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当前我国大多数城市的老城区面临着严重的合流制溢流污染问题,主要是由于老城区排水管网的设计重现期落后、雨污分流不彻底、硬质化不透水面积大、地面改造难度高等因素导致。本研究针对上述问题,以西安市老城区为研究对象,利用ArcGIS和EPASWMM软件,基于实际管网节点数据构建了老城区排水管网模型;分别进行短历时设计重现期降雨和2019年实际降雨条件下的城市雨洪模拟,评估现状合流制管网的排水能力,研究合流制溢流污染过程的时空变化特征及污染现状;针对性地提出5种改造措施,模拟控制措施在不同降雨条件下对合流制溢流污染控制情况,并进行最优分析。在海绵城市建设和黑臭水体治理的大背景下,为我国中心老城区合流制溢流污染控制提供指导性建议。主要研究结论如下:(1)基于1980-2019年西安市降雨数据,对西安市整体降雨状况做了分析,分析结果表明:西安市近40年的平均降雨量为539.91mm,降雨主要集中在7-9月份;小到中雨场次占总降雨场次的80.57%,降雨量占总降雨量的70%;近十年降雨量呈增大趋势,暴雨频率逐渐升高。(2)在老城区现有排水管网的数据资料基础上,基于SWMM软件构建了研究区合流制排水管网模型。率定结果表明,模拟综合径流系数的误差控制在5%以内,Ens符合标准要求,各参数设置合理,证明了模型在降雨径流与管网水力计算具有一定的可靠性,对排水模型率定参数的确定具有借鉴及指导意义。(3)通过计算得到西安市老城区综合径流系数为0.782;不同降雨条件下对现状管网的排水能力评估表明,该区现状排水管网的排水能力较低;初期雨水污染较为严重,前60min溢流污水所挟带的污染负荷均占总量的50%以上;2019年研究区全年总溢流量为304.303万m3,年溢流次数为32次,年SS、COD、NH3-N和TP的排出负荷分别为215.167t、186.617t、14.614t和1.262t。大量溢流污染物对护城河造成了严重污染,证实了老城区合流制溢流污染改造的必要性。(4)针对研究区当前现状问题,分别设置了LID措施、末端调蓄池、扩大截流干管、LID与末端调蓄池组合措施和LID与扩大截流干管组合措施等5种控制措施。综合对比溢流污染控制效果和投资估算可知,LID与扩大截流干管的组合措施为最优措施。本研究所提出的5种改造措施可以满足当下西安市对老城区合流制改造的需求,对于我国中心老城区海绵城市建设及合流制溢流污染控制具有一定的参考价值。