以石家庄海绵城市规划中水环境提升为例|城市明渠生态补水方法初探-第2页-北极星水处理网

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3补水量测算方法

城市明渠补水量Q补的主要考虑因素包括蒸发量Q蒸发、下渗量Q下渗、水质自净需水量Q自净以及维持景观水位水量Q景观等，具体见式（1）。

Q补=Q蒸发+Q下渗+MAX(Q自净，Q景观)（1）

3.1蒸发量

蒸发过程主要受到气温、风速、蒸发面积等因素影响，涉及参数较多，且日均差异较大，通常在水量计算中，采用统计的平均蒸发系数来进行简化计算。

Q蒸发=K蒸发×A（2）

式中 Q蒸发——日均蒸发量，m³/d；

K蒸发——日均蒸发系数，10-3 m/d；

A——水面面积，m²。

3.2下渗量

下渗量多采用达西定律计算，主要受到土壤下渗系数和水力坡度的影响，见式（3）。Q下渗=K下渗×I×A（3）

式中 Q下渗——日均下渗量，m³/d；

K下渗——日均下渗系数，10-3 m/d；

I——水力坡度，当为垂直下渗时，多取1。

3.3水体自净需水量

参考水质净化模型，自净能力主要受流速、断面形式（宽度、深度）、溶解氧、温度、水质降解系数等影响。其中，流速、断面形式、溶解氧是可人为控制的主要因素。因此，提升水体自净能力多简化为对流速和断面形式的控制，以及通过跌水、鼓风曝气等措施增加溶解氧水平，同时利用生态岸线等手段提高水体污染物的降解系数。从而通过人为手段，优化补水量，开展活水保质，有效提高城市渠道自净能力。

一般根据水体管理目标，结合渠道背景水质和入渠点面源污染量等测算河道污染物自净需求作为生态补水目标，从而推算生态补水量。但该方法涉及变量较多，如入河污染物控制水平、补水水质、设计流速、设计断面形式、水质降解系数等，各参数相互关联影响，计算过程相对复杂，见式（4）。

M=(Cs-C0exp(-kL/u))exp(kL/2u)Q容（4）

式中 M——控源截污后入河污染物速率，g/s；

Q容——设计环境目标（容量）下补水量，m/s；

Cs——控制断面污染目标浓度，mg/L；

C0——起始断面污染背景浓度，mg/L；

k——污染物综合降解系数；

L——为河段总长度，m；

u——为设计流速，m/s。

（1）换水法。通过周期换水是确保河道纳污能力，水质稳定主要措施。根据纳污能力（自净能力）确定换水量是较为合理的水体补水量计算方法。实际工程中，多利用已有研究简化计算步骤，直接确定换水频次。如根据《城市污水再生利用景观用水水质》（GB/T 18921-2002）,完全使用再生水的河道水力停留时间宜在5 d之内，根据与石家庄状况类似的《北京市水资源综合规划》的研究成果，利用再生水维持目标水质的换水频率如表2所示。

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（2）流速法。河道流速是河道重要的水力参数和水体自净能力的影响参数，城市明渠断面相对单一，可根据相关研究确定设计流速，通过设计流速与断面的乘积直接确定河道补水水量，见式（6）。

Q流=F×v×86 400（6）

式中 Q流——日均自净补水量，m³/d；

F——河道断面面积，m2；

v——设计流速，m/s。

3.4景观需水量

景观需水量目前并无统一的计算方法与标准，主要与断面设计、流速、水质保持要求等密切相关，这些参数与要求都在前述水量计算方法中予以体现，因此景观需水量的计算重点是根据景观需求优化断面、流速、水质保持要求等相关设计参数。

4补水计算边界条件

根据补水量测算方法，补水量的计算需要确定的各参数相互关联影响，计算过程复杂。为此，规划过程中，需要尽量确定各参数的边界条件，从而简化测算过程。

4.1蒸发下渗系数

根据石家庄市气象统计数据，以6月蒸发量为河道蒸发计算的最大口径，确定蒸发系数为7.38 mm/d。由于石家庄多为硬质渠底，下渗速率忽略不计，月均蒸发量见图3。

5.webp.jpg

4.2入河污染量

入河污染主要来源于污水厂尾水、合流区溢流污水以及雨水径流中携带的各类面源污染物。根据石家庄海绵城市专项规划，除SS外的主要污染物中，污水厂点源负荷占到了各类污染物的85%以上，因此加强污水厂提标和再生水回用是降低水体污染负荷的主要工作之一，通过提高处理标准，建设生态湿地等手段，初步确定远期污水厂尾水全部达到Ⅳ类标准。

另外通过合流制区域治理，源头绿色基础设施建设以及与初雨调蓄控制等手段，将合流制溢流污染频次控制在10%以内，面源污染削减50%以上。即通过规划雨污混错接改造、分区低影响开发建设、9处初雨调蓄设施等工作，严格控制入河污染物总量。根据规划，经过海绵城市建设后，中心城区287 km2范围内，面源污染与合流制溢流污染的年均污染排放量不高于表3。

6.webp.jpg

4.3补水水质

根据远期污水厂尾水全部达到Ⅳ类标准的目标，利用污水厂再生水补水水质也不低于Ⅳ类标准。

原标题：城市明渠生态补水方法初探——以石家庄海绵城市规划中水环境提升为例

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