老城區排水系統溢流調蓄池容積計算方法

陳貽海

（上海勘測設計研究院有限公司，上海市 200335）

0 引 言

受客觀因素制約，許多老城區排水系統現狀和近期均以合流制為主。在暴雨或融雪的情況下，容易發生合流制管道溢流而污染受納水體。為了控制合流制管道溢流污染，調蓄池是一項重要的工程措施[1]。本文以武漢老城區CB 小流域為例，對武漢城區的降雨資料進行分析，得出武漢城區降雨量與降雨強度的關系，并以此推導出合流制排水系統的截流倍數與溢流外排量之間的關系，參考遠期控制徑流污染所需的調蓄池有效容積，進而得到CB 小流域合流制排水系統溢流調蓄池的推薦有效容積。

1 合流制排水系統溢流調蓄池池容計算方法

在城市水環境治理過程中，合流制排水系統溢流調蓄池已運用于排水系統末端調蓄的工程實踐。合流制排水系統溢流調蓄池實際上是增大了排水系統的截流倍數[1]，減小了溢流外排量。因此，可以建立截流倍數與外排量的關系，通過外排量的削減目標來確定系統需增大多少截流倍數，從而確定排水系統末端調蓄池的容積。

1.1 降雨資料統計

以武漢老城區CB 小流域為例，該小流域排水管線為合流管道，服務面積為650 hm2。CB 小流域排水系統末端實測的旱流平均污水量為1.77 萬m3/ d。

降雨量計算公式：

式中，Q 為降雨量，mm/h；A 為匯水面積，hm2；q 為污水量，mm/h；Ψ 為綜合徑流系數。

由于匯水面積A=650 hm2；根據CB 小流域用地性質的相關數據及《武漢市海綿城市規劃技術導則》的徑流系數取值標準，經計算綜合徑流系數Ψ=0.43；則該污水量相當于0.26 mm/h 的降雨量。

以i=0.26 mm/h 為基數，取其整數倍，將武漢城區2014—2017 年的逐時降雨按照降雨強度劃分為不同的區間，并對各降雨區間的年累計降雨量進行統計，結果見表1。

表1 降雨資料統計

根據表1 模擬降雨強度與降雨量的關系曲線，見圖1。

由圖1 可知，降雨強度與降雨量的關系可以近似用下式表示：

圖1 降雨強度與降雨量的關系曲線

式中：i 為降雨強度，mm/h；H 為累計降雨量，mm。

1.2 截流倍數與外排量的關系

合流制排水系統的截流量取決于該系統的截流倍數。假設CB 小流域排水系統末端的截流倍數n1為2，則能截流0.52 mm/h 的降雨，即當降雨強度小于0.52 mm / h 時，系統能將全部雨水截流，將其代入式(1)則能得出CB 小流域排水系統末端全年截流的雨水量，以及其占全年總降雨量的比例和全年外排量的比例。

CB 小流域排水系統末端增設調蓄池后，系統的截流倍數增加，外排量減少。通過建立截流倍數與外排量的關系，可以反推系統在調蓄池運行期間的截流倍數，從而確定調蓄池的容積。截流倍數與外排量的關系見表2。

對表2 中的數據進行擬合，得到截流倍數n 與外排量比例y 的關系式如下：

1.3 溢流調蓄池池容的計算公式

根據《武漢市海綿城市規劃技術導則》，前40%雨量的降雨污染物負荷占全部雨量的比例為80%。基于費效比，選擇截流前40%的雨量，則外排比例y=1-40%=60%，對應截留倍數n2=14，即在調蓄池調蓄期間系統的截流倍數為14，相當于3.64 mm/h 降雨量，與上海合流制排水系統調蓄量建議的降雨量3.5~5 mm 的范圍[2]一致。2014—2017 年降雨量中，小于3.64 mm/h 的平均降雨歷時835.3 h，占全年平均降雨歷時的90.7%；累計平均降雨量603.68mm，占全年的43.9%。

調蓄池容積計算公式為：

式中：t 為調蓄時間；CB 小流域取 1.5 h；β 為安全系數，一般取1.1~1.5。

通過式（3）計算CB 小流域合流制排水系統溢流調蓄池容積為2.04 萬m3。

2 分流制排水系統調蓄池池容計算方法

分析武漢城區1960—2017 年逐月降雨資料，選擇平偏豐的降雨年2015 年為典型降雨年。2015 年共有降雨147 場，其中大于2 mm 的降雨79 場。

分流制排水系統調蓄池池容計算公式如下：

式中：D 為調蓄深度，一般取4~8 mm。

假設CB 小流域排水系統遠期徹底完成了雨污分流工程，排水體制由合流制變更為分流制，則由式（4）計算該調蓄池最大的調蓄深度為6.5 mm。對應典型年，雨污分流后調蓄池可完全截流的最大降雨場次為98 場，其中大于2 mm 的降雨30 場。因此，CB 小流域合流制排水系統溢流調蓄池在完成雨污分流后可以繼續發揮控制徑流污染的作用。

3 結 論

以武漢老城區CB 小流域合流制排水系統為例，通過整理武漢城區2014—2017 年的降雨資料，建立降雨強度i 與降雨量H 的關系，以及截流倍數n 與溢流量比例y 的關系，由此確定CB 小流域合流制排水系統末端調蓄池的有效池容。采用1960—2017 年逐月降雨資料，選取典型年，分析得出合流制排水系統溢流調蓄池在完成雨污分流后可以繼續發揮控制徑流污染的作用，得出CB 小流域合流制排水系統末端調蓄池的推薦有效容積。雖然以上方法可以推導出老城區排水系統末端調蓄池的有效容積公式，但決定有效池容的關鍵參數的選擇仍需要大量的監測數據來支持。

表2 調蓄池截留倍數與外排量