城市排水體制是指收集和輸送雨、污水的方式，一般分為合流制和分流制兩種形式。合流制將雨水和污水合流用同一管道輸送至污水處理廠處理，由于污水處理廠和管網的限制，往往采用截流式合流制，并在截流管上設置截流井四，但受限于截流倍數依然有大量雨污混合水溢流到水體。因此新建城市一般采取分流制，分流制為雨水和污水各設管道，污水進入污水處理廠，雨水則直排入到河道中2]。由于雨污管道錯接、混接、亂排等問題雨水管內流入污水[3-4,加之初期雨水污染嚴重，直排水體會造成嚴重污染。在雨水管渠末端增設截流井，將早季雨水管中污水和初期雨水截流入附近污水管的措施已有報道[-3]。但由于缺乏溢流水質和流量數據，沒有排入水體的水質影響分析41，不能準確設置和控制。本研究提出在岸邊雨水管設置截流井，在截流井內裝備水質和流量在線監測儀，在河道裝備水質、水流速度和液位在線監測儀，采用MIKE11 模型軟件分析過程數據和模擬[5-7,評價截流和溢流水質水量，形成截流井控制策略，以減少對河道水質影響。

1 截流井和監測設備的設置

1.1 岸邊截流井設置

本次研究區域為日市主城區內的部分河段全長 310m，南北走向，地處亞熱帶區域，年降雨量在1400~2 000mm，最大徑流量出現在5至9月。河寬為 20~30 m，河道平緩，流速低，河道常水位 3.0 m，水深常年穩定在 1.5 m左右，河道東岸人口密集，以住宅區和餐飲行業為主。河道東岸沿河鋪設截污管道，東岸管徑800mm，管道流向由北向南。雨水管由市區內通向河道，通過管道末端設置截流井連接河道排口，見圖1。

共設置有三口截流井P1、P2、P3，位于河道東岸，埋深分別為 3.00、2.12、2.31 m，離雨水排口距離為 5~20 m，為該區域內部主要污染源入口。截流井的構造如圖2所示。并內設有一定高度的堰墻，進水可通過截流管進入附近的污水檢查井或溢流進入河道。截流管上設置可啟閉的截流管閘。當截流管閘開啟，污水管道系統有足夠的過流能力時，進水可截流進入污水管道系統。截流管閘關閉或污水管道系統過流能力不足時，進水則沒過堰墻溢流進入河道。

通過設置該截流井，可將旱季污水、初期雨水以及降雨中后期水質較差的水體截流進入污水管網，并在雨季溢流時可對截流管閘進行相應調控，減小其對河道的污染。

1.2監測設備設置

根據該河段基本水文信息，為綜合反應河道水質，選取該河段上中下游布置3個監測點為R1、R2、R3。R1位于河段上游。作為輸人端，R2設置在該河段沿流向150m處，反映河道中段水質，R3則位于河段出流處，作為輸出端。在河道監測點位設置水質在線監測裝置，承載氨氮傳感器、流速計和液位計，數據直接上傳至網絡，監測傳感器置于水面下 80cm 處，采用底部錨固定方式，用繩子將錨與岸邊連接。采用11W太陽能板配合60 AH 免維護鋰電池組合的供電。

在三口截流井內均設置監測點(S1-S3)，S1-S3分別對應 P1-P3，監測設備根據井內水位不同，分別置于水下 5cm 處，設置氨氮傳感器，獲取水質數據，數據直接上傳至網絡，邊緣控制器置于防水電器盒內，懸掛于截流井口的螺釘。并對堰墻進行改造，安裝過水監測器，根據程序內部公式設定和堰墻固有參數進行計算得到溢流流量，獲取截流井內部水質情況及溢流情況。點位鋪設見圖1。

通過截流井和河道在線監測數據的分析，可實現對不同截流管閘進行智能化調控，更加精確的識別雨污水及對河道的影響程度。

水質模擬方法

以調研資料與在線監測數據為基礎，選用MIKE11 模擬軟件建立研究區域的一維水力學模型，模擬雨季截流井溢流對河道水質影響，從而調控截流管閘實現溢流排污的優化。

根據該研究區域的基本水文水質數據構建水動力模塊和對流擴散模塊，基于ArcGIS 以形狀格式生成的水系文件和研究區域的實際情況，遵循實際河網輸水能力、調蓄能力等保持一致原則，對該河段進行概化。河道斷面以實測斷面為主，共設置5個斷面，上下邊界條件以上下游在線監測數據為主，并根據截流井雨水排口位置設置點源污染邊界條件，S1、S2、S3距上游距離分別為90、210、260m。輸人數據以實測數據進行相應調整和模擬后為主。

為使模型計算精度更高,需要對河床糙率、護散系數及污染物降解系數進行率定，本次模擬參照相近河流調查成果，率定得到河床糙率(曼寧系數)為 0.03，擴散系數為10 m/s，氨氮衰減系數為 0.10 d-!

3 旱季與小型降雨不溢流時水質分析

3.1 截流井水質分析

通過對5日旱季截流井水質連續24h的監測:發現旱季時 S1、S2、S3 對應于三口井的時均氨氮濃度達 6.4、3.0、10.1mg幾，可知，三口井內均有不同程度的污水進人，無法達到直排標準，說明該區域雨污分流改造存在問題，依然有污水流人雨水管中。三口井均未發生溢流，可知截流井內水體從截流管中流走，截流并在旱季時能起到截污作用。

三口井中 S2 在 24h內處于穩定波動狀態，與時間無明顯關聯,其余井均有一定關聯性。S1在6:50 至 14:50 之間濃度較其余時間段高，該段時間為白天生產生活高峰期，用水量較大，可能存在部分污水進入雨水管中使其氨氮上升。S3在16:50至 23:50 時,氨氮逐漸從 10 mg 上升為 11 mg,此時段夜問餐飲廢水增多，易從地面集水口中進入雨水管。S1、S3 兩者在凌晨時段氨氮均有小幅下降，該時間段為生活用水低谷期，產生污染減少。同時監測小型降雨不發生溢流時截流井內水質監測，觀察降雨2h內其變化，發現在降雨前期，氨氮濃度較穩定且部分點位出現上升，說明初期雨水存在一定污染,并未稀釋井內水體,甚至加重污染在降雨中后段時，S1氨氮逐漸在雨水稀釋下變低;S2由于井內濃度并不高，因此受雨水影響較小，呈波動狀;S3井內濃度先下降后上升，可能是因為在雨水稀釋下濃度下降，但匯水區域遠處來水二次沖刷又帶來污染。

3.2河道水質分析

從河道上中下 3個點位的旱季 24h 水質變化圖及小型降雨不溢流水質圖中看出,三點的氨氮濃度相差不大，基本低于 1.5 mgl，符合Ⅳ類水氨氨要求旱季時在 7:18 至 14:18 時段內，氨氮有所上升該區域內部無顯著點源污染，可知氨氮濃度主要受上游來水影響，上游來水污染影響該區域氨氮水平。降雨時發現三點氨氮濃度更為接近，且隨降雨時間增長有小幅下降，可知降雨時段內，河道流速增大，加速氨氮的對流擴散，使全河段濃度趨于統一值，降雨過程加長，使得河道水體被逐漸稀釋，氨氮緩慢下降。

截流井控制策略

通過在線監測數據和降雨情況，得到在旱季與小型降雨不溢流時，污水管網能承載雨水管內流量，從而可以控制截流井中截流管閘開啟，實現對旱季污水與初期雨水的截流。在降雨強度大時，井內水體最大程度被截流到截流管中，直到污水管網已不能承載雨水管流量，截流井開始溢流，每口截流井的溢流流量與水質均不相同，其對河道影響不同，因此需要根據井內水質與河道水質進行初步分析，進而調控相應截流管閘，改變各個截流井內溢流流量，減弱其對河道的污染，從而形成截流井控制策略

本文選取一次實際降雨來對其進行模擬，旨在說明調控截流管閘與 MIKE11 結合的可行性，模擬時間為實際降雨時間，數據均為該段時間實測數據，本次降雨中三口截流井的溢流情況見圖5。

在未采取控制措施下，即截流管閘全開時對河道水質進行模擬，得到河道水質變化情況。通過變化情況，可知三口截流井對河道的污染影響程度，根據污染影響程度的不同，將影響程度最小的井的截流管閘關閉，即該處溢流量增大，使得其余井可進入污水管的流量增大，溢流量減小，推測該策略能使河道整體污染水平降低。模擬控制后的河道水質變化情況，將其與未控制的河道水質進行對比，對比結果見圖 6。

從截流管閘全開河道縱斷面氨氮模擬最高值曲線中看出，曲線中有兩處高點，可知為 S1 和 S3 的溢流造成，兩者對河道影響程度大，S2并無高點，可知其對河道影響較小,因此控制策略為關閉 S2 閘門。通過兩者同一時刻河道氨氨變化中發現，調控后整個河段氨氮較未控制有所降低，氨氮上升速度減緩。污水閘全開時河道氨氮濃度最高達2.0 mg幾調控后氨氮濃度最高降為 1.8mg，且調控后兩個高點明顯弱化，說明兩者的溢流程度得到了緩解。

對河道污染影響減弱，河道水質得到改善

同時三口井內氨氮會隨著降雨時間的增長而逐漸降低，當在線監測氨氮降為 1.5 mg幾 以下時,即可控制閘門關閉，使雨水直排，減少污水管網負擔。由上可知，設置截流管閘并對其進行相應調控能有效截流旱季與雨季不溢流時污染，并減輕溢流時對河道的污染。同理，在不同河道段和其他降雨情況下，基于前期數據獲取，可以推得多個截流井溢流時的調控方案。

5 結語

(1)雖進行雨污分流改造，但城市雨水管內依舊殘留污水，氨氮未達到直排標準，雨水管道末端設置截流井在旱季時能有效截流管內污水，實現旱季零直排。

(2)在雨量較小，截流井無溢流情況下，河道水質變化不大。井內氨氮受初期雨水影響在降雨前期出現穩定甚至升高現象，中后期井內氨氨受雨水稀釋逐漸降低，但水質依然較差，截流井能截流該部分污水。

3)基于 MIKE11軟件來分析雨季時截流井溢流對河道的影響，并根據前期調研截流井溢流情況。