降雨对城市外排水量的影响分析及对策研究

张荣斌 马晖斌 韩明 陆海涛 徐洁燕 潘泽栋

摘要：降雨原因造成的城市外排水量增加对于污水处理厂的稳定运行具有重要的影响。本文基于嘉兴市联合污水排污区在2014～2016年的外排水量、降雨量和河道水位等数据，分析了降雨对外排水量的影响规律及其成因，提出了减少降雨对外排水量影响的相关措施，以期为城市污水处理厂的稳定运行提供支撑。

关键词：降雨径流;外排水量;降雨量;河道水位

中图分类号：X799.3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.088

Study on the influence of rainfall on the urban sewage discharge and the countermeasures

Zhang Rongbin，Ma Huibin，Han Ming，Lu Haitao，Xu Jieyan，Pan Zedong

（Jiaxing United Sewage Pipe Network Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314000，China）

Abstract：The increase of the urban sewage discharge caused by rainfall has an important effect on the stable operation of the wastewater treatment plant.Based on the data of the urban sewage discharge，the rainfall and river water level， of Jiaxing City from 2014 to 2016，this paper analyzes the influence and causes of rainfall on the urban sewage discharge，and puts forward relevant measures to reduce the impact of rainfall，in order to provide support for the stable operation of the urban sewage treatment plant.

Key words：Rainfall-runoff;Sewage discharge;Rainfall;River water level

1背景

隨着城市化进程的加速发展以及国家对水环境保护的重视，我国普遍开展了对现有合流式污水雨水处理系统的改造，以避免降雨时过量雨水进入污水管网而造成污水处理厂进水量的增加，以及因此造成的污水处理厂在雨季进水浓度的降低，影响污水生化处理效果。目前，研究降雨对城市外排水量影响的相关研究较少。在国外，Hanner[1]等人研究了瑞典的两座污水处理厂，结果表明在降雨条件下两座污水处理厂的进水量大幅增加，造成了两座污水厂的出水污染物浓度都超过了相关的污染物排放标准，不能达标排放。Mines[2]等人研究了24座污水厂，结果表明污水厂的进水量都与月平均降雨强度之间存在中等或较强的相关性。在国内，有关降雨对污水处理厂运行影响的研究比较少见。赵珊[3]等人研究了降雨条件下污水厂生物处理系统的运行情况，结果表明在降雨条件下污水处理厂的脱氮除磷性能受到了显著影响。因此，研究降雨对污水处理厂进水的影响具有重要意义。

2 研究方法

本文基于嘉兴市联合污水排污区的相关外排水量、降雨量和河道水位等数据，初步分析了降雨对城市外排水量的影响规律及成因，提出了减少降雨影响的对策措施。基于联合污水外排系统在2014年、2015年和2016年的相关数据，全年超负荷（>60万m?/d）运行天数分别达到78d、206d和280d，其全年平均日外排污水量分别为52.64、57.40、6.201×105m?/d，2016年以后系统正常外排污水量已经基本饱和。因此，研究降雨对外排水量的总体影响分析选用了2014～2016年的数据，在具体影响原因分析时则选用水量最小的2014年的数据进行研究。

3 降雨对外排水量的影响分析

3.1 降雨对外排水量的长期影响分析

2014～2016年的联合污水外排水量、月降雨量和月平均河道水位（市区防洪大包围外的杭州塘）的相关数据分析见图1和图2。结果表明，外排水量在高温多雨的夏季达到全年最高值，冬季低温少雨时水量较小;在春节前后、因企业停产，外排水量达到全年的最低值。外排水量与降雨量、河道水位的变化趋势呈现基本同步变化。初步分析，首先是嘉兴地处东亚亚热带季风区，雨热同步，因此夏季多雨，同时夏季高温用水量增加、相应污水量增加。其次，降雨增加，由于雨污合流、雨污混接等原因进入污水管网的雨水量必然增加;河道水位上涨，相应地下水水位同步上涨后、渗入污水管道的地下水量也增加。此外，一方面，随着污水收集率的提升此三年数据总体逐年增长，另一方面，年降雨量也逐年增加，初步推测降雨因素是这几年外排水量增加的次要原因之一。

3.2 降雨对外排水量的短期影响分析

2014年5～6月期间有连续多日强降雨，有数日小雨，有连续数日无雨，河道水位与降雨相关性较好。不同降雨过后，外排水量同步呈现不同幅度的增长，因此作为降雨影响外排水量的具体情况分析。由图3可知，5mm以内的日降雨对外排水量几乎没有影响，5～10mm左右的日降雨量，可增加日外排水量约2～5×104t，10mm以上的日降雨量的次日，即可对外排水量产生明显影响，一般增幅在1×105t以上，连续3日以上降雨、并在日降雨20mm以上的次日，外排水量即可超过6×105t的设计能力，增幅在1.5×105t以上。考虑其时管网运行水位普遍偏高、甚至在起端外溢，推测如果外排设计能力足够富裕，降雨后的外排量还会增加。河道水位的波动几乎与外排水量重叠，在间接反映降雨对外排水量的影响的同时，也反映了服务区内存在较为普遍的雨污混接和管井渗漏。

4 降雨对外排水量影响的成因分析

分析降雨期间外排水量大幅增加的原因，包括以下几个方面：

（1）限于实施难度、历史原因和小区污水收集三级污水管网实施的滞后，老城区、老旧小区、沿街商铺等仍部分保留了合流制的排水系统，导致雨季超过截留倍数以外的雨水大量进入外排污水系统。（2）雨污分流制小区存在不同程度的雨污串管现象，导致雨季雨水甚至河水大量进入污水系统。（3）降雨时河道水位越高，相应地下水渗入量也越大。同时，地下水携带着管道周边土地进入管道，还会导致管道非正常淤堵、道路路基塌陷。（4）砖砌检查井抗渗能力差、管道连接和井体砌筑质量差。

5 减少降雨对外排水量影响的措施

结合降雨对外排水量影响的成因分析，提出了减少降雨对外排水量影响的相关措施如下：

（1）结合旧城改建推进雨污分流改造，逐步减少合流制排水系统的范围，最终全部实现雨污分流排水系统。（2）利用公园、停车场等公共空间，规划布置一定数量的调节池，将雨季合流水予以存贮，在降雨后期逐步排放进入城镇生活污水处理系统，减少对污水系统的冲击以及对内河水体的污染。（3）结合CCTV等检测手段以及市政道路建设、绿化提升、小城镇综合改造、海绵城市改造等工程，改造或重建渗漏严重的结构性缺陷管井。重新敷设的管材推荐使用强度高的钢筋砼混凝土（没有工业废水接入的地区）或球墨铸铁管，完善原材料进场第三方质量抽检、施工质检和竣工验收检测监测程序。

6 结论与展望

降雨原因造成的城市外排水量增加对于污水处理厂的稳定运行具有重要的影响。本文基于嘉兴市联合污水排污区在2014～2016年的外排水量、降雨量和河道水位等数据，分析了降雨对外排水量的影响规律及其成因，结果表明降雨是造成外排水量增加的重要因素。因此，预期通过对合流制排水系统的改造、海绵城市建设等工程措施以及排水设施建设标准的提高，有望能够大幅度的减少降雨期间对外排水量的增加，进而减少对污水处理厂进水稳定的冲击，从而保障污水处理厂出水的水质稳定达标排放。

参考文献

[1]Hanner N， Mattsson A， Gruvberger C， et al. Reducing the total discharge from a large WWTP by separate treatment of primary effluent overflow [J].Water Science & Technology，2004，50（7）：157-162.

[2]Mines R O Jr， Lackey L W， Behrend G H. The impact of rainfall on flows and loadings at Georgias wastewater treatment plants [J].Water Air and Soil Pollute，2007，179（1-4）：135-157.

[3]赵珊，孟春霖，高琼，等.降雨对污水处理厂生物处理系统影响研究[J].城镇供水，2010（S1）：35-38.

[4]廖爱仙，胡华域.对城镇污水处理厂污水监测技术的若干分析[J].环境与发展，2019，31（07）：148+150.

收稿日期：2020-03-11

课题项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项“区域水环境质量改善综合调控系统与平台建设”课题（编号：2017ZX07206-001）

作者简介：张荣斌（1973-），男，汉族，本科学历，高级工程师，研究方向为给排水工程。

通訊作者：张荣斌。