岳陽老城區易澇點治理措施研究

吳顏科

摘 要：岳陽老城區現狀排水系統設計標準偏低，每逢汛期，低洼片區常出現積水問題，對居民日常出行造成影響。因受建設條件制約，通過排水系統翻排或者源頭治理方式解決內澇問題難度較大。本文以高家巷片區積水點改造為實例，在管網末端增設離線調蓄塘，并采用脫過系數與SWMM模型分別計算池容，以期對城市內澇治理工程提供思路與方法支撐。

關鍵詞：內澇;雨水調蓄;SWMM模型;有效容積

在城市快速發展以及全球氣候變化的背景下，城市內澇問題日益頻發，暴露出城市排水系統存在的問題[1]。新城區建設過程中可通過雨水管道重現期的提升或降低徑流系數方式，有效的避免內澇問題。老但城區往往存在規劃不合理或歷史欠賬問題，導致排水系統較為復雜，建設條件差，改造難度較大，是當今老城區排水系統改造過程中面臨的難點問題。筆者以岳陽高家巷易澇區為例，通過離線調蓄方式緩解內澇問題，以期為相關工程提供借鑒。

1 項目概況

岳陽高家巷易澇區位于岳陽市主城區，排水體制為雨、

污分流制。本工程雨水匯水分區面積約33 ha。區域現狀內的雨水主要通過1.5 m×1.5 m雨水溝渠自南向北排入東風湖（系統圖詳見圖1），東風湖最高水位27.5 m。內澇主要積水段為高家巷與易家巷交叉口附近，該處地勢較低（與周邊地塊高差約2 m）。且此點設有一處雨水溝渠檢查口（格柵蓋板）。跟據現場調查，大暴雨時期，雨水主要通過檢查口溢流至周邊地塊，產生“涌水”現象，周邊居民住宅內積水深度最高可達1.5 m，嚴重威脅到居民的生命安全與財產安全。管渠CCTV檢測結果顯示，雨水溝渠健康情況良好，不存在結構性或功能性缺陷情況。

2 高家巷地塊內澇原因分析

研究表明，導致城市內澇原因眾多，可以概括為以下幾點[2]：（1）下游水位頂托，導致雨水重力自流無法順利排放，低洼地區容易出現內澇;（2）原有雨水系統設計標準偏低，排水能力不足;（3）城市總體雨水調蓄能力降低;（4）因全球氣候變暖，暴雨強度逐年增大，極端天氣頻發;（5）隨著城市發展，透水性地面不斷減少。從本工程角度出發，引發內澇的直接原因從下游頂托與排水能力兩點進行解析。高家巷地塊最低點地面標高為29.64 m，

排放水體最高水位27.5 m，管渠水損為0.98 m，利用重力自流可滿足排放要求。借助水力計算及SWMM模型，分別在P=1年與P=3年條件下對現狀管渠排水能力進行分析。水力計算詳見表1，當暴雨重現期P取1年時，設計流量與管渠的最大過流能力差值為+62.56 L/s，滿足地塊雨水排放要求;當暴雨重現期P取3年時，設計流量與管渠的最大過流能力差值為-1 276.75 L/s，設計流量已超過其最大排放能力。

利用SWMM模型分別模擬暴雨重現期P=1、P=3年情況下，管渠內不同時刻的水位變化情況。根據模型動態演示結果，雨水管渠在暴雨重現期P=1情況下，所有節點均未出現超負荷運行情況。當暴雨重

現期P=3年時，節點5出現內澇積水現象。縱斷面水位變化（暴雨重現期P=3）請詳見圖2。通過兩種方法分析可知，現狀排水管渠尺寸偏小是本區域產生內澇的關鍵原因。

3 易澇點改造方案

3.1 總體方案

高家巷片區位于老城區，現狀道路下管線錯綜復雜，工程建設實施難度較大，若采用灰色調蓄池形式，工程造價較高。基于以上原因，并結合景觀以及現場用地等情況，本工程在高家巷與易家巷附近設置離線調蓄塘。通過溢流管道將雨水箱涵與調蓄塘相連。小雨時期，雨水直接排放至東風湖;暴雨時期，雨水管渠內出現超負荷運行現象時，“過載”雨水通過溢流管排入擬建雨水塘內，其原理如下圖3所示。待天晴后，塘內儲存的雨水通過重力管渠與提升泵排放至箱涵內。

3.2 調蓄塘容積確定

調蓄設施容積計算方法并不唯一，根據《城鎮雨水調蓄池技術規程》（GB1174-2017）[4]，調蓄設施用于削減洪峰流量時，其容積可采用出、入流過程線法。當受條件制約時，可采用脫過系數公式。因調蓄設施容積與造價、排澇效果密切相關，且一旦實施完成將難以改造，是工程設計過程中極為重要一環[3]。因此，本次調蓄塘容積的計算分別采用SWMM模型以及傳統脫過系數公式兩種方法相互對比后確定，以期為調蓄設施設計提供參考。根據《室外排水設計規范》GB50014-2006（2016版），內澇重現期標準P取30年。

3.2.1 脫過系數法

V=[-（0.16/n1.2+b/t×0.5/（n+0.2）+1.1）]lg（a+0.3）+0.215/n0.15]×Q×t

式中：V --調蓄池有效容積m3;

b、n--暴雨強度參數;

t--降雨歷時min;

a--脫過系數，取值為調蓄塘下游設計流量和上游設計流量之比;

Q--上游設計流量（m3/min）。

有相關研究表明[5]，采用傳統脫過系數公式計算，管道達到最大設計流量時，對應池容非最大，應適當延長相應降雨歷時。因此，本次降雨歷時分別選用t=20 min（對應最大設計流量），40 min，60 min，70 min（當降雨歷時進一步取高值時，上游設計流量將小于下游設計流量），計算結果見下表所示。

由表2可知，隨著降雨歷時取值不斷增大，調蓄塘計算池容呈遞減趨勢，當設計流量最大時（即降雨歷時取20 min），調蓄池池容最大。

3.2.2 SWMM模型法

SWMM是由美國環保部門研發的一種可動態模擬徑流過程的計算程序。本工程所采用的降雨事件模擬是根據暴雨強度公式合成，單次降雨歷時取180 min，芝加哥雨峰系數取0.4。模型參數設定依據相關文獻[6]與SWMM模型手冊[7]。在概化模型中（見圖4），研究區域共分為8個分區，7個節點，本工程在節點5附近設置離線調蓄塘，即節點7。根據相關研究，在假定調蓄塘不發生溢流前提下（即設置調蓄塘的體積無限大），降雨量隨著降雨時間的不斷增加，而調蓄設施進水量逐漸降低為零，調蓄容積趨向于定值，此值即為有效調蓄容積。

模擬結果如圖5所示，結果表明在初雨時期，所收集雨水將直接外排，調蓄塘儲水體積為零。當降雨0.8 h后，調蓄塘蓄水量不斷增加。降雨歷時大于1.25 h后，蓄水量可達6 000 m3。結合表2可知，采用脫過系數法時計算容積為5 895.02 m3，與采用SWMM模型模擬結果相近。為確保排澇效果，取兩者最大值。因此本工程調蓄池有效池容采用6 000 m3。

3.3 調蓄塘出水設計

調蓄塘出水方式可分為重力流與壓力流兩種形式。因受標高限制，設計中往往采用單一壓力出水形式，雖然技術可行，但不利于節能。本方案采用重力與壓力流相結合形式。調蓄塘內9.0 m～10.0 m水位區間的存儲雨水（本工程雨水箱涵涵底標高9.0 m，10.0 m為調蓄塘最高水位）通過DN600管道重力排放至1.5 m×1.5 m雨水管涵，調蓄塘7.5 m～9.0 m

水位區間的雨水（7.0 m為調蓄塘最低水位）通過2臺140 m3/h提升泵排出。

t=V/3 600Q'η

式中：t--放空時間h;

Q'--下游排水管道的受納能力m3/s;

η--排放效率，一般取0.3～0.9，本次設計取0.9。

考慮到重力與壓力排放動態疊加，排放時間按最不利情況考慮，即全部按照壓力排放。排空時間t由上式計算得出約為24 h。

4 結論

（1）本工程自2019年竣工以來，高家巷內澇情況基本消除，取得良好環境效益與社會效益。（2）當采用脫過系數法公式，降雨歷時在采用管渠最大設計流量條件下，調蓄塘容積最大。（3）調蓄容積是本工程設計的核心內容，從計算結果看，脫過系數公式與SWMM模型略有差異，在進行調蓄設計時，可采用兩種方法相互校核。

參考文獻：

[1]唐磊，周飛祥，等.北方城市典型內澇積水問題的系統化解決方案[J].中國給水排水，2020，36（13）：139-144.

[2]漢京超，俞士靜，等.沿海平原河網城市排水防澇典型問題及對策分析[J].中國給水排水，2020，36（4）：30-34.

[3] 邵澤巖，馮燕.基于SWMM的雨水調蓄池容積研究 [J]. 工業用水與廢水，2017，48（4）：47-50.

[4]GB51174-2017，城鎮雨水調蓄工程技術規范[S].

[5]白云生.用于削減洪峰流量調蓄池池容計算探討[J]. 給水排水，2020，46（增刊）：445-448.

[6]秦佳偉.基于SWMM對雨水管網中調蓄池及雨水泵站優化設計的研究[D].南華大學，2015.

[7]ROSSMAN L A.Storm water management model user's manual[R].2009.