接入点设置对深层调蓄管道系统提标功能实现的影响因素初探

李鹏程

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司,上海市 200092）

接入点设置对深层调蓄管道系统提标功能实现的影响因素初探

李鹏程

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司,上海市 200092）

2014版《室外排水设计规范》对城市的排水标准提出了更高要求，但大多城市老城区管网单纯依靠翻排进行提标难度较大，建设深层调蓄管道是原有系统提标的有效手段。分析了深层调蓄管道接入点数量及位置对系统提标功能实现的影响，结论可为类似工程提供一定参考。

深层调蓄管道；系统提标；接入点数量；接入点位置

0 引言

随着我国城市化的快速推进，城市水面率和下垫面透水性能降低，径流系数快速增加，内河调蓄功能锐减，对流域洪水和排水管网产生了极大的压力[1]。目前国内大多数排水系统采用1 a一遇标准，而2014版《室外排水设计规范》明确提出，特大城市中心城区和非中心城区的雨水管渠设计重现期分别为3～5 a一遇和2～3 a一遇。和新标准相比，国内大多数城市目前的排水防涝标准明显偏低[2]，雨水不能及时排放，导致城区积水。但是，多数老城区管网改造困难，急需采用新的手段对原有系统进行提标。

大型深层调蓄管道措施贯彻“蓄排结合”的先进理念，调蓄容量大，深埋于地下，对地面的影响小，比较适合拥挤的城市化地区，是美国、英国、日本等较多特大型城市内涝防治体系的重要组成部分。目前，广州、上海、北京、武汉、宁波等城市也陆续开展了采用深层调蓄管道提升排水防涝和污染控制能力的研究和工程设计[3，4]。图1为一般深层调蓄管道系统的原理图。

深隧提标的本质是在原有系统增加入流点，改变原有系统的水力线，消减部分超过系统设计标准暴雨的水量，从而达到原有雨水系统提标。鉴于入流点的重要作用，本文将着重研究入流点的数量及位置对系统提标功能实现的影响。

图1 深隧系统原理图

1 研究方法

城市排水系统模型以科学准确的方式分析城市排水的相关过程，是城市排水系统设计和运行管理的有力工具[5]。InfoWorks ICM（Integrated Catchment Management）模型，即城市综合流域排水模型，是由Wallingford软件公司于2011年推出的最新版城市排水系统模拟软件，本论文选择A、B两个标准为1 a一遇的排水系统，建立InfoWorks模型，研究入流点的数量及位置对系统标准从1 a一遇提高到5 a一遇功能实现的影响。由于深层调蓄管道系统本身调蓄容积有限，因此在研究过程中，还将考虑原有系统与深隧系统的水量分配，只有水量分配科学才能更好发挥二者的作用。

2 入流点的数量对系统提标功能发挥的影响

A排水系统为已建分流制系统，总服务面积约2.90 km2，系统设计暴雨重现期P=1 a，规划综合径流系数ψ=0.55。系统共有三路主干管，三路主干管最终交汇后进入雨水泵站，雨水经泵站提升后排入河道，其中末端雨水泵站的排水能力约为13.0 m3/s。

从图2～图5可以看出，对于系统边缘来说，一个接入点并不能很好解决5 a一遇雨峰时刻水力线的问题，系统边缘处水力线超出地面，形成积水。接入点的作用从水力坡降的角度讲就是在暴雨期间拉低水面线，系统有多个主管的情况下，仅靠单个点拉低整个系统的水面线，特别是系统上游的水面线，保证系统提标功能的实现是非常困难的。对于三路主干管的A系统，3个接入点的方案才能较好地满足既定的系统提标目标。但是对于原有系统提标改造来说，并非接入点越多越好，接入点在设置时要统筹考虑排水系统的大小，系统的形状、系统主管的数量，不能片面追求“多点开花”，以免造成新建系统的工程量过大，影响项目的可实施性。

图2 A系统主管、泵站位置图

图3 A系统1个接入点5 a一遇的积水情况

图4 A系统2个接入点5 a一遇的积水情况

图5 A系统3个接入点5 a一遇的积水情况

3 入流点的位置对系统提标功能发挥的影响

仅仅考察接入点数量并不能完全反映入流点对系统衔接的全部影响。相同数量的接入点，设置在不同的位置，对系统功能的发挥的影响如何需要进一步研究。下面以B系统为例，分析接入点不同位置对系统衔接功能实现的影响，特别是对于水量分配的影响。

B排水系统为已建分流制系统，总服务面积约1.30 km2。系统设计暴雨重现期P=1 a，规划综合径流系数ψ=0.55。系统共有三路主干管，三路主干管在末端汇集后进入雨水泵站，雨水经泵站提升后排入河道。

从图6～图8模拟结果可以看出，从系统提标目标实现的角度，b接入点似乎优于a接入点。由于系统共有3路主干管，且在b路口汇合，故接入点处于系统泵站总管交汇处，可最大程度使用深隧调蓄功能，从这两种方案的水量分配指标进行考察：5 a一遇暴雨情境下，b接入点方案深层调蓄管道与市政泵的水量分配为进入调蓄管道远大于后者；5 a一遇暴雨情境下，a接入点方案通过深层调蓄管道与市政泵的水量较为均衡。

图6 B系统主管、泵站位置图

图7 a路口接入点系统模拟图

图8 b路口接入点系统模拟图

表1为b路口方案下市政雨水泵的特征参数表。

由表1可以看出，由于b接入点过于接近系统总管交汇处且靠近泵站进水总管，5 a一遇暴雨工况下，由于接入点堰高标高较低（为保证系统不积水），大量雨水优先通过接入点跌落至深隧，泵站进水困难，导致市政雨水泵开泵不足，两台雨水泵甚至仅开泵16 min，深隧水量与市政泵水量分配比约为3∶1。在接入点位置不变的前提下，要改变系统水量分配比例，只有提高接入点堰高，但堰高的提高会对系统提标目标的实现产生不利影响。

表1 b路口接入点方案市政雨水泵开泵特征表

原有排水系统与深隧系统组成新的排水系统，二者共同作用以达到系统提标的目标。考虑深隧自身存在的调蓄量有限，b路口方案下原有排水系统与深隧系统之间的协调作用失衡，水量分配比例不当影响系统的总体功能的实现。

接入点位置会对原有系统与深隧系统的衔接产生重要影响，因此，需从系统水量分配合理性的角度综合考虑，才能科学地确定接入点的位置。

4 结论

深层调蓄管道对原有系统的提标功能依靠设置接入点实现，接入点为原有系统与新建系统相互联系的纽带。接入点的作用从水力坡降的角度讲就是在暴雨期间拉低水面线，其设置的数量和位置要考虑排水系统的大小，系统的形状、系统主管的数量，与现状浅层市政泵站运行的关系等，只有充分考虑原有系统与新建系统的衔接关系，最大限度地发挥浅层调蓄系统的功能，且保证进入深隧系统的水量不失衡，才能充分发挥深隧的提标功能。

[1]胡伟贤,何文华,黄国如，等.城市雨洪模拟技术研究进展[J].水科学进展,2010,21(1):137-144.

[2]张辰.适当提高排水管网设计标准逐步建立城市内涝防治体系[J].给水排水,2013,39(12):1-3.

[3]丁留谦,王虹,李娜,等.美国城市雨污蓄滞深隧的历史沿革及其借鉴意义[J].中国给水排水,2016,32(10):35-41.

[4]董磊,张欣.虹口港-走马塘段深层排水调蓄隧道系统工程研究[J].给水排水,2016,42(6):48-51.

[5]Gabriele Freni,Marco Maglionico,Vittorio Di Federico.State of the art in Urban Drainage Modelling [R].Bologna:University of Bologna,2003.

TU990.3

B

1009-7716（2017）09-0098-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.028

2017-07-13

上海市科委项目（14DZ1208203）；上海市青年科技启明星计划资助（17QB1403600）

李鹏程（1986-），男，河南新乡人，工程师，从事排水设计工作。