李鵬程

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200092）

接入點(diǎn)設(shè)置對(duì)深層調(diào)蓄管道系統(tǒng)提標(biāo)功能實(shí)現(xiàn)的影響因素初探

李鵬程

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200092）

2014版《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)城市的排水標(biāo)準(zhǔn)提出了更高要求，但大多城市老城區(qū)管網(wǎng)單純依靠翻排進(jìn)行提標(biāo)難度較大，建設(shè)深層調(diào)蓄管道是原有系統(tǒng)提標(biāo)的有效手段。分析了深層調(diào)蓄管道接入點(diǎn)數(shù)量及位置對(duì)系統(tǒng)提標(biāo)功能實(shí)現(xiàn)的影響，結(jié)論可為類(lèi)似工程提供一定參考。

深層調(diào)蓄管道；系統(tǒng)提標(biāo)；接入點(diǎn)數(shù)量；接入點(diǎn)位置

0 引言

隨著我國(guó)城市化的快速推進(jìn)，城市水面率和下墊面透水性能降低，徑流系數(shù)快速增加，內(nèi)河調(diào)蓄功能銳減，對(duì)流域洪水和排水管網(wǎng)產(chǎn)生了極大的壓力[1]。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)排水系統(tǒng)采用1 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，而2014版《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》明確提出，特大城市中心城區(qū)和非中心城區(qū)的雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期分別為3～5 a一遇和2～3 a一遇。和新標(biāo)準(zhǔn)相比，國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市目前的排水防澇標(biāo)準(zhǔn)明顯偏低[2]，雨水不能及時(shí)排放，導(dǎo)致城區(qū)積水。但是，多數(shù)老城區(qū)管網(wǎng)改造困難，急需采用新的手段對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行提標(biāo)。

大型深層調(diào)蓄管道措施貫徹“蓄排結(jié)合”的先進(jìn)理念，調(diào)蓄容量大，深埋于地下，對(duì)地面的影響小，比較適合擁擠的城市化地區(qū)，是美國(guó)、英國(guó)、日本等較多特大型城市內(nèi)澇防治體系的重要組成部分。目前，廣州、上海、北京、武漢、寧波等城市也陸續(xù)開(kāi)展了采用深層調(diào)蓄管道提升排水防澇和污染控制能力的研究和工程設(shè)計(jì)[3，4]。圖1為一般深層調(diào)蓄管道系統(tǒng)的原理圖。

深隧提標(biāo)的本質(zhì)是在原有系統(tǒng)增加入流點(diǎn)，改變?cè)邢到y(tǒng)的水力線(xiàn)，消減部分超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)暴雨的水量，從而達(dá)到原有雨水系統(tǒng)提標(biāo)。鑒于入流點(diǎn)的重要作用，本文將著重研究入流點(diǎn)的數(shù)量及位置對(duì)系統(tǒng)提標(biāo)功能實(shí)現(xiàn)的影響。

圖1 深隧系統(tǒng)原理圖

1 研究方法

城市排水系統(tǒng)模型以科學(xué)準(zhǔn)確的方式分析城市排水的相關(guān)過(guò)程，是城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的有力工具[5]。InfoWorks ICM（Integrated Catchment Management）模型，即城市綜合流域排水模型，是由Wallingford軟件公司于2011年推出的最新版城市排水系統(tǒng)模擬軟件，本論文選擇A、B兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為1 a一遇的排水系統(tǒng)，建立InfoWorks模型，研究入流點(diǎn)的數(shù)量及位置對(duì)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)從1 a一遇提高到5 a一遇功能實(shí)現(xiàn)的影響。由于深層調(diào)蓄管道系統(tǒng)本身調(diào)蓄容積有限，因此在研究過(guò)程中，還將考慮原有系統(tǒng)與深隧系統(tǒng)的水量分配，只有水量分配科學(xué)才能更好發(fā)揮二者的作用。

2 入流點(diǎn)的數(shù)量對(duì)系統(tǒng)提標(biāo)功能發(fā)揮的影響

A排水系統(tǒng)為已建分流制系統(tǒng)，總服務(wù)面積約2.90 km2，系統(tǒng)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期P=1 a，規(guī)劃綜合徑流系數(shù)ψ=0.55。系統(tǒng)共有三路主干管，三路主干管最終交匯后進(jìn)入雨水泵站，雨水經(jīng)泵站提升后排入河道，其中末端雨水泵站的排水能力約為13.0 m3/s。

從圖2～圖5可以看出，對(duì)于系統(tǒng)邊緣來(lái)說(shuō)，一個(gè)接入點(diǎn)并不能很好解決5 a一遇雨峰時(shí)刻水力線(xiàn)的問(wèn)題，系統(tǒng)邊緣處水力線(xiàn)超出地面，形成積水。接入點(diǎn)的作用從水力坡降的角度講就是在暴雨期間拉低水面線(xiàn)，系統(tǒng)有多個(gè)主管的情況下，僅靠單個(gè)點(diǎn)拉低整個(gè)系統(tǒng)的水面線(xiàn)，特別是系統(tǒng)上游的水面線(xiàn)，保證系統(tǒng)提標(biāo)功能的實(shí)現(xiàn)是非常困難的。對(duì)于三路主干管的A系統(tǒng)，3個(gè)接入點(diǎn)的方案才能較好地滿(mǎn)足既定的系統(tǒng)提標(biāo)目標(biāo)。但是對(duì)于原有系統(tǒng)提標(biāo)改造來(lái)說(shuō)，并非接入點(diǎn)越多越好，接入點(diǎn)在設(shè)置時(shí)要統(tǒng)籌考慮排水系統(tǒng)的大小，系統(tǒng)的形狀、系統(tǒng)主管的數(shù)量，不能片面追求“多點(diǎn)開(kāi)花”，以免造成新建系統(tǒng)的工程量過(guò)大，影響項(xiàng)目的可實(shí)施性。

圖2 A系統(tǒng)主管、泵站位置圖

圖3 A系統(tǒng)1個(gè)接入點(diǎn)5 a一遇的積水情況

圖4 A系統(tǒng)2個(gè)接入點(diǎn)5 a一遇的積水情況

圖5 A系統(tǒng)3個(gè)接入點(diǎn)5 a一遇的積水情況

3 入流點(diǎn)的位置對(duì)系統(tǒng)提標(biāo)功能發(fā)揮的影響

僅僅考察接入點(diǎn)數(shù)量并不能完全反映入流點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)銜接的全部影響。相同數(shù)量的接入點(diǎn)，設(shè)置在不同的位置，對(duì)系統(tǒng)功能的發(fā)揮的影響如何需要進(jìn)一步研究。下面以B系統(tǒng)為例，分析接入點(diǎn)不同位置對(duì)系統(tǒng)銜接功能實(shí)現(xiàn)的影響，特別是對(duì)于水量分配的影響。

B排水系統(tǒng)為已建分流制系統(tǒng)，總服務(wù)面積約1.30 km2。系統(tǒng)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期P=1 a，規(guī)劃綜合徑流系數(shù)ψ=0.55。系統(tǒng)共有三路主干管，三路主干管在末端匯集后進(jìn)入雨水泵站，雨水經(jīng)泵站提升后排入河道。

從圖6～圖8模擬結(jié)果可以看出，從系統(tǒng)提標(biāo)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的角度，b接入點(diǎn)似乎優(yōu)于a接入點(diǎn)。由于系統(tǒng)共有3路主干管，且在b路口匯合，故接入點(diǎn)處于系統(tǒng)泵站總管交匯處，可最大程度使用深隧調(diào)蓄功能，從這兩種方案的水量分配指標(biāo)進(jìn)行考察：5 a一遇暴雨情境下，b接入點(diǎn)方案深層調(diào)蓄管道與市政泵的水量分配為進(jìn)入調(diào)蓄管道遠(yuǎn)大于后者；5 a一遇暴雨情境下，a接入點(diǎn)方案通過(guò)深層調(diào)蓄管道與市政泵的水量較為均衡。

圖6 B系統(tǒng)主管、泵站位置圖

圖7 a路口接入點(diǎn)系統(tǒng)模擬圖

圖8 b路口接入點(diǎn)系統(tǒng)模擬圖

表1為b路口方案下市政雨水泵的特征參數(shù)表。

由表1可以看出，由于b接入點(diǎn)過(guò)于接近系統(tǒng)總管交匯處且靠近泵站進(jìn)水總管，5 a一遇暴雨工況下，由于接入點(diǎn)堰高標(biāo)高較低（為保證系統(tǒng)不積水），大量雨水優(yōu)先通過(guò)接入點(diǎn)跌落至深隧，泵站進(jìn)水困難，導(dǎo)致市政雨水泵開(kāi)泵不足，兩臺(tái)雨水泵甚至僅開(kāi)泵16 min，深隧水量與市政泵水量分配比約為3∶1。在接入點(diǎn)位置不變的前提下，要改變系統(tǒng)水量分配比例，只有提高接入點(diǎn)堰高，但堰高的提高會(huì)對(duì)系統(tǒng)提標(biāo)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生不利影響。

表1 b路口接入點(diǎn)方案市政雨水泵開(kāi)泵特征表

原有排水系統(tǒng)與深隧系統(tǒng)組成新的排水系統(tǒng)，二者共同作用以達(dá)到系統(tǒng)提標(biāo)的目標(biāo)。考慮深隧自身存在的調(diào)蓄量有限，b路口方案下原有排水系統(tǒng)與深隧系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)作用失衡，水量分配比例不當(dāng)影響系統(tǒng)的總體功能的實(shí)現(xiàn)。

接入點(diǎn)位置會(huì)對(duì)原有系統(tǒng)與深隧系統(tǒng)的銜接產(chǎn)生重要影響，因此，需從系統(tǒng)水量分配合理性的角度綜合考慮，才能科學(xué)地確定接入點(diǎn)的位置。

4 結(jié)論

深層調(diào)蓄管道對(duì)原有系統(tǒng)的提標(biāo)功能依靠設(shè)置接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，接入點(diǎn)為原有系統(tǒng)與新建系統(tǒng)相互聯(lián)系的紐帶。接入點(diǎn)的作用從水力坡降的角度講就是在暴雨期間拉低水面線(xiàn)，其設(shè)置的數(shù)量和位置要考慮排水系統(tǒng)的大小，系統(tǒng)的形狀、系統(tǒng)主管的數(shù)量，與現(xiàn)狀淺層市政泵站運(yùn)行的關(guān)系等，只有充分考慮原有系統(tǒng)與新建系統(tǒng)的銜接關(guān)系，最大限度地發(fā)揮淺層調(diào)蓄系統(tǒng)的功能，且保證進(jìn)入深隧系統(tǒng)的水量不失衡，才能充分發(fā)揮深隧的提標(biāo)功能。

[1]胡偉賢,何文華,黃國(guó)如，等.城市雨洪模擬技術(shù)研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2010,21(1):137-144.

[2]張辰.適當(dāng)提高排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐步建立城市內(nèi)澇防治體系[J].給水排水,2013,39(12):1-3.

[3]丁留謙,王虹,李娜,等.美國(guó)城市雨污蓄滯深隧的歷史沿革及其借鑒意義[J].中國(guó)給水排水,2016,32(10):35-41.

[4]董磊,張欣.虹口港-走馬塘段深層排水調(diào)蓄隧道系統(tǒng)工程研究[J].給水排水,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

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1009-7716（2017）09-0098-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.028

2017-07-13

上海市科委項(xiàng)目（14DZ1208203）；上海市青年科技啟明星計(jì)劃資助（17QB1403600）

李鵬程（1986-），男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，從事排水設(shè)計(jì)工作。