合流制溢流控制指标与标准制定研究

合流制溢流(combined sewer overflow, CSO)控制是城市水环境质量改善的关键一环,相关指标及标准制定尚显薄弱。基于技术的排放控制指标主要包括溢流频次、溢流体积控制率、污染物排放浓度限值、CSO效率及稀释度等,因这些指标缺乏对CSO水质水量控制效果的综合评价,进而提出雨季CSO污染负荷占比的指标;基于受纳水体水质保障的控制指标包括急性氨中毒、溶解氧浓度及细菌标准等。总结CSO控制标准确定依据,主要分为类比分流制污染负荷确定CSO污染物排放标准、依据工程实践效果制定CSO效果标准以及依据水体用途对CSO制定不同控制水平的标准。在此基础上,提出在"摸清本底,明确目标,系统治理"的理念指导下构建以受纳水体水质达标为目标导向的CSO控制标准体系及治理技术路线,为我国CSO标准制定提供参考。     

合流制溢流污染控制系统决策

合流制溢流(CSO)污染控制以削减溢流进入受纳水体的污染物总量为目标。由于合流制排水系统的复杂性以及污染物传输、溢流过程的随机性和多变性,CSO污染控制涉及一系列错综复杂的理论与工程实际问题,因而需要进行科学的系统决策,以降低投资、提高效益。首先分析我国城市CSO污染控制存在的主要问题;再从解析合流制及其溢流污染控制系统的组成关系入手,从宏观、系统的角度分析CSO污染的产生与传输过程,构建CSO污染控制系统,并对几个主要子系统进行分析;最后提出CSO污染的系统控制原理,探讨子系统的合理衔接、匹配和控制方案的优化选择问题,为我国城市CSO污染控制提供一个清晰的思路。     

中美合流制溢流污染控制概要比较

合流制溢流(CSO)污染长期以来严重制约我国水环境质量改善,已成为现阶段海绵城市建设与黑臭水体整治中不可回避且亟待解决的重大难题。美国在世界范围内较早地开展CSO污染控制,整体上在CSO污染物削减、受损水体恢复等方面取得了良好成效。简要梳理中美两国合流制排水系统及溢流污染控制概况,对两国CSO污染控制的法律法规及政策、管控方法、标准规范、相关规划等方面进行比较分析,以期为我国CSO污染控制有序推进提供参考。     

雨水延时调节设施有限差分法设计案例研究

雨水延时调节是海绵城市建设的重要工程措施之一。延时调节设施具有径流峰值控制和径流污染控制双重功能,进水口入流、设施内水位、多级溢流口出流过程动态精细化的水文水力计算是合理确定设施规模的关键。结合案例,与SWMM模型模拟结果进行对比分析表明,基于质量守恒定律的有限差分法满足工程设计精度要求,可弥补我国规范中传统峰值调节设施规模设计方法的局限,为海绵城市径流污染控制与内涝防治多功能设施的设计提供参考。     

合流制溢流初期冲刷及其控制策略研究

对影响合流制溢流(CSO)水质水量变化及初期冲刷的主要因素进行了深入、系统的分析。结果表明,由于受降雨条件、管道系统特征、管道沉积物及截流设施等因素的综合影响,CSO水质水量变化随机且复杂,每个管道系统在不同降雨事件中所表现出的冲刷规律都可能不同;合流制系统汇水面积较大、管网拓扑结构复杂、管道沉积物较多、设置截流设施等特点都在一定程度上削弱了CSO的初期冲刷;在不少情况下,甚至不存在初期冲刷现象。因此,CSO污染控制不能简单基于初期冲刷存在的假设,而应基于对本区域CSO的监测与研究,或通过科学地把握CSO冲刷规律的本质及特点有针对性地制定控制策略。     

基于低影响开发的合流制溢流污染控制策略研究

在合流制区域广泛采取基于低影响开发(LID)的源头分散式雨洪控制措施可以有效地减少合流制溢流(CSO)污染,并且具有较好的经济效益和生态效益,因而受到越来越多的关注。指出传统措施和单一控制思路的局限;分析基于LID的CSO污染控制策略的产生及利用LID削减CSO污染的原理和典型案例;探讨传统控制措施与LID措施的不同特点及相互关系;最后结合我国实际,指出在我国城市推广应用LID面临的障碍并提出建议,以期为我国城市更经济、高效地控制CSO污染及在老城区广泛推广LID提供参考。     

“灰绿”协同措施对银川市合流制溢流污染的影响EI北大核心CSCD

针对合流制管网系统在雨天溢流污染严重,造成城市水体黑臭现象的问题,以银川市某高密度城区合流制管网系统为例,基于SWMM模型,在短历时设计降雨和长历时设计降雨两种条件下,模拟分析了合流制溢流(CSO)调蓄池、雨污管道混错接改造、绿化带海绵化改造等“灰绿”协同措施对CSO污染的影响。结果表明:CSO调蓄池、雨污管道混错接改造、绿化带海绵化改造及“灰绿”措施结合4种方案在短历时、长历时设计降雨条件下,随着降水量的增加,溢流水量及溢流污染物负荷均增加,溢流削减率均逐渐减小,其中“灰绿”措施结合方案对溢流污染的削减效果最为显著;重现期小于5 a时,溢流水量削减率与溢流污染物负荷削减率基本达到80%;降雨条件为中雨时,污染物负荷削减率基本达到75%;重现期为20 a时,溢流水量削减率及TSS、COD、TP、NH^(+)_(4)-N负荷削减率分别达到64%、70%、70%、70%、70%;降雨条件为大雨时,溢流水量削减率及TSS、COD、TP、NH^(+)_(4)-N负荷削减率分别达到28%、32%、26%、31%、33%。     

城市雨水处理设施规模确定方法分析

目前国内缺乏对雨水处理设施规模设计方法及相关参数的系统研究,影响了这些设施的合理设计与建设.针对这一问题,根据不同雨水处理设施的处理机理,参考一些发达国家雨水处理设施规模的确定方法及我国城市实际情况,分析以水质控制为目标确定雨水处理设施规模的容积法和流量法,重点介绍了水质控制体积WQV,以北京为典型城市统计分析了WQV的关键参数--设计雨量的确定,并给出了我国31个城市WQV的设计参数,为我国城市径流污染控制的雨水处理设施规模设计提供参考.     

雨水滞渗设施溢流风险分析

雨水滞渗设施的设计排空时间应综合权衡溢流风险和悬浮颗粒物(SS)的去除效果确定,设施溢流频率为雨后排空过程中发生溢流的频率与已排空状态下发生溢流的频率之和,与设施规模、设计排空时间、降雨间隔时间、降雨量等密切相关。对北京市多年降雨数据进行统计分析,在独立降雨事件划分的基础上,拟合得出降雨间隔时间和降雨量的概率密度函数,量化分析雨水滞渗设施的溢流风险,以期为雨水滞渗设施规模及排空时间的合理设计提供参考。     

阶梯式溢流堰水力特性研究

阶梯式溢流堰的体型设计直接影响其水力特性及下游消能设施的规模。结合凯乐塔水电站工程的水力学模型试验,选用3D紊流模型,采用VOF法对其阶梯式溢流堰流场进行了三维数值模拟,分析不同水力工况条件下坝面下泄水流水力参数,并与水力学模型试验所测数据进行对比分析。研究结果表明,合理布置阶梯式溢流面能减少过流流速,提高消能效果,缩短消力池长度。     

灰绿耦合雨洪系统多目标优化建模与应用

以中山市某开发区为例,以灰绿基础设施总成本、径流系数和节点总溢流量为目标函数,以子汇水区内涝风险等级作为罚函数构建灰绿耦合排水系统多目标优化模型,基于NSGA-Ⅱ算法,编写SWMM接口程序,调用SWMM进行雨洪模型计算及方案寻优,对24h设计暴雨条件下的灰色调蓄设施和绿色LID设施的规模进行多目标优化设计及综合评估。结果表明:绿色LID设施径流系数和节点总溢流量削减量均随其成本的增加呈近似线性下降的趋势,并随重现期增加而加快;灰色调蓄设施容积与节点总溢流量曲线存在明显拐点,拐点后规模增大的边际效益趋0;提出的灰绿耦合基础设施优化模型及求解程序对初始种群设置技术要求低,且能稳定收敛,可为城市雨洪管理方案的制定提供支持和依据。     

基于暴雨管理模型的广州某城市住区的低影响开发规划

以广州某城市小区为对象,基于GIS和SWMM构建城市住区雨水管理模型,对未开发、现状和分别应用绿色屋顶、渗透路面和雨水花园3类低影响设施等情景条件下,面向不同降雨重现期的地表径流、管道溢流变化情况进行模拟,并根据模拟结果,估算各类低影响设施的雨水管理效率和成本。在此基础上,结合研究区内子汇水区的实际情况,不断调整和优化的低影响设施的组合,最后形成研究区低影响设施综合规划优化布局。研究结果表明,综合应用各类低影响设施,能够有效地降低城市住区的径流和管道溢流总量,重建城市水生态,达到从源头控制城市内涝的目标。     

不同LID设施组合对区域雨洪控制效果的影响模拟

为研究不同LID设施组合对区域雨洪控制效果的影响,以南京市雨花台区一区域为研究区构建了暴雨径流管理模型,在模型中分别设定4种LID设施组合来模拟分析研究区2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇降雨条件下的地表径流、排水管网溢流及污染物排放情况。结果表明:不同LID设施组合对研究区均有减小径流量、缓解节点溢流和削减污染物排放量的作用,但随着降雨重现期的增大,对雨洪控制效果降低;以绿色屋顶和透水铺装为主,加以适当比例生物滞留设施和雨水花园的LID设施组合对研究区的雨洪控制效果较好。     

城市排水管网溢流模拟及污染控制研究——以广州市东濠涌为例

利用水力/水质模型软件AgSWMM,结合物联网在线监测技术和地理信息等技术,构建广州市东濠涌流域的水动力模型,通过5场设计降雨事件对模型进行情景模拟,对比分析了溢流污染改造方案前后溢流点和污染物浓度的削减程度,结果表明增加调蓄池可减少区域内溢流量并控制河道污染物浓度,同时也为合流制溢流污染控制效果评估提供了一个解决思路。     

用VOF方法数值模拟溢流堰流场

采用流体体积函数处理水气交界面，并与标准的k-ε二方程紊流模型耦合模拟了溢流堰上的流场．计算的溢流堰上压力分布和流速，均与物理模型试验的测量结果较为吻合．     

基于质量冲刷曲线和多属性决策的分流制控污调蓄设施的优化设计

针对控制分流制系统径流污染的调蓄设施的设计,尝试引入反映径流与污染负荷之间函数关系的质量冲刷曲线,并利用SWMM(storm water management model)计算所需数据,作为调蓄规模的确定依据;同时辅以多属性决策模型,综合多种因素,对调蓄设施进行优化设计,从而建立一种较为科学、简明的控制分流制径流污染调蓄设施的优化设计方法。以山西省某县为实例进行计算,结果表明相比于传统的末端调蓄方案,优化方案的总调蓄规模增加6.3%,节点平均调蓄规模减少了47%,径流污染控制效果提升了5%,且能削减高重现期下的系统溢流。优化方案在实现径流污染控制目标的同时降低内涝的风险,表明了该方法的有效性和可行性。     

基于SWMM截流式合流制管网溢流水质水量模拟

采用暴雨管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)对柳州市竹鹅溪片区截流式合流制管网溢流进行了水质水量模拟,并将模拟结果与实测数据进行了比较分析。结果表明,虽然TSS模拟结果与实测值偏差较大,但模型的水量模拟具有较高的可靠性与准确性,TN、TP、COD三种污染物模拟结果也与实测数据偏差较小。SWMM模型可以成为城市面源污染研究的有效工具,并为合流制溢流污染控制提供科学参考。     

基于SWMM模型的海绵城市径流量控制有效评估方法

当前，我国海绵城市管理出现诸多问题，传统的流量控制方法，难以科学有效的实现流量控制分析，使其流量出现评估不准确的情况。为了解决上述问题，提出了基于SWMM模型下的海绵城市径流量控制效果评估方法，该方法引入SWMM模型，实现实时跟踪模拟，确定SWMM模型在城市排水系统中的组成结构。SWMM模型主要由水文模块、水质模块、水力模块三个部分组成，分别对地面径流量和污染物累积进行计算，并得到水力模块的连续性方程。同时，也考虑到路面工程建设的改建、生物滞留设施、雨水花园、透水铺装几个方面对雨水径流关系的影响，对多个角度进行控制评估。实验结果表明，通过建立基于SWMM模型的连续降雨下的海绵城市径流量控制效果评估方法，针对连续降雨天气进行分析，海绵城市径流量提高了40%以上，对于保证城市维稳和运营有着显著的效果。     

基于SWMM的天门北城区排水系统削峰及控污模拟分析

基于SWMM构建天门北城区排水系统的水力水质模型,进行不同降雨强度条件的暴雨模拟,识别严重溢流节点。在此基础上,对严重溢流节点所对应子汇水区提出适用的组合LID措施,并采用SWMM中的LID模块对雨水水量和水质控制效果进行模拟。结果表明,组合LID措施对严重溢流节点溢流时间和总溢流量的控制效果较好,对管道峰值流量的削减有一定的作用,对子汇水区地表径流量峰值的削减率可稳定在20%以上。随着暴雨重现期的增大,组合LID措施对节点溢流的控制和管道峰值流量的削减效果会逐渐减弱。组合LID措施对排放口处COD、TN、TP出流总量的削减效果较好,削减率基本在40%~50%。     

区域特征参数及降雨等级差异性对合流制系统溢流影响模拟研究

针对地形坡度、土壤渗透性能、不透水面积率、年径流总量控制率、截流倍数、截流井上游管段设计重现期六类合流制区域特征参数及降雨因素对合流制溢流总量及溢流频次的影响,利用S WMM模型模拟研究了合流制区域特征参数对溢流结果的影响权重、合流制区域特征参数组合正交方案的差异性及降雨因素与引入的溢流比概念的响应关系.结果表明,合流制区域特征参数针对不同的溢流评价指标,在场次降雨与雨季连续降雨边界条件下对溢流结果的影响权重排序不同;不同合流制区域特征参数组合工况条件下,源头体积控制可对溢流总量削减12.01％～100％,对溢流频次可削减0～6次;年溢流比与年降雨量关联性较强,年溢流比高的年份为特丰水年或偏丰水年;对于场次降雨来说,当降雨等级为大到暴雨及以上等级易产生溢流,场次溢流比随降雨等级增加而增加.