朱春龍
(揚州大學水利與建筑工程學院)

　　污水截流是城市水環境控制的一個重要措施。目前截流倍數的分析還沒有成熟的方法，要考慮的因素較多，如經濟、環境、水文等，很難準確進行定量分析。
　　一般而言，截流倍數大，則工程投資要增加，環境效益好；截流倍數小，則工程投資少，但對環境的負面影響大。在確定截流倍數時可以把目標定為在環境標準許可的前提下，盡量使用較小的截流倍數。

1 截流倍數分析方法

　　確定截流倍數需先計算雨洪流量及雨洪污染物濃度、旱流流量及旱流污染物濃度，在此基礎上，假定不同截流倍數進行調節計算。圖1為截流倍數分析計算流程。

1.1 雨洪流量過程計算
1.1.1 設計暴雨過程計算
　　采用目前排水規范應用的暴雨公式：

　　　　i＝A1（1＋ClgT)/(t+B)n

　　式中　i——暴雨強度，mm/min?
?　　　　t——降雨歷時，min?
?　　　　T——重現期，a?
?　　　　A₁、C、B、n?——地方參數，可查設計手冊，或據實測暴雨資料確定
　　在選定設計重現期的條件下，為求得最大的設計洪峰流量，需選擇適當的設計暴雨歷時，這個歷時要足夠長，以便整個流域的徑流都能匯集到設計點。有了設計暴雨歷時后，采用同頻率法或芝加哥法可得到非均勻雨量分配過程。
1.1.2 凈雨過程計算
　　推求凈雨過程的方法較多，如下滲公式法、經驗相關圖法、初損后損法、徑流系數法、蓄滿產流模型法等，降雨徑流經驗相關圖法是一種行之有效的方法，可用下式表達：

　　SR_t=[(SP_t+P_a+C_p)³+C_i³]^1/3-C_i式中　P_a——前期影響雨量?
?　　　　SP_t——累積雨量?
?　　　　SR_t——累積產流量?
?　　　　C_p、C_i——產流公式參數，不同水文分區取值不同

　　具體計算時將城市流域分為透水區域與不透水區域，透水區域用產流公式計算，不透水區域產流量與降雨量相等，用下式計算總產流量：

　　R_t=P_tI_mp+RC_t(1-I_mp)
　　式中 R_t——t時段總產流量?
?　　　I_mp——不透水面積占總面積的比例?
?　　　P_t——t時段內的降雨量?
?　　　RC_t——t時段內透水面積上的產流量?(RC_t＝SR_t-SR_t-1)

1.1.3 流量過程計算
　　推求流量過程可采用等流時線法、經驗單位線法、瞬時單位線法、水力學法等。瞬時單位線法是指無窮小時段內流域上均勻的單位凈雨所形成的地面徑流過程線。納希(Nash)用幾個線性水庫串聯后，推導出納希瞬時單位線公式如下：

　　u(t)=(t/k)^n-1e^-t/k/KГ(n)
　　式中　n——水庫數或調蓄次數
　　　　　K——分段內的傳播時間
　　　　　Г——伽瑪函數

　　借助S曲線可將瞬時單位線轉化為時段長為△t的時段單位線u（△t,t)，便于實際應用。

　　
　　式中　Kc——考慮流域面積及計算時段長的單位換算因子
　　　　　n、K——參數，可由實測資料確定，或查有關資料用經驗公式計算

1.2 徑流污染物濃度計算
　　采用非點源運動波模型計算，其基本假定為：流域不透水，污染物守恒，在降雨開始前均勻分布于整個流域，并在徑流中均勻混合。徑流污染濃度的運動方程如下：

　　
　　式中　Cr——污染物濃度
　　　　　hr——總凈雨深
　　　　　h——凈雨深
　　　　　D——彌散系數
　　　　　u——平流質點流速

　　由假定將運動方程簡化為：

　　dC_r/dt=-(C_r/h_T)(dh/dt)
　　解得　Cr=Cr0h(-h/hT)
　　式中 Cro——積分常數，表示降雨開始時的污染物濃度

　　徑流中污染總量為：

　　
　　式中　F——流域面積，km²
　　　　　MW——污染物總量，kg

　　采用下式計算污染物沖刷總量：

　　MW=q_cFT
　　式中　qc——污染物沖刷率模數
　　　　　T——降雨沖刷歷時

1.3 混合流污染物濃度計算
　　根據計算區域規劃人口情況、工業布局等確定旱季流量Ｑ和旱季污染物濃度C，將合流制管渠模擬為零維完全混合反應器，則混合流的污染物濃度用下式計算：

　　Ch=(CrQr+CfQf)/(Qr+Qf)
　　式中 Ch——混合流污染物濃度

1.4 溢流流量及污染物濃度計算
　　溢流流量用下式計算：
　　如果Ｑr＞n₀Ｑ_f，Ｑ₀＝Q_r-n₀Qf
　　若Ｑr＞n₀Ｑ_f，則Q₀=0
　　溢流污染物濃度用下式計算：
　　若Q₀＞0，則C₀=C_h
　　若Q₀≤0，則C₀=0
1.5 截流倍數確定
　　用非穩態水質模型模擬不同截流倍數下受納水體的水質變化情況，與受納水體環境保護目標進行對照，滿足受納水體環境保護目標的最小截流倍數即為所求。

2 算例

2.1 基本資料
　　某市位于江蘇省中南部，為了對城市水環境進行控制，老城區采用截流式合流制，截流旱流污水和污染嚴重的初期污水。計算區域面積3.05km²，設計重現期1年。根據設計手冊，暴雨公式中A取14.48，C取0.787，B取10.5，n取0.78，設計歷時取24h,計算時段長為30min。根據江蘇省暴雨洪水圖集，產流參數C_p取30，C_i取105，設計前期影響雨量取63.3mm，n取2，k取1.72h，不透水面積與總面積比例為0.3，污染物指標采用COD_Cr，根據有關資料，污染物輸送率模數取12.5kg/(min·km²)，旱季流量取0.25m³/s，管網的污水執行《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)三級標準，假定管網污水COD_Cr為500mg/L。
2.2 模擬計算
　　根據暴雨強度公式計算出總降雨量及各種歷時降雨量，用同頻率法求得暴雨過程；用江蘇省暴雨洪水圖集中的降雨徑流關系計算出凈雨過程；用瞬時單位線法計算出徑流流量過程；用非點源運動波模型計算出徑流污染物濃度過程；由零級完全混合反應方程可得混合污水污染物濃度過程。
2.3 截流倍數分析
　　截流倍數取2、3、4時，分別計算溢流流量、過程及溢流污染物濃度過程，見表1。表2為不同截流倍數下溢流情況統計表。

表1 不同截流倍數溢流過程 序號 截流倍數取2 截流倍數取3 截流倍數取4 序號 截流倍數取2 截流倍數取3 截流倍數取4 流量（m³/s) 濃度（mg/L) 流量（m³/s) 濃度（mg/L) 流量（m³/s) 濃度（mg/L) 流量（m³/s) 濃度（mg/L) 流量（m³/s) 濃度（mg/L) 流量（m³/s) 濃度（mg/L) 1 0.115 164.3 0.0 　 0.0 　 14 2.011 59.5 1.761 59.5 1.511 59.5 2 0.248 146.0 0.0 　 0.0 　 15 1.746 63.6 1.496 63.6 1.246 63.6 3 0.534 119.3 0.284 119.3 0.034 119.3 16 1.475 69.1 1.225 69.1 0.975 69.1 4 1.584 77.3 1.334 77.3 1.084 77.3 17 1.236 75.4 0.986 75.4 0.736 75.4 5 2.844 58.6 2.594 58.6 2.344 58.6 18 1.057 81.1 0.807 81.1 0.557 81.1 6 3.557 51.8 3.307 51.8 3.057 51.8 19 0.862 89.0 0.612 89.0 0.362 89.0 7 3.868 48.6 3.618 48.6 3.368 48.6 20 0.731 95.5 0.481 95.5 0.231 95.5 8 3.850 47.3 3.6 47.3 3.350 47.3 21 0.594 103.7 0.344 103.7 0.094 103.7 9 3.681 47.1 3.431 47.1 3.181 47.1 22 0.483 111.7 0.233 111.7 0.0 　 10 3.39 47.9 3.14 47.9 2.890 47.9 23 0.396 119.0 0.146 119.0 0.0 　 11 3.056 49.5 2.806 49.5 2.556 49.5 24 0.304 128.2 0.054 128.2 0.0 　 12 2.701 52.0 2.451 52.0 2.201 52.0 25 0.25 134.3 0.0 　 0.0 　 13 2.352 55.2 2.102 55.2 1.852 55.2 26 0.166 145.4 0.0 　 0.0 　

表2 不同截流倍數下溢情況統計表 截流倍數 溢流歷時（h） 溢流總量（10⁴m³） 徑流總量（10⁴m³） 溢流Qm（m³/s） 管道Qm(m³/s） 2 17 7.8 12 3.87 0.75 3 11 6.6 12 3.62 1.00 4 9.5 5.7 12 3.37 1.25

　　根據規劃，受納水體定為Ⅳ類水體。據《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)規定，城鎮二級污水處理廠COD最高允許排放濃度120mg/L(二級標準)。作為一種粗略考慮，溢流按污水處理廠尾水看待，滿足排放標準的最小截流倍數為所求截流倍數。由表1可知，截流倍數取4時截流最大濃度為119.3mg/L；截流倍數取3時，溢流最大濃度為128.2mg/L。從環境方面考慮，截流倍數應取4，但應注意到截流倍數取3時，只有一個時段的溢流濃度超過120mg/L，且流量很小，而截流倍數由4到3可節省很多投資，因而從經濟環境方面綜合考慮，截流倍數取3。這樣既能節省投資，又能基本達到污水綜合排放標準。

參考文獻

　　1 朱元生，金光炎.城市水文學.南京：河海大學出版社，1989
　　2 吳熊勛等.城市水環境污染控制.南京：東南大學出版社，1989
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　　6 Stephan J Nix.Urban Stormwater Modeling and Simulation
　　7 Larry A Roesner.Design of Urban Runoff Quality Controls

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　　作者通訊處：225009 揚州大學水利與建筑工程學院122信箱
　　(收稿日期 1998-09-07)