跟著社會經濟的開展和城市化進程的不斷加速,城市化面積和城區下墊面條件發生了很大改變。在相同量級別的降雨狀況下,因為不透水面積添加,徑流系數增大,產流量也相應添加,洪峰流量增大,峰現時刻提早,不但給下流的防洪排澇帶來很大擔負,并且可能導致局部地區排雨不暢,呈現積水現象,給人們的日子帶來很大不便;此外,因為雨水被排出境,名貴的雨水資源未得到充分使用。因而,很多城市都采取了雨洪使用辦法,比方修建蓄水池、鋪設透水磚、選用下凹式綠洲等。為更好地使用這些雨洪辦法,有必要對它們在防洪和添加雨洪資源使用量等方面進行研討。筆者選用城市暴雨雨水辦理模型(SWMM)對北京某區域內鋪設透水磚和選用下凹式綠洲這兩種辦法下排水管道首要斷面洪峰流量的改變進行了核算剖析。

 

1　SWMM模型概述

SWMM是美國環保局為了規劃和辦理城市暴雨而研發的綜合性數學模型,它能夠模仿完好的城市降雨徑流進程,包含地面徑流和排水體系中雨洪的調蓄進程。SWMM模塊包含徑流模塊、運送模塊、擴展的運送模塊、調蓄/處理模塊和受納水體等首要模塊。模型的輸出能夠顯現體系內和受納水體中各點的水流和水質狀況。

①　子流域的概化

在SWMM模型中一般將一個流域劃分為若干個子流域,依據各子流域的特色別離核算徑流進程,最終經過流量演算方法將各子流域的出流量疊加起來。為反映不同的地表特性,每個排水小區再分為三個部分:a.有洼蓄量的不透水地表A1;b.無洼蓄量的不透水地表A2;c.透水地表A3。

②　地表產流核算

無洼蓄量的不透水地表,降雨丟失表現為初期的蒸騰;有洼蓄量的不透水地表,降雨丟失首要為洼蓄量。關于不透水地表,在未滿意初損時不產流,一旦滿意初損就會全面產流;關于透水地表,除填洼丟失外,還有入滲丟失。SWMM選用Horton模型、Green-Ampt模型和SCS模型核算入滲丟失。

③　地表匯流的核算

匯流進程是指將各分區凈雨匯集到出口操控斷面或直接排入河道。地表匯流模仿選用非線性水庫模型,由接連方程和曼寧方程聯立求解。模型需求輸入研討區域的面積、排水小區的寬度、三種不同地表的曼寧糙率、有滯蓄量地表的滯蓄量以及整個排水小區的斜度。

④　管網匯流子體系的演算

管網匯流子體系的演算在SWMM模型中能夠經過運送模塊或擴展運送模塊來演算。都是選用對圣維南方程組(Saint-Venant)求解的方法。SWMM模型中蓄水池的作用是貯存降雨發生的雨水徑流,然后削減進入管網的雨水量。研討中,將部分區域鋪設透水磚,當降雨強度小于入滲率時,降雨不產流;當降雨強度大于入滲率后,使用曼寧公式核算產流。關于不同子匯流單元上的蓄水池,降雨滿意初損后的徑流首要進入蓄水池,當蓄水池滿水后,超出的部分再進到排水管網。

⑤　SWMM模型的使用進程

a.仔細研討進行暴雨模仿的區域,依據管線的鋪設把整個排水區域劃分紅幾個彼此獨立的排水片。b.依據管線的鋪設和其他設備的操控面積將各個排水片再細化為若干個子流域,并對一切子流域編號。c.求子流域面積,斷定一切模型的參數。d.數據輸入。e.核算各規劃斷面的洪峰流量、徑流總量及流量進程,并進行合理性剖析。

2　模型的使用

2.1　研討區域排水體系概化

本模型挑選北京工業大學西校區作為研討目標,區域面積為2.87× 104m 2。其間,不透水面積為0.99× 104m 2,占總面積的34.5%;透水面積為1.88× 104m 2,占總面積的65.5%,該區域的詳細地表分

該研討區域的透水面積為1.88× 104m 2,其間小區S12為綠洲,擬將小區S1、S5中的透水面積鋪設透水磚;選用Horton入滲模型模仿研討區域的降雨入滲進程,所以模型需求輸入最大入滲率f0、最小入滲率f∞和衰減系數α,三者別離取值為76.2mm/h、3.81mm/h和2h- 1[2]。透水磚的入滲率為2. 89mm/s[3]。匯流核算選用非線性水庫模型進行模仿,參閱SWMM模型用戶手冊中的典型值,透水地表

(除綠洲外)和不透水地表的洼蓄量別離取12、2滯蓄庫容取100mm。研討區域的地表斜度取0.000 1,并依據研討區域的下墊面狀況,透水地表、不透水地表和管道的曼寧系數別離取0.03、0.011和0.013。模仿進程選用動力波進行流量演算。

2.3　規劃暴雨的核算

依據《北京市水文手冊》所順便的圖集和公式得出各時段降雨的均值、變差系數Cv及偏態系數Cs,并由此核算重現期別離為5年、10年、20年的規劃日降雨進程。規劃雨型的最高峰值呈現在23:00,然后需求較長的匯水時刻,因為模型所需的核算時刻較長,因而能夠將日降雨內的主、次雨峰對換,將主降雨峰提早至10:00,經驗證對模仿成果不會形成影響。以上三個重現期的日降雨進程分配見圖2。

 

 

2.4　模仿成果剖析

模仿中將透水磚和蓄水池兩種辦法進行組合,別離核算3種規劃頻率降雨條件下4種計劃的區域產流進程,得到其洪峰流量和峰現時刻以及徑流總量和徑流改變系數。 4種規劃計劃別離為:小區不鋪設透水磚,平式綠洲(A);小區不鋪設透水磚,下凹式綠洲(B);小區鋪設透水磚,平式綠洲(C);小區鋪設透水磚,下凹式綠洲(D)。降雨頻率別離為5%、10%、20%時的模仿成果見表1。

 

從表1可知,當降雨頻率為5%時,選用下凹式綠洲使管道出口斷面的洪峰流量削減了2.78%,約0.02m 3/s,徑流系數減小了0.02,峰現時刻推遲了1min;選用鋪設透水磚的辦法,使管道出口斷面的洪峰流量削減了8.33%,約0.06m 3/s,徑流系數減小了0.05;兩種辦法都選用時,管道出口斷面的洪峰流量削減了11.11%,約0.08m 3/s,徑流系數減小了0.07,峰現時刻推遲了1min。當降雨頻率為10%時,選用下凹式綠洲的小區管道出口斷面的洪峰流量削減了5.08%,約0.03m 3/s,徑流系數減小了0.02;選用鋪設透水磚辦法的小區管道出口斷面的洪峰流量削減了8.47%,約0.05m 3/s,徑流系數減小了0.04;兩種辦法都選用時,洪峰流量削減了11.86%,約0.07m 3/s,徑流系數減小了0.06。當降雨頻率為20%時,選用下凹式綠洲的小區管道出口斷面的洪峰流量削減了4.44%,約0.02m 3/s,徑流系數減小了0.01;選用鋪設透水磚辦法的小區管道出口斷面的洪峰流量削減了8.69%,約0.04m 3/s,徑流系數減小了0.03;兩種辦法都選用時,洪峰流量削減了13.33%,約0.06m 3/s,徑流系數減小了0.04。

 

 

　　由此能夠看出:①當只考慮選用下凹式綠洲的雨洪辦法時,跟著降雨頻率的增大,徑流系數減小的起伏逐步增大,也即跟著降雨頻率的增大,徑流總量逐步削減。因而,當降雨頻率較大時,選用下凹式綠洲的雨洪使用作用較好。②當只考慮鋪設透水磚的雨洪辦法時,跟著降雨頻率的增大,其徑流系數減小的起伏逐步減小。因而當降雨頻率較小時,鋪設透水磚的雨洪辦法作用較為顯著。

 

由試驗成果還知:①選用鋪設透水磚的雨洪使用辦法時,其洪峰流量削減起伏根本安穩,其原因在于透水磚的入滲率非常大,降落在透水磚上的雨水經過透水磚能夠悉數滲入地下;②只選用下凹式綠洲的雨洪使用辦法時,其洪峰流量削減起伏跟著降雨頻率的增大而增大,但增大的起伏趨緩,甚至當降雨頻率增大到一定程度時,洪峰流量削減的起伏反而減小;③當兩種雨洪辦法都選用時,其洪峰流量減膜槽、60支浸入式超濾膜、1臺電磁流量計、1臺鼓風機和2臺抽吸水泵組成。選用海南立升公司的LH 3- 0685型浸入式合金PVC超濾膜,膜孔徑為0.01μm,規劃膜通量為27.2L/(m 2·h),過濾周期為60min,單支膜反洗水量為2.2m 3/h,單支膜曝氣量為3～ 4m 3/h,反洗時刻為2min。

 

3.3　工程施行作用

收回體系于2007年建成投產。經過浸入式膜體系對演示工程主工藝體系膜反洗水的收回,體系產水率從79.85%提高到98.03%,可削減廢水排放量達33× 104m 3/a,節省了很多的水資源。選用浸入式膜組合工藝收回處理膜反洗水,提高了收回功率,降低了收回危險,特別是有機物和微生物累積危險。屢次抽樣檢測表明,其出水水質滿意《日子飲用水衛生標準》(GB 5749— 2006)的要求,不需求再

次進行凈化處理,經消毒后可直接進入供水管網。
 

4　定論

①　膜反洗水中的有機物濃度較高,以DOC表征的有機物首要散布在MW > 30ku和MW < 1ku區間內。

 

②　浸入式膜和混凝、粉末活性炭吸附組合工藝對膜反洗水的處理作用較好,均勻出水濁度為0.07NTU;當FeCl3和PAC的投量均為15mg/L時,出水CODMn均勻為2. 81mg/L,均勻去除率為50.7%;出水的pH和微生物指標均滿意《日子飲用水衛生標準》(GB 5749— 2006)的要求。

 

③　將浸入式膜收回反洗水體系使用于膜處理演示工程,取得了滿意的作用。收回體系出水滿意《日子飲用水衛生標準》(GB 5749— 2006)的要求,經消毒后可直接進入供水管網。經過對演示工程主

工藝體系膜反洗水的收回處理,使體系的產水率從79.85%提高到98.03%,可削減廢水排放量達33×104m 3/a,節省了很多的水資源 　。