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针对人工湿地与海绵城市的天作之合 雨水滞蓄容积如何估算?
浏览: 发布日期:2019-01-07 咨询电话:15726369666

北极星水处理网讯:自然湿地或人工湿地在“海绵城市”建设中的应用已非常广泛。不同于普通的废水处理人工湿地,海绵城市雨水人工湿地在具有水质净化功能的同时,还担负着雨水水量滞蓄任务,因此其设计方法与普通稳定运行的污水处理人工湿地有显著差别,其中最为特别的是其雨水水量滞蓄能力的设计。

作者将海绵城市雨水人工湿地滞蓄容积分为前置调蓄池/塘的有效滞蓄容积和湿地床的有效滞蓄容积两部分进行探讨,给出了详细计算公式和合理选择前置调蓄池/塘出水控制方式的要点,并说明了雨水人工湿地由降雨情况而改变的运行方式。

以重庆市棕榈泉雨水人工湿地为例,利用有效滞蓄容积计算公式,分析了人工湿地对降雨径流的滞蓄效果,表明人工湿地年雨水滞蓄总量达到了汇水区地表径流总量的72%,其中前置调蓄池对地表径流的滞蓄起主导作用,其滞蓄量占总滞蓄量的96.5%。对于规模(面积)较小的湿地,调蓄池通常主导雨水的滞蓄,但湿地床面积越大,设计接纳的暴雨冲击负荷越大湿地床的滞蓄能力就越大。另外,还可采用可渗透基底设计来增加湿地床的滞蓄能力。

作者简介:肖海文(1976-),女,四川名山人,博士,副教授,从事雨水、废水的处理和资源化利用以及人工湿地废水处理技术研究。

1海绵城市雨水人工湿地的滞蓄能力

海绵城市雨水人工湿地属于受降雨事件驱动的运行系统,其雨量滞蓄容积的设计受城市降雨情况、雨水排水系统特征、集水区雨水水质特点、受纳水体情况、人工湿地处理负荷以及水质净化目标等因素影响。一般来说,雨水人工湿地对雨水水量的滞蓄容积可由前置调蓄池(前置塘)的有效滞蓄容积V1和湿地床的有效滞蓄容积V2之和求得。

1.1前置调蓄池的有效滞蓄容积V1设计计算

人工湿地前置调蓄池的有效滞蓄容积指担负雨量贮存和调节功能的这部分池容。根据人工湿地在海绵城市中所发挥的主要功能,有效容积计算可分为按年降水滞蓄率计算和按污染物总量控制计算两种方法。

①按年降水滞蓄率的计算方法

按年降水滞蓄率计算主要考虑人工湿地对汇水区年总降水量的滞蓄效率,设定单场降雨调蓄池能贮存汇水区内小于或等于HK(mm)的雨量,则调蓄池有效容积V1计算如式(1)。

(1)

式中Ab为汇水区面积,m2;φ为汇水区径流系数;0.001为单位转化系数。该式的物理意义表明,汇水区内小于或等于HK的单场降雨将全部被滞蓄处理后排放,对于单场雨量大于HK的降雨则只有其前HK的雨量会被滞蓄处理后再排放。如果多年平均降雨次数(numberoftheevents)、年降雨量以及大于、等于或小于HK的降雨次数已知,则可求出该前置调蓄池对年总降水量的滞蓄率。反之HK也可以根据设计要求的年雨水滞蓄率来进行计算确定。

②按污染物总量控制的计算方法

在初期雨量法理论的原则上,根据人工湿地的污染物总量控制目标,设定需要处理的污染物占总污染物控制量的比率Y%,则可得到初始冲刷雨量H0,以此按式(2)计算调蓄池的有效容积V1。

(2)

式中H0为初始冲刷雨量,mm;其余参数同式(1)。该式的物理意义为该雨水人工湿地处理了径流携带污染物总量的Y%,而调蓄池对雨水的年滞蓄率则可根据降雨量统计数据,按①中的方法计算确定。

1.2湿地床的有效滞蓄容积V2设计计算

降雨事件中,人工湿地属于非稳态运行,湿地床的进水总量通常大于出水总量(见图1),这是由于降雨进水时湿地床水深和淹没面积(wetarea)增加的缘故,另外,对于底部非硬化处理(粘土夯实或素土夯实)的湿地床而言,部分进水还能下渗成为土壤含水量或地下径流。这些水量构成了湿地床对雨水的有效滞蓄容积V2。在很多雨水人工湿地设计中,这部分雨量滞蓄容积常常被忽略,然而当湿地床面积越大,所设计的雨天冲击负荷(进水量)越大,这部分滞蓄容积就越大,甚至会超过调蓄池的滞蓄容积V1,因此在以雨水滞蓄为重要目标的海绵城市雨水人工湿地设计中通常不能忽略湿地床本身的滞蓄容积,尤其对规模大的雨水湿地更是如此。

 

图1棕榈泉人工湿地单场降雨实测进出水流量过程

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