全国市政工程行业科技成果展示--天津市城市雨水径流污染特征分析及污染控制
“天津市城市雨水径流污染特征分析及污染控制”研究项目于2009年4月立项，2012年5月完成,并于2013年1月通过了天津市高新科技成果转化中心组织的项目成果鉴定。该项目研究由天津市交通科学研究院承担。该项目研究成果获2014年度“全国市政行业市政工程科学技术奖”一等奖，其成果适用于适用于北方特大城市雨水径流污染特征分析及污染控制。
雨水径流污染控制技术路线图
项目研究技术原理
该项目通过对不同功能区、不同下垫面降雨径流污染物种类及来源分析，分析雨水径流的污染特征、污染物冲刷规律及水化学过程，包括雨水径流污染物的时间、空间分布特征及其传输与归趋等，考察地表径流对受纳水体水质的影响。利用城市雨水计算模型，通过城市雨水资料选样，运用频率分布线性理论与其特征参数优化方法的研究与验证，进行城市降雨强度计算模型与参数优化。
研究降雨产汇流特性, 模拟内涝灾害和道路积水；优化组合绿化、河湖调蓄、地面渗透、岸边水生植物系统、管网调配等多种措施，构建城市（示范区）基于“浓度控制”的初期雨水径流污染的源头控制、输送、调蓄、处理联合运转模式，实现地表径流量和污染物的有效控制。
雨水径流污染联合控制系统示意图
关键技术及创新点
该项目的关键技术和创新点如下。
降雨径流对受纳水体污染估算技术 降雨径流会将各种下垫面之污染物冲刷至景观河道，使受纳水体污染增加。本成果通过对径流水样监测和模拟计算，可确定不同降雨事件污染物的种类，可计算受纳水体污染物浓度和污染总量的变化。该成果为城市雨水再利用提供技术支撑，为城市景观卫生面貌和雨水径流污染控制管理提供措施。
雨水径流污染联合控制措施 针对北方特大城市雨水径流污染，研发了植草沟实验系统，建立了径流、污染消减和渗透模型，模拟了绿地、渗透地面、植草沟、岸生植物对径流和污染物的消减，得到了最大径流量和污染物削减的最佳措施组合。
基于“浓度控制”的初期雨水径流污染的源头控制、输送、调蓄、处理的联合运转模式 建立了雨水径流模型和汇水面污染物冲刷模型，完成了雨水管道污染物输送规律研究；提出了基于“浓度控制”雨水调蓄的新策略，对于中峰型、后峰型预期降雨，调蓄效果明显好于传统截流方式（中峰型降雨截流效果提高20%左右）；建立了初期雨水污染控制综合运转模式，即源头控制、蓄水池调蓄、污水管网截流、污水厂调蓄和河湖调蓄，得到了各种措施截污效果、最佳消减组合构建方法和其对雨水径流污染的消减规律和比例，为城市地表雨水径流污染控制措施与集成化提供了指导；提出了考虑多因素的最佳综合运转模式，完成了天津中心城区初期雨水污染控制综合运转模式报告，对地表水体水质控制与提升起到科技支撑和示范作用。
该项目完成《天津市初期雨水污染控制、输送、储存、调蓄的联合运转管理技术指南》1项、《北方缺水城市雨水调蓄与净化技术指南》1项、《城市雨水径流污染控制管理指南》1项，参与编制《城镇内涝防治技术规范》1项、《城镇雨水调蓄工程技术规范》1项；申请获批了一种雨水收集装置、一种多种功能雨水泵站、一种隧道雨水收集试验模型、植草沟实验装置、微生态雨水调蓄净化池等专利5项。取得科技研究成果3项，发表科技论文10余篇。
雨水调蓄综合运转模式示意图
与国内外同类技术的比较
该项目研究成果于国内外现有的同类科研技术成果相比较，具体以下几方面的特点。
1）该项目针对北方地区的季节性特点，选取了商业区、文化区、居民区、工业区四个不同功能区，路面、瓦面、油毡面、沥青面、草坪等不同下垫面，SS、COD、BOD、TN、NH3-N、色度、Cd、TOC、六价铬、粪大肠菌群、阴离子表面活性剂等水质指标，2009年6月-2011年9月，共计进行了23次采集活动，出动采样人员共545人次，获得14场有效降雨径流数据，采集样品512个，测定指标共35项，共获数据8743个，首次系统掌握了实际降雨量和初期雨水水质情况，为北方地区城市降雨强度计算模型与参数优化提供了数据支持。同时通过对径流水样监测和模拟计算，确定不同降雨事件污染物的种类，可计算受纳水体污染物浓度和污染总量的变化。
2）在初期雨水径流污染控制技术措施方面，该项目大部分研究集中于评价城市绿地生态系统对雨水径流污染物削减效率，而限制因素（污染物浓度、水力负荷和流速、植被类型、）对雨水径流污染处理效果及影响机理，对绿地土壤污染程度评价等研究较少，本项目在这一领域开展了深入研究，建立了联合控制技术对雨水径流量及悬浮物削减率的预测模型。
3）在该项目所涉及的城市排水系统溢流及初期雨水污染控制策略研究方面，国外虽在这一领域有较多成果，但是由于我国城市规划与建设方面的特殊性，如城市规模大、人口密集、地表污染严重、极端天气影响等，国外已有的相关研究成果缺乏处理新问题的实用性和系统性，难以解决我国城市的实际问题。为了填补我国在这一领域的成果缺乏，特别是目前我国特大城市尚未形成系统的初期雨水污染控制技术体系。本项目采用美国环保署推荐排水软件SWMM进行雨水径流与排放模拟，重点研究排水区域雨水污染负荷消减及城区积水消除的技术与管理策略，提出了雨水径流污染控制与管网调配、调蓄池、河湖调蓄、污水处理厂处理设施利用的最佳综合运转管理技术方案，建立了天津市中心城区雨水最佳管理模式。
项目应用成果与效益
经济效益 该项目的相关成果已成功应用于中新天津生态城起步区基础设施市政工程、天津大道工程、天津海河教育园区（北洋园）一期基础设施工程、天津开发区西区外排水（三期）工程、滨海航空产业区（八平方）配套基础设施工程等工程设计工作中，以及天津市排水专项规划、天津子牙循环经济产业区排水专项规划、滨海旅游区水系统专项规划、吕梁市中心城区排水专项规划、青岛经济技术开发区全区排水专项规划等项目中，本项目成果所占合同额约为3654.6477万元，新增利润约292.3718万元。
社会效益 随着天津的高速发展，天津水环境质量改善的压力非常大，迫切需要通过系统性的技术创新与技术集成，解决水污染和水环境承载力这一制约天津市社会经济发展的重大问题。
该课题的研究成果，对掌握天津城市初期雨水污染特性、地表径流面源污染特性及景观河道水质，为政府进行污染治理提供了技术支持，可利用构建的初期雨水污染控制、输送、储存、调蓄的联合运转管理模型指导工程设计和建设。对缓解天津市水资源不足、减少地面沉降将带来显著效果，在环渤海地区和北方缺水地区具有显著的示范作用，同时也符合建设海绵城市的技术需求。课题研究成果对于水环境治理领域技术进步、区域环境和社会发展均具有重大意义和价值，社会效益及环境效益较大。
（天津市交通科学研究院 供稿）
注：本文刊载于《市政技术》2016年第3期，第1、2页。