通过建立简化的合流制排水区水体污染物估算方法，从具体数据上分析不同因素对水体污染物浓度的影响。通过依次变化研究区域内合流制排水管网收集处理率、污水处理厂污染物去除率、截流倍数、海绵城市设施关键参数等因素，研究受纳水体污染物浓度的变化。经计算，在90％的管网收集处理率的情况下，雨季时水体污染物浓度（89.19 g/m³）比旱季时污染物浓度（45.59 g/m³）高出将近1倍；在增加海绵城市设施后，在给定参数条件下，当径流控制率提高到80％时，受纳水体污染物浓度可以降低到22.22 g/m³。可以通过该估算方法对某一汇水区受纳水体污染情况进行评估，或是对相似水体污染治理工程具有一定指导作用。
引言
中国在过去几十年粗放型发展中，水资源遭受严重污染，水体逐渐丧失纳污自净能力，水中污染物的累积成为重大环境安全隐患。在生态文明建设受到高度重视的大背景下，水污染的治理虽得以快速推进，但主要以修建城镇污水处理厂来治污，效果并不尽如人意。
根据《2016年城乡统计年鉴》显示，截至2015年底，我国投入运营的城镇污水处理厂（不包括一些工厂按国家要求自行建造的污水处理厂）超过了5000座，处理能力超过2亿m³/d，污水处理率超过85%（城市93.4%、县城87.4%）。
然而有研究指出，城镇污水处理厂的建设尽管有助于缓解湖泊富营养化问题，但藻类暴发的情况仍时有发生，意味着富营养化问题并没有得到完全解决，水质也还没有达到清洁状态。此外，几乎人口集中的城市、乡镇都已经建了污水处理厂，再通过扩建或新建污水处理厂来进一步控制水污染的空间已非常有限。
另一方面，美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。在一些国外学者对面源污染的研究中可以发现，对降雨所造成的面源污染进行适当处理后，可以有效降低城市供水压力和排水管网负荷， 有利于保持水土，控制水体污染，预防水体富营养化，改善生态环境。
在这样的背景下，黑臭水体治理和海绵城市建设成为近年来重要的控制环境污染技术途径。正确评估和计算水体污染来源及各来源对水体污染的影响程度，则是重要的技术依据。
基于此，本文以庆阳市海绵示范城市建设为切入点，通过污染溯源和污染负荷分析，建立简化的污染程度估算方法，从而对水体污染过程和污染结果进行深入分析，最终用于指导前端规划设计。
1合流制排水系统与水体环境质量关系
1.1受纳水体质量影响因素
图1表示的是合流制排水系统对河流水库水体质量产生影响的因素，主要有：①点源污染，包括生活污水、工业废水；②降雨面源污染，包括大气、下垫面、管道、溢流；③内源污染。
1.2合流制排水系统雨天污染影响因素
合流制排水系统雨天污染主要是地表面源冲刷污染，生活污水、工业废水污染物，管道沉积物污染，污水处理厂尾水等，降雨过程中随雨水径流一并溢流进入河涌，污染水体。雨天污染的主要影响因子如表1所示。
2受纳水体污染物简化估算方法
根据图1合流制排水系统示意情况，假定在一个汇水区内，存在生活污水、工业废水、降雨径流污水、上游来水及其他区域引水等不同类型的污水排入同一个受纳水体，根据这些污水量和该汇水区内污水处理设施（排水管网、截流管道、污水处理厂、海绵城市设施等）的相关参数，对受纳水体污染物浓度进行估算，来判断不同因素对水体污染的影响。
2.8计算流程
合流制排水管网受纳水体污染计算流程如图2所示。
3水体污染过程影响因素分析
通过对管网收集处理率、污水处理厂污染物去除率、截流倍数、平均降雨强度、海绵城市设施相关参数等因素变化来分析它们对水体污染影响。
3.1管网收集处理率α与水体污染物浓度C变化关系
为了确定合流制管网收集处理率的模拟范围，查找相关文献可知国内外部分城市管网收集处理率如下：德国科隆90%，日本东京80%，美国纽约49%，中国太原64%。
综上所述，在模拟条件上，管网收集处理率的选择范围定为50％~90％。
3水体污染过程影响因素分析
通过对管网收集处理率、污水处理厂污染物去除率、截流倍数、平均降雨强度、海绵城市设施相关参数等因素变化来分析它们对水体污染影响。
3.1管网收集处理率α与水体污染物浓度C变化关系
为了确定合流制管网收集处理率的模拟范围，查找相关文献可知国内外部分城市管网收集处理率如下：德国科隆90%，日本东京80%，美国纽约49%，中国太原64%。
综上所述，在模拟条件上，管网收集处理率的选择范围定为50％~90％。
由图3可知，在旱季时，管网中仅存在生活污水及工业废水，合流制排水管网收集处理率从50％增加到90％时，水体污染物浓度由94.02 g/m³降低到了45.59 g/m³，污染物浓度降低了51.5％；而在雨季时，水体污染物浓度由95.72 g/m³降低到了89.19 g/m³，污染物浓度降低了6.8％。综上所述，雨季时，在管网收集处理率相同的情况下，水体污染物浓度比旱季时更高，且大幅度提高管网收集处理率对水体污染物浓度削减效果比旱季时的削减效果差得多，说明单单提高管网收集处理率不能有效削减雨季时受纳水体的污染。
由图4可知，在旱季时，管网中仅存在生活污水及工业废水，污水处理厂污染物去除率从70％增加到90％时，水体污染物浓度由64.82 g/m³降低到了39.18 g/m³，污染物浓度降低了39.56％；而在雨季时，水体污染物浓度由102.69 g/m³降低到了84.69 g/m³，污染物浓度降低了17.5％。综上所述，雨季时，在污水处理厂污染物去除率相同的情况下，水体污染物浓度比旱季时更高，且提高污水处理厂污染物去除率对水体污染物浓度削减效果比旱季时的削减效果更差，说明单单提高污水处理厂污染物去除率不能减轻受纳水体的污染。
由图5可知，截流倍数从1倍提升到5倍时，水体污染物浓度由89.19 g/m³降低到了32.81 g/m³，污染物浓度降低了63.21％。说明在当前计算区域内，采用《室外排水设计规范》（GB 50014—2006，2016年版)中所规定的截流倍数推荐值，能够有效削减受纳水体污染物浓度。
由图6可知，在径流量是生活污水量的5倍增加到25倍时（即平均降雨强度较小时），受纳水体污染物浓度由84.86 g/m³升高到92.66 g/m³；当M2-1从25增加到200时（即平均降雨强度较大时），受纳水体污染物浓度由92.66 g/m³降低到91.24 g/m³。这是由于存在下垫面初期冲刷的原因，受纳水体污染物浓度平均降雨强度较小时，下垫面附着的污染物被冲刷起来；平均降雨强度较大时，受纳水体污染物浓度将被稀释一定程度，且最终趋于稳定，该稳定值与市政污水浓度均值有关。
由图7可知，当径流控制率从40％增加到80％时，受纳水体污染物浓度由45.11 g/m³降低到22.22 g/m³，污染物浓度降低了50.74％；其中，在径流控制率由40％增加到60％时，受纳水体污染物浓度降低了14.92％；而在径流控制率由60％增加到80％时，受纳水体污染物浓度降低了42.11％；说明较大的径流控制率对受纳水体污染物浓度的削减效果更好。
由图8可知，海绵城市设施污染物去除率从40％增加到90％时，受纳水体污染物浓度从34.91 g/m³降低到了30.21 g/m³，污染物浓度降低了13.46％。说明仅大幅度增加海绵城市设施污染物去除率（即提升海绵城市设施处理工艺）时，对水体污染物浓度削减效果不明显。
由图9可知，海绵城市设施占比β从20％增加到80％时，水体污染物浓度由58.69 g/m³降低到了32.09 g/m³，污染物浓度降低了45.32％。说明海绵城市设施面积控制率对水体污染物浓度的削减效果影响较为明显。
4结论
（1）雨季时，在管网收集处理率相同的情况下，水体污染物浓度比旱季时更高，且大幅度提高管网收集处理率对水体污染物浓度削减效果比旱季时的削减效果差得多（雨季时的削减率6.8％，旱季时的削减率为51.5％）。所以单单提高管网收集处理率仅对于旱季时的水体污染具有较好的削减效果。在管网收集处理率达到85％时，雨季受纳水体污染物浓度（89.19 g/m³）是旱季时（45.59 g/m³）浓度的1倍左右；同样的，在污水处理厂污染物去除率达到85％时，雨季受纳水体污染物浓度（84.69 g/m³）是旱季时（39.18 g/m³）浓度的1倍左右，说明单单提高管网收集处理率和污水处理厂污染物去除率是不足以减缓受纳水体污染程度的，且通过改善处理工艺来进一步提高污染物去除率的成本是非常昂贵的、不经济的。
（2）在没有海绵城市设施的情况下，通过增大截流倍数可以削减一定量的水体污染物浓度，在本文所设定的条件下，截流倍数从1倍提升到5倍时，水体污染物浓度由89.19 g/m³降低到了32.81 g/m³，削减了63.21％。
（3）在管网收集处理率为90％、污水处理厂污染物去除率为90％、截流倍数为2时，建设海绵城市设施能够大幅度削减水体污染物浓度，即使在径流控制率仅为60％时，受纳水体污染物浓度（38.38 g/m³）比没有建设海绵城市设施时的水体污染物浓度更低；当径流控制率提高到80％时，受纳水体污染物削减效果较好。
（4）通过该水体污染物简化估算方法，可以快速估算研究区域内受纳水体受污染程度及污染来源；也可参照本文估算结果，对相似参数的实际工程进行简单的评估并起到一定的指导作用。
