陳貽海

（上海勘測設(shè)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(qū)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀和近期均以合流制為主。在暴雨或融雪的情況下，容易發(fā)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(diào)蓄池是一項重要的工程措施[1]。本文以武漢老城區(qū)CB 小流域為例，對武漢城區(qū)的降雨資料進(jìn)行分析，得出武漢城區(qū)降雨量與降雨強度的關(guān)系，并以此推導(dǎo)出合流制排水系統(tǒng)的截流倍數(shù)與溢流外排量之間的關(guān)系，參考遠(yuǎn)期控制徑流污染所需的調(diào)蓄池有效容積，進(jìn)而得到CB 小流域合流制排水系統(tǒng)溢流調(diào)蓄池的推薦有效容積。

1 合流制排水系統(tǒng)溢流調(diào)蓄池池容計算方法

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

1.1 降雨資料統(tǒng)計

以武漢老城區(qū)CB 小流域為例，該小流域排水管線為合流管道，服務(wù)面積為650 hm2。CB 小流域排水系統(tǒng)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(shù)。

由于匯水面積A=650 hm2；根據(jù)CB 小流域用地性質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)及《武漢市海綿城市規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》的徑流系數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計算綜合徑流系數(shù)Ψ=0.43；則該污水量相當(dāng)于0.26 mm/h 的降雨量。

以i=0.26 mm/h 為基數(shù)，取其整數(shù)倍，將武漢城區(qū)2014—2017 年的逐時降雨按照降雨強度劃分為不同的區(qū)間，并對各降雨區(qū)間的年累計降雨量進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

表1 降雨資料統(tǒng)計

根據(jù)表1 模擬降雨強度與降雨量的關(guān)系曲線，見圖1。

由圖1 可知，降雨強度與降雨量的關(guān)系可以近似用下式表示：

圖1 降雨強度與降雨量的關(guān)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(shù)與外排量的關(guān)系

合流制排水系統(tǒng)的截流量取決于該系統(tǒng)的截流倍數(shù)。假設(shè)CB 小流域排水系統(tǒng)末端的截流倍數(shù)n1為2，則能截流0.52 mm/h 的降雨，即當(dāng)降雨強度小于0.52 mm / h 時，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)末端增設(shè)調(diào)蓄池后，系統(tǒng)的截流倍數(shù)增加，外排量減少。通過建立截流倍數(shù)與外排量的關(guān)系，可以反推系統(tǒng)在調(diào)蓄池運行期間的截流倍數(shù)，從而確定調(diào)蓄池的容積。截流倍數(shù)與外排量的關(guān)系見表2。

對表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到截流倍數(shù)n 與外排量比例y 的關(guān)系式如下：

1.3 溢流調(diào)蓄池池容的計算公式

根據(jù)《武漢市海綿城市規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》，前40%雨量的降雨污染物負(fù)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(yīng)截留倍數(shù)n2=14，即在調(diào)蓄池調(diào)蓄期間系統(tǒng)的截流倍數(shù)為14，相當(dāng)于3.64 mm/h 降雨量，與上海合流制排水系統(tǒng)調(diào)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(diào)蓄池容積計算公式為：

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

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

2 分流制排水系統(tǒng)調(diào)蓄池池容計算方法

分析武漢城區(qū)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(tǒng)調(diào)蓄池池容計算公式如下：

式中：D 為調(diào)蓄深度，一般取4~8 mm。

假設(shè)CB 小流域排水系統(tǒng)遠(yuǎn)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(diào)蓄池最大的調(diào)蓄深度為6.5 mm。對應(yīng)典型年，雨污分流后調(diào)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(tǒng)溢流調(diào)蓄池在完成雨污分流后可以繼續(xù)發(fā)揮控制徑流污染的作用。

3 結(jié) 論

以武漢老城區(qū)CB 小流域合流制排水系統(tǒng)為例，通過整理武漢城區(qū)2014—2017 年的降雨資料，建立降雨強度i 與降雨量H 的關(guān)系，以及截流倍數(shù)n 與溢流量比例y 的關(guān)系，由此確定CB 小流域合流制排水系統(tǒng)末端調(diào)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(tǒng)溢流調(diào)蓄池在完成雨污分流后可以繼續(xù)發(fā)揮控制徑流污染的作用，得出CB 小流域合流制排水系統(tǒng)末端調(diào)蓄池的推薦有效容積。雖然以上方法可以推導(dǎo)出老城區(qū)排水系統(tǒng)末端調(diào)蓄池的有效容積公式，但決定有效池容的關(guān)鍵參數(shù)的選擇仍需要大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)來支持。

表2 調(diào)蓄池截留倍數(shù)與外排量