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摘 要：岳阳老城区现状排水系统设计标准偏低，每逢汛期，低洼片区常出现积水问题，对居民日常出行造成影响。因受建设条件制约，通过排水系统翻排或者源头治理方式解决内涝问题难度较大。本文以高家巷片区积水点改造为实例，在管网末端增设离线调蓄塘，并采用脱过系数与SWMM模型分别计算池容，以期对城市内涝治理工程提供思路与方法支撑。
关键词：内涝;雨水调蓄;SWMM模型;有效容积
在城市快速发展以及全球气候变化的背景下，城市内涝问题日益频发，暴露出城市排水系统存在的问题[1]。新城区建设过程中可通过雨水管道重现期的提升或降低径流系数方式，有效的避免内涝问题。老但城区往往存在规划不合理或历史欠账问题，导致排水系统较为复杂，建设条件差，改造难度较大，是当今老城区排水系统改造过程中面临的难点问题。笔者以岳阳高家巷易涝区为例，通过离线调蓄方式缓解内涝问题，以期为相关工程提供借鉴。
1 项目概况
岳阳高家巷易涝区位于岳阳市主城区，排水体制为雨、
污分流制。本工程雨水汇水分区面积约33 ha。区域现状内的雨水主要通过1.5 m×1.5 m雨水沟渠自南向北排入东风湖（系统图详见图1），东风湖最高水位27.5 m。内涝主要积水段为高家巷与易家巷交叉口附近，该处地势较低（与周边地块高差约2 m）。且此点设有一处雨水沟渠检查口（格栅盖板）。跟据现场调查，大暴雨时期，雨水主要通过检查口溢流至周边地块，产生“涌水”现象，周边居民住宅内积水深度最高可达1.5 m，严重威胁到居民的生命安全与财产安全。管渠CCTV检测结果显示，雨水沟渠健康情况良好，不存在结构性或功能性缺陷情况。
2 高家巷地块内涝原因分析
研究表明，导致城市内涝原因众多，可以概括为以下几点[2]：（1）下游水位顶托，导致雨水重力自流无法顺利排放，低洼地区容易出现内涝;（2）原有雨水系统设计标准偏低，排水能力不足;（3）城市总体雨水调蓄能力降低;（4）因全球气候变暖，暴雨强度逐年增大，极端天气频发;（5）随着城市发展，透水性地面不断减少。从本工程角度出发，引发内涝的直接原因从下游顶托与排水能力两点进行解析。高家巷地块最低点地面标高为29.64 m，
排放水体最高水位27.5 m，管渠水损为0.98 m，利用重力自流可满足排放要求。借助水力计算及SWMM模型，分别在P=1年与P=3年条件下对现状管渠排水能力进行分析。水力计算详见表1，当暴雨重现期P取1年时，设计流量与管渠的最大过流能力差值为+62.56 L/s，满足地块雨水排放要求;当暴雨重现期P取3年时，设计流量与管渠的最大过流能力差值为-1 276.75 L/s，设计流量已超过其最大排放能力。
利用SWMM模型分别模拟暴雨重现期P=1、P=3年情况下，管渠内不同时刻的水位变化情况。根据模型动态演示结果，雨水管渠在暴雨重现期P=1情况下，所有节点均未出现超负荷运行情况。当暴雨重
现期P=3年时，节点5出现内涝积水现象。纵断面水位变化（暴雨重现期P=3）请详见图2。通过两种方法分析可知，现状排水管渠尺寸偏小是本区域产生内涝的关键原因。
3 易涝点改造方案
3.1 总体方案
高家巷片区位于老城区，现状道路下管线错综复杂，工程建设实施难度较大，若采用灰色调蓄池形式，工程造价较高。基于以上原因，并结合景观以及现场用地等情况，本工程在高家巷与易家巷附近设置离线调蓄塘。通过溢流管道将雨水箱涵与调蓄塘相连。小雨时期，雨水直接排放至东风湖;暴雨时期，雨水管渠内出现超负荷运行现象时，“过载”雨水通过溢流管排入拟建雨水塘内，其原理如下图3所示。待天晴后，塘内储存的雨水通过重力管渠与提升泵排放至箱涵内。
3.2 调蓄塘容积确定
调蓄设施容积计算方法并不唯一，根据《城镇雨水调蓄池技术规程》（GB1174-2017）[4]，调蓄设施用于削减洪峰流量时，其容积可采用出、入流过程线法。当受条件制约时，可采用脱过系数公式。因调蓄设施容积与造价、排涝效果密切相关，且一旦实施完成将难以改造，是工程设计过程中极为重要一环[3]。因此，本次调蓄塘容积的计算分别采用SWMM模型以及传统脱过系数公式两种方法相互对比后确定，以期为调蓄设施设计提供参考。根据《室外排水设计规范》GB50014-2006（2016版），内涝重现期标准P取30年。
3.2.1 脱过系数法
V=[-（0.16/n1.2+b/t×0.5/（n+0.2）+1.1）]lg（a+0.3）+0.215/n0.15]×Q×t
式中：V --調蓄池有效容积m3;
b、n--暴雨强度参数;
t--降雨历时min;
a--脱过系数，取值为调蓄塘下游设计流量和上游设计流量之比;
Q--上游设计流量（m3/min）。
有相关研究表明[5]，采用传统脱过系数公式计算，管道达到最大设计流量时，对应池容非最大，应适当延长相应降雨历时。因此，本次降雨历时分别选用t=20 min（对应最大设计流量），40 min，60 min，70 min（当降雨历时进一步取高值时，上游设计流量将小于下游设计流量），计算结果见下表所示。
由表2可知，随着降雨历时取值不断增大，调蓄塘计算池容呈递减趋势，当设计流量最大时（即降雨历时取20 min），调蓄池池容最大。
3.2.2 SWMM模型法
SWMM是由美国环保部门研发的一种可动态模拟径流过程的计算程序。本工程所采用的降雨事件模拟是根据暴雨强度公式合成，单次降雨历时取180 min，芝加哥雨峰系数取0.4。模型参数设定依据相关文献[6]与SWMM模型手册[7]。在概化模型中（见图4），研究区域共分为8个分区，7个节点，本工程在节点5附近设置离线调蓄塘，即节点7。根据相关研究，在假定调蓄塘不发生溢流前提下（即设置调蓄塘的体积无限大），降雨量随着降雨时间的不断增加，而调蓄设施进水量逐渐降低为零，调蓄容积趋向于定值，此值即为有效调蓄容积。 模拟结果如图5所示，结果表明在初雨时期，所收集雨水将直接外排，调蓄塘储水体积为零。当降雨0.8 h后，调蓄塘蓄水量不断增加。降雨历时大于1.25 h后，蓄水量可达6 000 m3。结合表2可知，采用脱过系数法时计算容积为5 895.02 m3，与采用SWMM模型模拟结果相近。为确保排涝效果，取两者最大值。因此本工程调蓄池有效池容采用6 000 m3。
3.3 调蓄塘出水设计
调蓄塘出水方式可分为重力流与压力流两种形式。因受标高限制，设计中往往采用单一压力出水形式，虽然技术可行，但不利于节能。本方案采用重力与压力流相结合形式。调蓄塘内9.0 m～10.0 m水位区间的存储雨水（本工程雨水箱涵涵底标高9.0 m，10.0 m为调蓄塘最高水位）通过DN600管道重力排放至1.5 m×1.5 m雨水管涵，调蓄塘7.5 m～9.0 m
水位区间的雨水（7.0 m为调蓄塘最低水位）通过2台140 m3/h提升泵排出。
t=V/3 600Q'η
式中：t--放空时间h;
Q'--下游排水管道的受納能力m3/s;
η--排放效率，一般取0.3～0.9，本次设计取0.9。
考虑到重力与压力排放动态叠加，排放时间按最不利情况考虑，即全部按照压力排放。排空时间t由上式计算得出约为24 h。
4 结论
（1）本工程自2019年竣工以来，高家巷内涝情况基本消除，取得良好环境效益与社会效益。（2）当采用脱过系数法公式，降雨历时在采用管渠最大设计流量条件下，调蓄塘容积最大。（3）调蓄容积是本工程设计的核心内容，从计算结果看，脱过系数公式与SWMM模型略有差异，在进行调蓄设计时，可采用两种方法相互校核。
参考文献：
[1]唐磊，周飞祥，等.北方城市典型内涝积水问题的系统化解决方案[J].中国给水排水，2020，36（13）：139-144.
[2]汉京超，俞士静，等.沿海平原河网城市排水防涝典型问题及对策分析[J].中国给水排水，2020，36（4）：30-34.
[3] 邵泽岩，冯燕.基于SWMM的雨水调蓄池容积研究 [J]. 工业用水与废水，2017，48（4）：47-50.
[4]GB51174-2017，城镇雨水调蓄工程技术规范[S].
[5]白云生.用于削减洪峰流量调蓄池池容计算探讨[J]. 给水排水，2020，46（增刊）：445-448.
[6]秦佳伟.基于SWMM对雨水管网中调蓄池及雨水泵站优化设计的研究[D].南华大学，2015.
[7]ROSSMAN L A.Storm water management model user's manual[R].2009.
关键词：内涝;雨水调蓄;SWMM模型;有效容积
在城市快速发展以及全球气候变化的背景下，城市内涝问题日益频发，暴露出城市排水系统存在的问题[1]。新城区建设过程中可通过雨水管道重现期的提升或降低径流系数方式，有效的避免内涝问题。老但城区往往存在规划不合理或历史欠账问题，导致排水系统较为复杂，建设条件差，改造难度较大，是当今老城区排水系统改造过程中面临的难点问题。笔者以岳阳高家巷易涝区为例，通过离线调蓄方式缓解内涝问题，以期为相关工程提供借鉴。
1 项目概况
岳阳高家巷易涝区位于岳阳市主城区，排水体制为雨、
污分流制。本工程雨水汇水分区面积约33 ha。区域现状内的雨水主要通过1.5 m×1.5 m雨水沟渠自南向北排入东风湖（系统图详见图1），东风湖最高水位27.5 m。内涝主要积水段为高家巷与易家巷交叉口附近，该处地势较低（与周边地块高差约2 m）。且此点设有一处雨水沟渠检查口（格栅盖板）。跟据现场调查，大暴雨时期，雨水主要通过检查口溢流至周边地块，产生“涌水”现象，周边居民住宅内积水深度最高可达1.5 m，严重威胁到居民的生命安全与财产安全。管渠CCTV检测结果显示，雨水沟渠健康情况良好，不存在结构性或功能性缺陷情况。
2 高家巷地块内涝原因分析
研究表明，导致城市内涝原因众多，可以概括为以下几点[2]：（1）下游水位顶托，导致雨水重力自流无法顺利排放，低洼地区容易出现内涝;（2）原有雨水系统设计标准偏低，排水能力不足;（3）城市总体雨水调蓄能力降低;（4）因全球气候变暖，暴雨强度逐年增大，极端天气频发;（5）随着城市发展，透水性地面不断减少。从本工程角度出发，引发内涝的直接原因从下游顶托与排水能力两点进行解析。高家巷地块最低点地面标高为29.64 m，
排放水体最高水位27.5 m，管渠水损为0.98 m，利用重力自流可满足排放要求。借助水力计算及SWMM模型，分别在P=1年与P=3年条件下对现状管渠排水能力进行分析。水力计算详见表1，当暴雨重现期P取1年时，设计流量与管渠的最大过流能力差值为+62.56 L/s，满足地块雨水排放要求;当暴雨重现期P取3年时，设计流量与管渠的最大过流能力差值为-1 276.75 L/s，设计流量已超过其最大排放能力。
利用SWMM模型分别模拟暴雨重现期P=1、P=3年情况下，管渠内不同时刻的水位变化情况。根据模型动态演示结果，雨水管渠在暴雨重现期P=1情况下，所有节点均未出现超负荷运行情况。当暴雨重
现期P=3年时，节点5出现内涝积水现象。纵断面水位变化（暴雨重现期P=3）请详见图2。通过两种方法分析可知，现状排水管渠尺寸偏小是本区域产生内涝的关键原因。
3 易涝点改造方案
3.1 总体方案
高家巷片区位于老城区，现状道路下管线错综复杂，工程建设实施难度较大，若采用灰色调蓄池形式，工程造价较高。基于以上原因，并结合景观以及现场用地等情况，本工程在高家巷与易家巷附近设置离线调蓄塘。通过溢流管道将雨水箱涵与调蓄塘相连。小雨时期，雨水直接排放至东风湖;暴雨时期，雨水管渠内出现超负荷运行现象时，“过载”雨水通过溢流管排入拟建雨水塘内，其原理如下图3所示。待天晴后，塘内储存的雨水通过重力管渠与提升泵排放至箱涵内。
3.2 调蓄塘容积确定
调蓄设施容积计算方法并不唯一，根据《城镇雨水调蓄池技术规程》（GB1174-2017）[4]，调蓄设施用于削减洪峰流量时，其容积可采用出、入流过程线法。当受条件制约时，可采用脱过系数公式。因调蓄设施容积与造价、排涝效果密切相关，且一旦实施完成将难以改造，是工程设计过程中极为重要一环[3]。因此，本次调蓄塘容积的计算分别采用SWMM模型以及传统脱过系数公式两种方法相互对比后确定，以期为调蓄设施设计提供参考。根据《室外排水设计规范》GB50014-2006（2016版），内涝重现期标准P取30年。
3.2.1 脱过系数法
V=[-（0.16/n1.2+b/t×0.5/（n+0.2）+1.1）]lg（a+0.3）+0.215/n0.15]×Q×t
式中：V --調蓄池有效容积m3;
b、n--暴雨强度参数;
t--降雨历时min;
a--脱过系数，取值为调蓄塘下游设计流量和上游设计流量之比;
Q--上游设计流量（m3/min）。
有相关研究表明[5]，采用传统脱过系数公式计算，管道达到最大设计流量时，对应池容非最大，应适当延长相应降雨历时。因此，本次降雨历时分别选用t=20 min（对应最大设计流量），40 min，60 min，70 min（当降雨历时进一步取高值时，上游设计流量将小于下游设计流量），计算结果见下表所示。
由表2可知，随着降雨历时取值不断增大，调蓄塘计算池容呈递减趋势，当设计流量最大时（即降雨历时取20 min），调蓄池池容最大。
3.2.2 SWMM模型法
SWMM是由美国环保部门研发的一种可动态模拟径流过程的计算程序。本工程所采用的降雨事件模拟是根据暴雨强度公式合成，单次降雨历时取180 min，芝加哥雨峰系数取0.4。模型参数设定依据相关文献[6]与SWMM模型手册[7]。在概化模型中（见图4），研究区域共分为8个分区，7个节点，本工程在节点5附近设置离线调蓄塘，即节点7。根据相关研究，在假定调蓄塘不发生溢流前提下（即设置调蓄塘的体积无限大），降雨量随着降雨时间的不断增加，而调蓄设施进水量逐渐降低为零，调蓄容积趋向于定值，此值即为有效调蓄容积。 模拟结果如图5所示，结果表明在初雨时期，所收集雨水将直接外排，调蓄塘储水体积为零。当降雨0.8 h后，调蓄塘蓄水量不断增加。降雨历时大于1.25 h后，蓄水量可达6 000 m3。结合表2可知，采用脱过系数法时计算容积为5 895.02 m3，与采用SWMM模型模拟结果相近。为确保排涝效果，取两者最大值。因此本工程调蓄池有效池容采用6 000 m3。
3.3 调蓄塘出水设计
调蓄塘出水方式可分为重力流与压力流两种形式。因受标高限制，设计中往往采用单一压力出水形式，虽然技术可行，但不利于节能。本方案采用重力与压力流相结合形式。调蓄塘内9.0 m～10.0 m水位区间的存储雨水（本工程雨水箱涵涵底标高9.0 m，10.0 m为调蓄塘最高水位）通过DN600管道重力排放至1.5 m×1.5 m雨水管涵，调蓄塘7.5 m～9.0 m
水位区间的雨水（7.0 m为调蓄塘最低水位）通过2台140 m3/h提升泵排出。
t=V/3 600Q'η
式中：t--放空时间h;
Q'--下游排水管道的受納能力m3/s;
η--排放效率，一般取0.3～0.9，本次设计取0.9。
考虑到重力与压力排放动态叠加，排放时间按最不利情况考虑，即全部按照压力排放。排空时间t由上式计算得出约为24 h。
4 结论
（1）本工程自2019年竣工以来，高家巷内涝情况基本消除，取得良好环境效益与社会效益。（2）当采用脱过系数法公式，降雨历时在采用管渠最大设计流量条件下，调蓄塘容积最大。（3）调蓄容积是本工程设计的核心内容，从计算结果看，脱过系数公式与SWMM模型略有差异，在进行调蓄设计时，可采用两种方法相互校核。
参考文献：
[1]唐磊，周飞祥，等.北方城市典型内涝积水问题的系统化解决方案[J].中国给水排水，2020，36（13）：139-144.
[2]汉京超，俞士静，等.沿海平原河网城市排水防涝典型问题及对策分析[J].中国给水排水，2020，36（4）：30-34.
[3] 邵泽岩，冯燕.基于SWMM的雨水调蓄池容积研究 [J]. 工业用水与废水，2017，48（4）：47-50.
[4]GB51174-2017，城镇雨水调蓄工程技术规范[S].
[5]白云生.用于削减洪峰流量调蓄池池容计算探讨[J]. 给水排水，2020，46（增刊）：445-448.
[6]秦佳伟.基于SWMM对雨水管网中调蓄池及雨水泵站优化设计的研究[D].南华大学，2015.
[7]ROSSMAN L A.Storm water management model user's manual[R].2009.