸樹分析(n=63)Fig.6 Regression tree analysis of CODMn concentration in the front pond of drainage pumping station A (n=63)

3.4.2 B泵站前池水質(zhì)影響因素剖分

和A泵站不同的是,次降水量、前期干旱時(shí)間、最大降雨強(qiáng)度和平均降雨強(qiáng)度是B泵站前池氨氮濃度的主要影響因素,不同影響因素下泵站前池污染物質(zhì)量濃度范圍見表4。如圖7所示,在次降水量小于6.48mm條件下,前期干旱時(shí)間是B泵站前池氨氮質(zhì)量濃度的主要影響因素,前期干旱時(shí)間小于1.5d時(shí),泵站前池水質(zhì)受上一場(chǎng)降雨的累加影響,氨氮質(zhì)量濃度較高。當(dāng)次降水量大于或等于6.48mm時(shí),最大降雨強(qiáng)度為泵站前池氨氮質(zhì)量濃度的首要影響因素,最大降雨強(qiáng)度大于或等于5.825mm/h時(shí),隨著平均降雨強(qiáng)度的增加,降雨的稀釋作用占優(yōu),泵站前池氨氮質(zhì)量濃度降低,平均值為0.9mg/L;最大降雨強(qiáng)度小于5.825mm/h時(shí),降雨對(duì)下墊面和管道沉積物的沖刷作用最明顯,氨氮質(zhì)量濃度最高,平均值為4.5mg/L。

表4 B泵站前池在不同影響因素下的污染物質(zhì)量濃度Table 4 Pollutant concentration in the front pond of drainage pumping station B under different factors

圖7 B泵站前池氨氮質(zhì)量濃度的回歸樹分析(n=113)Fig.7 Regression tree analysis of ammonia nitrogen concentration in the front pond of drainage pumping station B (n=113)

B泵站前池CODMn質(zhì)量濃度的影響因素有3個(gè),分別是平均降雨強(qiáng)度、前期干旱時(shí)間和次降水量,不同影響因素下泵站前池污染物質(zhì)量濃度范圍見表4。如圖8所示,在平均降雨強(qiáng)度大于或等于0.48mm/h條件下,前期干旱時(shí)間是泵站前池CODMn質(zhì)量濃度的主要影響因素,前期干旱時(shí)間小于17.5 d時(shí),次降水量對(duì)CODMn的影響較小;前期干旱時(shí)間大于或等于17.5 d時(shí),CODMn質(zhì)量濃度均值為8.2mg/L,前期干旱時(shí)間越長,污染物累積程度越高,被沖刷進(jìn)入泵站前池的污染物量也越多。

3.4.3 排澇泵站前池水質(zhì)影響因素與出流污染控制方式探討

在已有研究中,Perera等[11]研究認(rèn)為前期干旱時(shí)間、平均降雨強(qiáng)度和降雨事件前的流量是影響合流制溢流污水最大CODMn質(zhì)量濃度的3個(gè)主要因素。李哲等[17]發(fā)現(xiàn)次降水量是影響徑流沖刷能力的主要因素,而降雨強(qiáng)度是相對(duì)次要因素。以上影響因素及其重要性程度與本研究所得結(jié)論較為一致,表明本研究中排澇泵站的前池收水與合流制排水系統(tǒng)末端出流具有一定相似性。

對(duì)比A泵站和B泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度的回歸樹分析結(jié)果,A泵站由于始終存在大量生活污水匯入,降雨強(qiáng)度和次降水量是泵站前池水質(zhì)的主要影響因素,說明降雨導(dǎo)致的沖刷作用和稀釋作用均對(duì)泵站前池水質(zhì)波動(dòng)有較為明顯的影響。盡管在雨強(qiáng)較大時(shí)稀釋作用會(huì)導(dǎo)致泵站前池污染物濃度的下降,但同時(shí)期匯入前池的污染負(fù)荷也會(huì)顯著增加,排入受納水體后仍然會(huì)對(duì)河道水質(zhì)造成較大影響[23]。

B泵站前池水質(zhì)的主要影響因素是次降水量、前期干旱時(shí)間和降雨強(qiáng)度,說明B泵站匯水范圍內(nèi)的下墊面及管道污染物累積程度對(duì)泵站前池水質(zhì)也有影響,也表明對(duì)于B泵站這種以接收雨水徑流為主的泵站,降雨沖刷作用對(duì)前池水質(zhì)的影響大于稀釋作用[24]。但當(dāng)降水量大于泵站前池一體化處理設(shè)施的截流處理能力時(shí),雨污混流的入流污水仍然是導(dǎo)致泵站前池污染物質(zhì)量濃度上升的重要原因。

進(jìn)一步分析泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度的影響因素,發(fā)現(xiàn)排澇泵站A和B前池CODMn質(zhì)量濃度與降雨的響應(yīng)規(guī)律相似,相比于氨氮質(zhì)量濃度,CODMn質(zhì)量濃度受降雨強(qiáng)度和前期干旱時(shí)間的影響更為明顯。這是因?yàn)橄聣|面污染物中的COD主要賦存于顆粒物中并隨徑流遷移[25],同時(shí)Yu等[26]對(duì)合流制管道中的沉積物檢測(cè)發(fā)現(xiàn)合流制排水系統(tǒng)的顆粒態(tài)COD負(fù)荷大于溶解態(tài)COD負(fù)荷,因此當(dāng)降雨強(qiáng)度越大、前期干旱時(shí)間越長時(shí),下墊面和管道沉積物中積累的顆粒物更易被沖刷進(jìn)入泵站前池,顆粒物中賦存的COD量也更多。

現(xiàn)狀城市排澇泵站的調(diào)度管理中,由于對(duì)泵站前池水質(zhì)影響因素作用機(jī)制及影響因素了解的缺失,難以根據(jù)降雨條件預(yù)判并科學(xué)制定管理調(diào)控方案,降雨發(fā)生后,河道水質(zhì)下滑超標(biāo)現(xiàn)象仍然較為突出[27]。針對(duì)A泵站這類晴雨天均存在生活污水匯入的排澇泵站,首要任務(wù)是對(duì)入流污水進(jìn)行有效截流、處理,并通過系統(tǒng)調(diào)蓄[28]、調(diào)峰填谷等措施降低匯水區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)運(yùn)行水位[29],提升排水系統(tǒng)韌性,避免晴天生活污水匯入并盡量減少小、中雨條件下混流雨污水的入流量[30]。針對(duì)B泵站這類以接收雨水徑流為主、間斷性存在生活污水匯入的泵站,應(yīng)合理利用前池調(diào)蓄能力,在降雨來臨前開泵預(yù)降水位,增大降雨期間的混流污水截流量。同時(shí),在條件允許情況下,增大前池入流污水一體化設(shè)施的處理能力與應(yīng)急調(diào)蓄能力,盡可能減少雨天污水溢流進(jìn)入泵站前池并排放至受納水體現(xiàn)象的發(fā)生[31]。

4 結(jié) 論

a.不同降雨強(qiáng)度下不同類型排澇泵站前池水質(zhì)變化規(guī)律不同。晴雨天均有生活污水匯入的A泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度在大雨強(qiáng)下分別降低8.6mg/L和2.1mg/L,在中雨強(qiáng)下先升高后降低,在小雨強(qiáng)下先平緩上升后基本不變,泵站前池水質(zhì)在大、中、小雨強(qiáng)下均為劣Ⅴ類;主要接收降雨徑流但雨量大時(shí)有生活污水溢流匯入的B泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度在大雨強(qiáng)下先升高后逐漸降低,在中雨強(qiáng)下分別降低了3.3mg/L和2.0mg/L,在小雨強(qiáng)下變化不大,水質(zhì)保持在Ⅲ類、Ⅳ類。

b.不同前期干旱時(shí)間下排澇泵站前池水質(zhì)變化規(guī)律不同。連續(xù)降雨天氣使雨后泵站前池氨氮和CODMn質(zhì)量濃度波動(dòng)變化較大,前期干旱時(shí)間越長,降雨發(fā)生后泵站前池水質(zhì)越差。晴雨天均有生活污水匯入的泵站前池污染物質(zhì)量濃度在雨后一周內(nèi)總體呈升高趨勢(shì),主要接收降雨徑流但雨量大時(shí)有生活污水溢流匯入的泵站前池污染物質(zhì)量濃度在雨后一周內(nèi)呈先上升后逐漸降低的趨勢(shì)。

c.不同類型排澇泵站前池水質(zhì)影響因素不同。晴雨天均有生活污水匯入的泵站前池水質(zhì)主要受降雨強(qiáng)度和次降水量影響,主要接收降雨徑流但雨量大時(shí)有生活污水溢流匯入的泵站前池水質(zhì)主要受次降水量、前期干旱時(shí)間和降雨強(qiáng)度影響。

d.針對(duì)晴雨天均存在生活污水混入的排澇泵站,污水截流、降低管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行水位是改善前池水質(zhì)最首要的任務(wù);針對(duì)以接收雨水徑流為主、間斷性存在生活污水匯入的排澇泵站,合理調(diào)蓄、預(yù)降水位、增大入流污水處理調(diào)蓄能力,是避免溢流現(xiàn)象發(fā)生、提升前池水質(zhì)的重要措施。