老城区排水系统溢流调蓄池容积计算方法

陈贻海

（上海勘测设计研究院有限公司，上海市 200335）

0 引 言

受客观因素制约，许多老城区排水系统现状和近期均以合流制为主。在暴雨或融雪的情况下，容易发生合流制管道溢流而污染受纳水体。为了控制合流制管道溢流污染，调蓄池是一项重要的工程措施[1]。本文以武汉老城区CB 小流域为例，对武汉城区的降雨资料进行分析，得出武汉城区降雨量与降雨强度的关系，并以此推导出合流制排水系统的截流倍数与溢流外排量之间的关系，参考远期控制径流污染所需的调蓄池有效容积，进而得到CB 小流域合流制排水系统溢流调蓄池的推荐有效容积。

1 合流制排水系统溢流调蓄池池容计算方法

在城市水环境治理过程中，合流制排水系统溢流调蓄池已运用于排水系统末端调蓄的工程实践。合流制排水系统溢流调蓄池实际上是增大了排水系统的截流倍数[1]，减小了溢流外排量。因此，可以建立截流倍数与外排量的关系，通过外排量的削减目标来确定系统需增大多少截流倍数，从而确定排水系统末端调蓄池的容积。

1.1 降雨资料统计

以武汉老城区CB 小流域为例，该小流域排水管线为合流管道，服务面积为650 hm2。CB 小流域排水系统末端实测的旱流平均污水量为1.77 万m3/ d。

降雨量计算公式：

式中，Q 为降雨量，mm/h；A 为汇水面积，hm2；q 为污水量，mm/h；Ψ 为综合径流系数。

由于汇水面积A=650 hm2；根据CB 小流域用地性质的相关数据及《武汉市海绵城市规划技术导则》的径流系数取值标准，经计算综合径流系数Ψ=0.43；则该污水量相当于0.26 mm/h 的降雨量。

以i=0.26 mm/h 为基数，取其整数倍，将武汉城区2014—2017 年的逐时降雨按照降雨强度划分为不同的区间，并对各降雨区间的年累计降雨量进行统计，结果见表1。

表1 降雨资料统计

根据表1 模拟降雨强度与降雨量的关系曲线，见图1。

由图1 可知，降雨强度与降雨量的关系可以近似用下式表示：

图1 降雨强度与降雨量的关系曲线

式中：i 为降雨强度，mm/h；H 为累计降雨量，mm。

1.2 截流倍数与外排量的关系

合流制排水系统的截流量取决于该系统的截流倍数。假设CB 小流域排水系统末端的截流倍数n1为2，则能截流0.52 mm/h 的降雨，即当降雨强度小于0.52 mm / h 时，系统能将全部雨水截流，将其代入式(1)则能得出CB 小流域排水系统末端全年截流的雨水量，以及其占全年总降雨量的比例和全年外排量的比例。

CB 小流域排水系统末端增设调蓄池后，系统的截流倍数增加，外排量减少。通过建立截流倍数与外排量的关系，可以反推系统在调蓄池运行期间的截流倍数，从而确定调蓄池的容积。截流倍数与外排量的关系见表2。

对表2 中的数据进行拟合，得到截流倍数n 与外排量比例y 的关系式如下：

1.3 溢流调蓄池池容的计算公式

根据《武汉市海绵城市规划技术导则》，前40%雨量的降雨污染物负荷占全部雨量的比例为80%。基于费效比，选择截流前40%的雨量，则外排比例y=1-40%=60%，对应截留倍数n2=14，即在调蓄池调蓄期间系统的截流倍数为14，相当于3.64 mm/h 降雨量，与上海合流制排水系统调蓄量建议的降雨量3.5~5 mm 的范围[2]一致。2014—2017 年降雨量中，小于3.64 mm/h 的平均降雨历时835.3 h，占全年平均降雨历时的90.7%；累计平均降雨量603.68mm，占全年的43.9%。

调蓄池容积计算公式为：

式中：t 为调蓄时间；CB 小流域取 1.5 h；β 为安全系数，一般取1.1~1.5。

通过式（3）计算CB 小流域合流制排水系统溢流调蓄池容积为2.04 万m3。

2 分流制排水系统调蓄池池容计算方法

分析武汉城区1960—2017 年逐月降雨资料，选择平偏丰的降雨年2015 年为典型降雨年。2015 年共有降雨147 场，其中大于2 mm 的降雨79 场。

分流制排水系统调蓄池池容计算公式如下：

式中：D 为调蓄深度，一般取4~8 mm。

假设CB 小流域排水系统远期彻底完成了雨污分流工程，排水体制由合流制变更为分流制，则由式（4）计算该调蓄池最大的调蓄深度为6.5 mm。对应典型年，雨污分流后调蓄池可完全截流的最大降雨场次为98 场，其中大于2 mm 的降雨30 场。因此，CB 小流域合流制排水系统溢流调蓄池在完成雨污分流后可以继续发挥控制径流污染的作用。

3 结 论

以武汉老城区CB 小流域合流制排水系统为例，通过整理武汉城区2014—2017 年的降雨资料，建立降雨强度i 与降雨量H 的关系，以及截流倍数n 与溢流量比例y 的关系，由此确定CB 小流域合流制排水系统末端调蓄池的有效池容。采用1960—2017 年逐月降雨资料，选取典型年，分析得出合流制排水系统溢流调蓄池在完成雨污分流后可以继续发挥控制径流污染的作用，得出CB 小流域合流制排水系统末端调蓄池的推荐有效容积。虽然以上方法可以推导出老城区排水系统末端调蓄池的有效容积公式，但决定有效池容的关键参数的选择仍需要大量的监测数据来支持。

表2 调蓄池截留倍数与外排量