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区域防汛能力提高和污染物减排的关键技术研究

发布时间:2020-03-04 浏览次数:107

完成单位:上海碧波水务设计研发中心

该项目获2019年度上海市优秀工程咨询成果咨询一等水平

为推进上海市中心城区水环境的根本改善,解决中心城区市政泵站雨天溢流污染给河道水环境带来的不利影响,同时也为了提升城市抵御台风暴雨灾害的能力,2014年12月,上海市科学技术委员会立项研究上海市区域排水内涝防治体系,上海碧波水务设计研发中心承担了区域防汛能力提高与污染物减排关键技术的研究任务。碧波研发中心树立问题导向、需求导向和创新导向,围绕中心城区水环境质量和防汛安全存在的短板,对标国家的新要求和新标准,借鉴国际上先进成熟的做法,结合中心城区建成度高、土地资源紧缺、灾害损失大的特点,创新研究同步实现区域防汛能力提高与面源污染减排的新技术和新方法。课题以排水管网计算机模型为研究手段,构建了包含深层排水调蓄管道的苏州河沿线25个排水系统二维仿真模型,在对现状防汛能力与初期雨水面源污染负荷评估的基础上,研究提标控污一体化运行调度的模式和工程效益。课题在调蓄形式、调蓄规模、收集输送体系构建方面实现了关键技术的突破,研究成果已应用于苏州河深隧试点工程。同时,研究成果具有较好的普适性,可为国内其他发达城市排水系统提标和市政面源污染控制提供技术借鉴,本课题荣获2019年度上海市优秀工程咨询成果一等水平。

本课题具有以下3个特点:

(一)探索攻关,构建高精度排水系统与调蓄系统一体化二维计算机模型

为支撑课题研究目标,课题组通过全面详细的资料收集,经过反复探索与技术攻关,构建了总服务面积为57.9 km2、包含25个排水系统以及深隧调蓄系统的大尺度二维排水管网数学模型。同时针对课题的不同研究角度,构建了合流一期污水干线模型,并将排水管网模型与合流一期污水干线模型进行耦合,形成了一套能够满足防汛能力提升与污染物减排研究的大尺度排水管网计算机模型构建技术。

(二)风险预判,指导地区排水防涝预案制定,促进城市排水智能化精细化管理

研究区域为中心城区,城市排水基础设施已建成,课题利用排水管网计算机模型,使用全系列设计降雨研究了区域现状排水能力,确定了不同降雨强度下的易积水点、积水范围和积水时间;同时结合研究区域的道路空间分布、建筑空间分布、地铁及站点空间分布数据,研究了敏感基础设施的防汛风险,并利用二维积水数据,基于地面高程绘制了积水风险图,可预判不同降雨强度下地下停车场、地铁及地下商场等地下空间的风险程度,职能部门可据此制定相应的防汛应急预案。 

(三)两水平衡,全面兼顾排水标准提高与面源污染控制的双重目标

1、上海市中心城区已高度城市化,通过逐条管道的管径放大来提升防汛能力难度较大。为突破该难题,课题研究采用在苏州河下方设置深层调蓄管道,通过调蓄与输送实现研究区域内排水系统排水能力由1年一遇提升至5年一遇,并使地区防涝能力提升至100年一遇,使上海城市更安全;

2、课题利用排水系统-调蓄系统一体化模型,模拟了2014年和2015年长历时降雨过程,复核市政泵站放江量水量和放江污染物浓度过程线,分析了主要污染物(COD、氨氮、总磷)排放的初期效应,测算了初雨截流11mm~22.5mm(深隧按10m管径)时的污染物削减率、削减负荷以及水环境效益;

3、研究了深隧工程实施后的防汛调度模式和控污调度模式,实现现有排水系统与深隧调蓄系统的一体化运行调度,通过智能化、精细化调度,实现两水平衡,既充分发挥了防汛提标的作用,也最大限度减少市政泵站溢流污染对河道水质的损害。模型通过多年的长历时实际降雨,特别是历史强降雨(913降雨)、台风暴雨(海葵台风)的考验,论证了课题推荐方案的提标控污效益;

4、课题还研究了苏州河深层调蓄管道与合流一期污水干线联动运行,进一步减少区域市政泵站放江量,降低污染物放江负荷,进一步发挥工程设施的潜在环境效益,改善苏州河及周边水系水环境的技术措施。

 
  图1  苏州河沿线25个系统排水管网模型
 
图2 典型工况模型运行简图

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