（环境工程专业论文）上海市重要地区雨水调蓄池应用研究.pdf

摘要 摘要 在城市化发展的进程中，原有的透水性地面越来越少，而大量土地资源的开 发导致了城市中不透水性地面的增加。这些不透水性地面的扩张增大了排水系统 的径流系数，使得排入雨水管道的径流量大大增加，当水量增加到超出设计流量 时，便会在城市中出现合流制溢流以及地面积水等问题。建造雨水调节池，是控 制城市面源污染，提高排水能力的一项有效措施。 本文以w a l l i n g f o r d 公司开发的i n f o w o r k sc s 排水管网模型为工具，结合已 有规划资料、现状管道勘测数据、泵站实际运行的s c a d a 数据等，建立包括雨 水管道、雨水调蓄池、泵站在内的计算机水力模型，并选择适当的模型计算方法 进行模拟，分析管网系统的排水能力和确定雨水调蓄池的设计能力。目的是评价 在上海市雨水排水系统中建造雨水调蓄池的效果及其适用场合，并讨论相关措 施、方法在已建成系统改造与新建系统中应用的可能性，为中心城区雨水系统改 造、建设方案提供决策依据。 关键词：不透水性地面，雨水调蓄池，排水管网模型 a b s t r a c t a b s t r a c t d u r i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t y , t h eo r i # n a lp e r v i o u sg r o u n di sl e s sa n dl e s s ，b u ta g r e a td e a lo fd e v e l o p m e n ti nl a n dc a u s e dt h ei m p e r v i o u sg r o u n dm o r ea n dm o r ei nt h e c i t y e x t e n s i o no ft h ei m p e r v i o u sg r o u n de n l a r g et h er u n o f fc o e f f i c i e n to fd r a i n a g e n e t w o r k ，i te n l a r g er a p i d l yr u n o f fd i s c h a r g ee n t e ri n t od r a i n a g ep i p e w h e nt h ea c t u a l d i s c h a r g eo v e r c o m ed e s i g n e dd i s c h a r g e ，i tw i l lh a p p e ni nt h ec i t y ，s u c h 弱t h e o v e r f l o wi nc o m b i n e dd r a i n a g ea r e aa n ds t o r mw a t e ra c c u m u l a t i n g0 1 1t h eg r o u n d t o c o n s t r u c tt h ed e t e n t i o np o n df o rr a i nw a t e r , i sav a l i dm e a s u r et oc o n t r o ln o n - p o i n t s o u r c ep o l l u t i o ni nt h ec i t y , t oi m p r o v ed i s c h a r g ea b i l i t yo fc a t c h m e n t t h i st e x tt a k ei t 觞t h et o o lt h a tt h ei n f o w o r k sc sd r a i np i p en e t w o r km o d e lw h i c h d e v e l o p e db yw a l l i n g f o r dc o m p a n y , c o m b i n i n gp l a n n i n gd a t a , t h ep r e s e n tp i p ed a t a , t h ea c t u a ls c a d ad a t ao fp u m ps t a t i o n e t c ，a n db u i l d i n g u pt h e c a l c u l a t o r h y d r a u l i c sm o d e l ，w h i c hi n c l u d i n gr a i nw a t e rp i p i n g , s t o r mw a t e rd e t e n t i o np o n d ， t h ep u m ps t a t i o n , t h e nc h o o s i n gt h ea p p r o p r i a t em o d e lc a l c u l a t i o nm e t h o dt oc a r r yo l l t h ee m u l a t i o n , t h ea n a l y z i n gd i s c h a r g ea b i l i t yo ft h en e t w o r ka n dm a k es u r et h e d e s i g na b i l i t yo ft h ed e t e n t i o np o n d 啊1 ep u r p o s ei s t oe v a l u a t et h er e s u l to f c o n s t r u c t i n gr a i nw a t e rd e t e n t i o np o n di ns h a n g l l a id r a i n a g es y s t e m ，a n dt oe v a l u a t e i t sa p p l i c a b l es i t u a t i o n , t od i s c u s st h er e l a t e dm e a s u r ea n dm e t h o dw h i c ha p p l i e di n t h er e f o r m a t i o no fd r a i n a g es y s t e ma n dl a t e l yd r a i n a g es y s t e m ，r e f o r m ，t op r o v i d et h e d e c i s i o nf o rr e f o r m a t i o na n dc o n s t r u c t i o no fd r a i n a g es y s t e mi nc e n t e rc i t y k e yw o r d s ：i m p e r v i o u sg r o u n d , d e t e n t i o np o n df o rs t o r mw a t e r , d r a i n a g en e t w o r k m o d e l i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各 项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论 文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文； 学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权 按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为 目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 芗给 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名彩删 学位论文作者签名： 1 让月i 咽 巾棚 事￥鑫 ，o 日 第1 章概述 第1 章概述 在城市化发展的进程中，原有的透水性地面越来越少，而大量土地资源的开 发导致了城市中房屋、停车场、公路和其他不透水性地面的增加。这些不透水性 地面的扩张增大了排水系统的径流系数，使得排入雨水管道的径流量大大增加， 当水量增加到超出了设计流量时，便会在城市中出现合流制溢流以及地面积水等 问题。建造雨水调节池，是控制城市面源污染，提高排水能力的一项有效措施， 无论是对新建雨水系统，还是改造现有排水系统，修建雨水调蓄池可以降低溢流 污染负荷，提高排水标准，具有较好的可实施性与经济效益。 1 1 国外发达国家雨水调蓄池的应用调研 自上世纪七八十年代以来，欧美等发达国家就已经将水环境保护的注意力投 向城市雨水径流的非点源污染领域。水文学、水力学以及计算机技术的发展促进 了人们对雨水管理以及调蓄技术的研究。 欧洲许多国家的排水系统以合流制为主。德国早在上世纪七十年代就开始对 合流制溢流的调蓄展开研究，并且广泛应用，技术非常成熟。德国合流制下水道 约占7 0 ，分流制下水道约占3 0 ，原东德地区以分流制下水道为主，原西德 地区以合流制下水道为主。全德国的城市面源污染控制设施有：合流制雨水溢流 调蓄池约3 7 万座，总容积1 4 0 0 万m 3 ；分流制雨水调蓄池约1 万座，总容积1 0 0 0 万i n 3 ；污水处理厂l 万座，平均每座污水厂有4 7 座调蓄池。在德国，一般对分 流制系统雨水不进行处理，如有必要，则采用雨水调蓄池对雨水进行沉淀处理， 合流制系统雨水必须进行处理，合流制系统雨水处理与污水处理设计是一体的， 受到同样的重视，总的目标是：控制排入水体的负荷量最小，要求达到合流制系 统排入水体的污染物总负荷不大于分流制系统排入水体的负荷。在德国的设计规 范a t va 1 2 8 合流污水箱涵暴雨削减装置指针中，将合流制系统雨水处理的 任务定义为：对雨水进行截流处理，在保证流入污水处理厂的水量不超过其设计 允许流量的同时，使直接排放的雨水对水体造成的冲击性负荷在可接受的范围 内。因为水体的质量好坏是由进入该水体的污染物总量决定的，需要将进入受纳 水体的全部污染物总量，包括污水厂尾水与雨天溢流总量减少到最低程度。德国 第1 章概述 法律规定新开发区的暴雨流量不能超过开发前的暴雨流量，所有新开发区必须实 施强制的“就地雨水滞留池”。在村庄和小城镇，建有滞留雨水的低地池塘，池 塘内形成自然的湿地生态系统，在下雨时让雨水顺地势流入，雨水可通过植物的 根系吸收入地，有利于地下水资源的增加，降低排入河道的洪峰流量。在城市内， 提倡雨水回收利用，将屋顶雨水通过独立的雨水管道收集至地下储水池，经过简 单的沉淀处理后达到杂用水质标准，用于冲洗厕所和浇洒绿化，还制定了有关雨 水利用的法律，对雨水利用给予支持，如在新建小区之前，无论是工业、商业还 是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用设施，政府将征收雨水排放 设施费和雨水排放费。 美国自上世纪七十年代开始对雨水径流污染和合流制溢流污染进行治理。美 国环保局提出了雨水“最优化管理方法( b m p s ) ，目标是从源头开始控制径流 水量及其污染负荷。其具体措施包括减少直接连接不透水面积( d i r e c t l yc o n n e c t e d i m p e r v i o u sa r e a ) 、渗透设施( i n f i l t r a t i o nf a c i l i t y ) 、滞留调节池( d e t e n t i o nb a s i n ) 、截 留调节池( r e t e n t i o nb a s i n ) 、湿地( w e t l a n d ) 与渗透性铺面( p o r o u sp a v i n g ) 等。在这些 工程性措施中，延时滞留调蓄池和截流调蓄池被评为第一等级，排名二、三，尤 其在水质提高、流速控制、对各种土地的适应性和设计技术难度方面，得到较高 的评价。由于调蓄池比其他工程性控制措施更适应于各种环境条件，在美国得到 广泛应用，各州在进行雨水控制中都按照当地情况，建造了适宜的调蓄池。 日本在对合流制系统的改造当中主要采用调蓄设施。例如日本的横滨市，年 降雨量1 6 0 0 m m ，排水管道坡度很大。为了降低初期雨水的污染，缓解暴雨积水， 减少系统改建的投资费用，规划建设1 6 个调蓄池，目前已建成1 1 个调蓄池。调 蓄池容量大多在6 0 0 0 - - 8 0 0 0 0 m 3 ，计划中最大的调蓄池容量达1 1 万m 3 。调蓄池 的体积为截流面积5 m m ( 即每l o o h a 汇水面积建l 座5 0 0 0m 3 调蓄池) 。调蓄 池一般建造在地下，采用钢筋混凝土群柱结构，池水深6 1 0 m ，立柱中距5 6 m 。水池净高6 1 0 m 。顶部多为公共绿地、停车场或球场等。 常用的调蓄池设计方法是用模型进行流动过程模拟。由于模型能够模拟多种 情况下的产汇流及系统运行情况，而得到广泛应用。常用的模型包括美国环保局 开发的暴雨雨水管理模型( s w m m ) ；美国水文工程中心的储存、处理、溢流、 径流模型( s t o 脚) ；f o r t r a n 水力模拟程序( h s p f ) ；丹麦水力研究中心 ( d h i ) 的m o u s e ；英国w a l l i n g f o r d 公司开发的i n f o w o r k sc s 等。 2 第1 章概述 1 2 国内雨水调蓄池的发展状况 国内的雨水调蓄池主要是利用天然池塘或洼地暂时储存雨水，而对调蓄池的 机理和污染控制应用等研究甚少。以齐齐哈尔市为例，根据该市的实际情况及经 济状况，经过实地调查，把一些低洼地区及可利用的天然池塘改建成雨水调蓄池， 充分利用雨水调蓄池的调蓄功能，使雨天部分地区内涝的局面得到改善。雨水调 蓄池能对雨水高峰流量进行调蓄，可以极大地降低下游雨水管道的尺寸，从而使 工程造价也得以降低。 上海市在国内率先提出合流制排水系统污染物控制技术研究，并将合流污水 调蓄池作为控制溢流污染负荷的重要手段，而且苏州河二期工程项目已经开始建 设5 座地下式调蓄池，减少苏州河沿岸泵站放江雨水的污染负荷，这在国内相关 领域的研究与实践中，处于领先水平。然而调蓄池的应用效果、其较替代方案的 优势、池子的规划布局并无系统的计算结果作为依据。用模型进行系统调蓄能力 评估的研究相对较少，国内几乎没有相关研究成果。 采用排水系统模型对系统进行评价是今后发展的趋势。香港从上世纪8 0 年 代开始，就开始采用w a l l i n g f o r d 软件评价雨水与污水系统。始于1 9 8 8 年的香港 污水总体规划，是为了研究香港的污水系统而发起的。在这一研究中，所有的骨 干污水管网都建立了模型，辅助规划污水系统的改善。用软件评价雨水排水管网 的排水能力，确定现有系统的雨水排水标准，并为提高现有系统排水能力提供备 选方案。 1 3 雨水调蓄池的主要类型 1 3 1 地下式雨水调蓄池 地下式雨水调蓄池完全覆盖于浅层地下，地面部分仍然可以利用。其是功能 专一的水工构筑物，容量稳定可靠。适用于地下空间资源较为宽松的区域。 1 3 2 地面式雨水调蓄池 地面式雨水调蓄池在日本运用较多，称为“游水池。这种雨水调蓄池利用 将城市绿地、广场、停车场做成下沉式绿地、广场、停车场，使其具有一定的库 容。当降雨强度超过管网设计标准时起驻留雨水作用。其优点是可以很好地结合 3 城市总体规划，使得城再祭艇韵较明盟的层次感，阿时用作临时蓄水池，造价低 廉，节省上地。返类绿地、广场、停车场要安装报警装置，暴阿到柬 “应反复警 示，警告人们赶快撤离。 幽11r 沉式绿地 阁12 日本某地区地面调蓄池使用状况 1 33 隧道式雨水调蓄池 隧道调蓄池是位于深层地下，用于贮存、输送i ：f ：水或合流污水的隧道，通常 具有很大的调蓄容量。采用隧道调蓄池有望大大提高现有排承系统的排水能力， 有效地控制合流制系统的溢流污染。由于隧道调蓄池也可建造在高楼的桩基以 f ，相对标高- 2 0 m 以下的地层，所以不仅不会占用昂贵的城市用地，对城市地 翦i 口概述 f 审问利h j 的影响也比较小，较适合在i ：海这剃一管逆系统已经建成、城市h 地紧 张的人都盯使用。缺点是排空时提升高度大、运行费用高，此外兼作输送管道的 隧道中容易发生沉淀，需要定期清理。 图 3 隧道式( 管道式) 调蓄池 1 4 国外雨水调蓄池的应用实例 美国芝加哥市区艿有3 7 5 平方英里( 9 7 1k m 2 ) 范围是采用合流制排水系统。 为了控制合流制管道的溢流污染，芝加哥政府决定推行隧道与水库计划( t a r p ) 。 该计划包括两个阶段：第一阶段是污染控制，第二阶段为洪水控制。在第一阶段， 该系统能存储超过7 57 万m 的合流污水，每年排入芝加哥地区河流的污染负荷 山此减少了8 5 。 t a r p 由四个隧道系统组成，每个隧道系统包含3 个部分：水库、输水隧道、 污水处理厂。浚计划包括3 个水库、2 0 1 k r a 的输水隧道和4 座污水处理厂。整个 计划的贮水能力为16 8 亿一，其巾11 4 亿m 3 是隧道的贮水能力，整个贮水能 力柏当于合流制地区的1 73 m m 径流量( 由隧道提供的径流调蓠能力为1 2 r a m ) 。 这些隧道位于地表以下4 6 m - - 8 8 m ，直径从5 m 到1 07 m 。整个计划的处理能力 约为9 64 m 3 s ，现已有9 12 m 3 s 。雨水的处理能力约为3 18 m 3 s ，约等于平均早 天流量的0 5 倍。通过t a r p 系统能消除6 4 0 个溢流点。各子系统同整个t a r p 隧道系统相同，包括沉井，收集设备和泵站。在所有的输水隧道术端和所有水库 附近建造地下泵站。这些泵站的规模能允许整个隧道在2 - 3 天内被排空。 总主流和d e sp l a i n e s 系统是芝加哥最大的一个隧道系统，芝加哥市的大部分 第l 章概连 区域都得益于该隧道系统的保护。该隧道系统由6 6 1 英里长的隧道组成。其中， 4 05 英里长的干流隧道系统于1 9 8 5 年完成并投入使用；2 56 英里长的d e s p l a i n e s 系统于1 9 9 9 年完成井投入使用。另有c a l u m e t 系统于2 0 0 4 年竣工。芝加哥隧 道系统的组成与分布见图1 4 。 圈14 芝加哥隧道系统的组成与分布图 己建的隧道系统使合流制系统的溢流次数减少到每年1 0 次。并使台流制排 水管的溢流量减少7 5 ，排放至受纳水体的b o d s 负荷减少9 0 。芝加哥的隧道 主要是在线调蓄隧道隧道本身也起着截流与输送台流污水的作用。 瑞典首都斯德哥尔摩所采用的则是线外调蓄隧道。主隧道长约7 k i n ，另外包 括7 条支线4 k m 和4 条输送隧道1 l a n 。隧道截面1 7 m 2 的部分长度有63 k m ，截 面2 5 m 2 的部分有5 7 k i n ，能贮存约”5 万m 3 的水量。暴雨由3 6 条连接管分别 进入隧道，再经e g g e b y 泵站排空至l g e l b a c k v a 河，泵站设计流量为5m 3 s ，泵 机配备采用4 用1 备，共设5 台泵。 斯德哥尔摩雨水调蓄隧道计划见图1 5 。 第1 章概述 图1 5 斯德哥尔摩雨水调蓄隧道布局图 图1 4 是美国密歇根州g r a n dp a p i d s 市的合流制溢流的线外调蓄池示意图。 该调蓄池具有一定的处理能力，运行中分成几个阶段。第一阶段：高峰流量通过 机械格栅和提升泵进入第一调蓄室，这个调蓄室的主要功能是沉淀以除去较大的 颗粒；第二阶段：如果流量继续增加，第一调蓄室被充满，流量进入第二调蓄室， 这一室主要是贮存第一室的溢流，内部也设有地面冲刷设备以使沉淀物被冲刷进 入收集槽；第三阶段：如果流量仍增加，水溢流进入一系列含有次氯酸钠消毒剂 的水槽中进行消毒，然后进入第三室- = 接触池，最后排入水体。调蓄池体积为 3 0 m g ( 约1 1 3 ，5 7 1 m 3 ) ，在1 9 9 2 年投入使用后，结果表明可以帮助减少合流系 统溢流水量9 0 ，且对水质起到很大的改善作用。 7 船1 帝概吐 来源z 密默根州g r a n dr a p i d s 市，1 9 9 2 幽i6 茭蝌密墩根州g r a n dp a p i d s 】台流制溢流调蔷池肝意图 1 5 重要地区雨水调蓄池应用研究的意义 上海市雨水排水系统的设计标准较低，h 时仍有1 9 个系统低于年遇标 准。虽然h 海市人部分建成区雨水系统的设计蕈现期雏本达到了一年一逃，然而 0 田内外众多大城l 内排水枷；准相比，1 】区现有阿水排水标准仍然偏低。2 0 0 0 年与2 0 0 1 年的数次暴雨使中心商务区内包括南京路、淮海蹄在内的重要路段 严霞积水。m 水排水系统建设滞后，对社会牛活与上海的城市形象均产生了不良 影响。建设国际化大都市要求上海采取有力措施迅速改善现有排水系统的除涝能 力，将重要区域的排水标准提高到3 5 年一遇。 本史将以宏观视角讨沦、评价上海r h i + 5 水排水系统升级改造j 作，特别是建 造凋蓄池的效果及其适用场台，并讨论相关措施、方法在已建成系统改造1 ，新建 系统中应用的可能性，为中心城区雨水系统改造、建设方案提供决策依据。 第2 章研究的技术路线 第2 章研究的技术路线 2 1 研究的技术路线和方法 本研究在收集并整理排水区域的调研资料的基础上，以w a l l i n g f o r d 公司开 发的i n f o w o r k sc s 排水管网模型为工具，结合已有规划资料、现状管道勘测数 据、泵站实际运行的s c a d a 数据等，建立包括雨水管道、雨水调蓄池、泵站在 内的计算机水力模型，并选择适当的模型计算方法进行模拟，分析管网系统的排 水能力和确定雨水调蓄池的设计能力。 2 2 研究的目的和研究的主要内容 主要目标是： 从宏观的角度、规划的角度，研究地下调蓄设施的设置对提高地区排水标 准，降低工程费用所具有的实际效果。本课题以新建或重建的排水系统( 世博 会市政配套地块、真如城市副中心等) 为重点研究对象，研究成果对其他达标 改造或进一步提高标准的排水系统起到借鉴参考作用。 主要内容包括： ( 1 ) 国内外应用调蓄池的经验调研。 ( 2 ) 世博园区规划雨水管道的水力评价，以及初期雨水调蓄池控制面源污 染的效果分析。 ( 3 ) 调蓄池提高西北副中心排水系统排水能力的效果及费用分析：以已建 真如排水系统为研究对象，研究调蓄池应用的可能性及效果。 9 第3 帝世博同浦东片区雨水系统模拟及调篙池臆用研究 第3 章世博园浦东片区雨水系统模拟及调蓄池应用研究 3 1 概述 3 1 1 研究背景 采用水力模型模拟验证2 0 1 0 年上海世博会的浦东场馆区的雨水管道系统规 划方案，将能够达到以下目的：剖析规划雨水管网所存在的问题，找出排水系 统设计管网中的薄弱环节，即易发生暴雨积水和存在压力流的路段；评价排水系 统内管道的可利用调蓄容积，为今后系统运行优化控制提供参考；评价初期雨水 调蓄池的截流能力。 3 1 2 研究内容 本报告研究对象是世博会浦东场馆区。浦东场馆是以白莲泾河、打浦路隧道 为界分成三大片，规划的世博会浦东场馆区雨水排水也相应分成三块。每块排水 系统均新建分流制雨水管道，并设置相对独立的雨水调蓄空间和雨水泵站。 本研究利用排水系统管网模型，一是用推理法所规划的浦东场馆区排水管道 系统进行计算机模拟，分析排水系统的实际排水能力。二是要考察按推理法所设 计的支管采用3 年一遇，干管5 年一遇在系统整体上的运行效果，并且评价初期 雨水调蓄池削减面源污染的效果。 3 1 3 研究方法 本研究以w a l l i n g f o r d 公司开发的i n f o w o r k sc s 排水管网模型为工具，结合 已有规划结果，建立包括管道、调蓄池、泵站在内的计算机水力模型，分别对一 定重现期下短历时强降雨和全年降雨实际纪录进行模拟，分析管网系统的排水能 力和验证初期雨水调蓄池的截污效果。 3 2 排水区域资料调研 3 2 - 1 工程系统组成 浦东场馆区以白莲泾河、打浦路隧道为界分为三片，规划世博会浦东场馆区 雨水排水也相应分成三块，如图3 1 。每块排水系统都设置相对独立的雨水调蓄 空间和雨水泵站，各系统组成如表3 1 。 1 0 第3 帝世博同浦东片区雨水系统模拟及调鬻池j 避用研究 1 ) 打浦桥隧道( 南干线) 以西的世博会地区 该区域属原规划的后滩雨水系统大部分( 包括克虏伯公司) 。规划考虑世博会 浦东场馆区西片尽量单独成立雨水排水系统，自建雨水泵站，雨水系统暂命名“世 博会1 # 雨水系统”。该区域服务面积1 2 0k m 2 ，规划雨水泵站规模1 0 7m 3 s ，规 划泵站位置位于原后滩地块西侧的临江绿化带中，雨水排入黄浦江。设置初期雨 水调蓄池调蓄初期雨水，调蓄容积3 2 5 0 m 3 ，与该系统雨水泵站合建。 2 ) 打浦桥隧道( 南干线) 以东、白莲泾以西的世博会地区 该区域包括上钢三厂雨水排水系统，周家渡雨水排水系统。为保证建成的雨 水系统日常运营管理，规划将耀华路以北、白莲泾以西场馆区自成雨水排水系统， 雨水系统暂命名“世博会2 # 雨水系统”。该区域服务面积2 6 3k m 2 ，规划雨水泵 站规模2 1 5m 3 s ，规划泵站位于白莲泾河黄浦江入口处左侧的临江绿化带中，雨 水排入黄浦江。设置初期雨水调蓄池调蓄初期雨水，调蓄容积7 1 0 0 m 3 ，与该系 统雨水泵站合建。 3 ) 白莲泾以东的世博会地区 该地区包括原港机厂排水系统的服务范围和南码头排水系统的部分范围，该 地区自建雨水排水系统暂命名“世博会3 ) t 雨水系统”。区域服务面积约1 0k m 2 ， 规划雨水泵站规模9 8 m 3 s ，规划泵站位于地块内中部临江绿化带中，原南码头 雨水泵站附近，雨水排入黄浦江。设置初期雨水调蓄池调蓄初期雨水，调蓄容积 2 7 0 0 m 3 ，与该系统雨水泵站合建。 表3 一l 世博会浦东场馆区雨水规划方案一览表 排水系统名称世博会1 #世博会2 # 世博会3 # 位置 打浦桥隧道以西打浦桥隧道以东、白 白莲泾以东 ( 不包括克虎伯公司) 莲泾以西 服务面积( k i n 2 ) 1 2 02 6 31 o o 泵站规模( m 3 s ) 1 0 72 1 59 8 调蓄容量( m 3 ) 3 2 5 07 1 0 02 7 0 0 雨水出路黄浦江黄浦江黄浦江 m3 # 一q 4 、j l k m 水系统横m 薪m 刚究 图31 惜博会浦 、场馆r 雨水排水规划方案 世博会浦东场馆区的污水系统舰划方案如图3 2 所示，浦东场馆区内有南i 线总管、南干线 ：南支线和南t 线沪南支线穿过，原污水也山这几条丰卜管收集， 山南 线总管转输仝白龙港污水处理厂处理后达标排入长汀。依据世博会场馆匮 所在地区的2 0 2 0 年污水专业规划，世博会场馆区污水纳入污水二期】裎中线、 南干线及其支线，仍然基本符合原规划的要求。规划在南干线1 # 污水泵站附近 新建一座世搏会专h j 的污水泉站，接纳1 廿博会白莲灌以两地区的污水和截流的初 期雨水、调蓄池冲洗水。初期南水截流量按最长1 2 小时连续打入污水泵站考虑， 规划污水泵站设计规模为0 5 3 m 3 s 。 白莲羟以东部分污水规划经管刚系统收集后分别就近排入东方路污水管道 和规划东= 罩桥路污水管道，再转输至污水二期工程中线。 第3 牵i ! l i # 吲浦采e 日水系统模# 池成 究 图321 | = 博会浦东场馆厦污水系统规划方案 32 2 模型范围 根据各个片区按推理法设计的管道系统，确定浦东场馆区雨水管道建模的范 围：三个排水系统的支管、十管以及雨水泵站和调蒂池。 3 23 水力模型边界条件 1 ) 啊水系统边界采用管道系统最低点，即雨水泵站排放水体黄浦江平均 高潮位为黄浦公园水位31 2 m 。 2 ) 根据浦东场馆区污水排放现状，若在暴雨期间向污水收集管输送截流初 期雨水，会对本来已经超载的合流污水输送管道造成更大的压力。因此，调蓄池 截流的初期雨水储存于池中，等到降雨结束后污水管道内有空余容量时再慢慢泉 入污水收集管道。这时，假设污水管道无水力限制，为自由出流。 3 24 模型采用的降南数据 1 ) 短历时设计暴雨 短历时设计暴雨主要用于管明水力模拟，通过考察在设计暴雨下产枷0 径流 峰值流量是否造成管网积承漫溢来评价管网系统的排水能力。 用推理法设计雨水管道叫采用的上海地区设计暴雨强度公式为： 1 3 第3 章世博闻浦东片区雨水系统模拟及调蒂池心用研究 g=塑缓(isha)t+lo+71 ，= - - - - ：- 二二- 一 (g p ) 0 8 2 m 0 7 i g p 、, i d 对应3 年一遇的小时降雨强度为4 9 6m m ；5 年一遇的小时降雨强度为 5 6 4 n m 。 在模型中采用3 年和5 年一遇，历时2 小时的设计暴雨对设计管网进行水力 评价。设计暴雨采用模式雨型，峰值时间为降雨历时的0 3 7 ，各时段对应的暴雨 强度由暴雨公式推得，使得暴雨过程各时段的雨量达到同一设计频率。 2 ) 长期历史降雨纪录 考察评价初期雨水调蓄池的截流能力和去除污染物的长期效果，应根据历史 降雨纪录分析当地的降雨特性参数。根据上海市近二十年的小时降雨资料分析， 以2 小时作为划分两场雨的最小时间间隔，将雨量大于0 5 m m 的降雨算作一场 降雨事件，得到多年统计平均值：年降雨次数8 0 7 ，降雨量1 2 1 7 m m 。经比较， 1 9 9 1 年的降雨量和降雨场次最接近上述平均值：相应值为8 3 场和1 2 8 0 m m 。因 此，对1 9 9 1 年全年降雨数据进行了整理。考虑到模型分别对旱天和雨天采用不 同步长，缩短运算时间，取最小降雨量0 5 m m ，最小间隔时间6 h 划分降雨子事 件，结果如表3 - 2 所示。在模型中，对每一个降雨子事件输入每5 n l i i l 的降雨强 度，用于长期模拟研究。 表3 屹模型采用1 9 9 1 全年降雨事件统计 编降雨量降雨历时 间隔晴天 号 降雨开始时间降雨结束时间 天数 ( m m ) ( h )( d ) 11 9 9 1 - i - 21 8 ：0 0 1 9 9 1 - 1 - 32 1 ：4 0 2 5 42 7 7 21 9 9 1 1 1 13 ：4 51 9 9 1 - 1 - 1 20 ：1 09 52 0 47 3 31 9 9 1 1 - 1 97 ：4 01 9 9 1 - 1 1 92 3 ：5 55 61 6 37 3 41 9 9 1 - 1 - 2 1l ：2 01 9 9 1 - 1 - 2 18 ：2 04 47 o1 1 5 1 9 9 1 - 1 2 2l ：3 5 1 9 9 1 一l 一2 25 ：3 5 3 24 0o 7 61 9 9 1 1 2 21 4 ：4 01 9 9 1 - 1 - 2 33 ：3 06 1 11 2 8o 4 71 9 9 1 2 1 21 ：3 5 1 9 9 1 - 2 1 21 4 ：1 0 2 51 2 61 9 9 81 9 9 1 2 1 82 ：2 51 9 9 1 - 2 - 1 90 ：2 5 1 52 2 05 5 91 9 9 1 2 2 71 6 ：1 01 9 9 1 - 2 2 83 ：0 0o 9 51 0 8 8 7 1 01 9 9 1 3 3l ：1 01 9 9 1 - 3 - 42 ：2 08 32 5 22 9 1 11 9 9 1 3 9 0 ：3 01 9 9 1 - 3 - 1 00 ：0 54 22 3 64 9 1 2 1 9 9 1 3 1 51 ：3 01 9 9 1 - 3 - 1 52 3 ：4 0 1 8 12 2 25 1 1 31 9 9 1 3 1 72 ：2 51 9 9 1 - 3 - 1 77 ：5 08 9 5 4 1 1 1 41 9 9 1 3 2 37 ：3 51 9 9 1 - 3 - 2 52 3 ：5 51 9 26 4 36 o 1 51 9 9 1 - 3 - 2 82 2 ：0 01 9 9 1 3 3 02 3 ：5 51 5 7 14 9 92 9 1 4 第3 章世博阔浦东片区雨水系统模拟及调莆池应用研究 1 61 9 9 1 4 9 3 ：1 01 9 9 1 - 4 92 2 ：0 57 71 8 99 1 1 71 9 9 l 一4 - 1 01 1 ：3 51 9 9 1 - 4 1 02 3 ：0 01 3 1 1 40 6 1 8 1 9 9 l 一4 一1 32 ：4 5 1 9 9 l 一4 一1 32 l ：4 01 5 1 - 1 8 92 2 1 9 1 9 9 l 一4 一1 52 ：3 5 1 9 9 1 - 4 1 52 3 ：4 51 9 9 2 1 21 2 2 01 9 9 1 4 - 1 62 3 ：5 0 1 9 9 1 4 一1 72 ：0 5 2 0 12 31 0 2 l1 9 9 1 - 4 - 1 71 8 ：1 01 9 9 1 - 4 1 84 ：0 03 5 19 80 7 2 21 9 9 1 - 4 - 1 81 9 ：3 01 9 9 1 - 4 1 82 1 ：1 01 2 l1 7 0 6 2 3 1 9 9 1 4 2 13 ：0 0 1 9 9 1 - 4 2 12 l ：1 51 9 3 1 8 32 2 2 4 1 9 9 1 4 2 30 ：3 51 9 9 1 - 4 2 34 ：0 53 83 51 1 2 51 9 9 1 4 2 44 ：5 01 9 9 1 - 4 2 42 1 ：5 51 31 7 11 0 2 61 9 9 1 4 2 82 2 ：1 01 9 9 l 一4 2 91 ：3 01 6 1 3 3 4 0 2 71 9 9 1 4 2 91 2 ：0 51 9 9 1 4 2 91 5 ：0 5 2 1 13 00 4 2 8 1 9 9 1 4 3 02 0 ：0 01 9 9 1 - 5 一l1 3 ：1 02 8 3 l1 7 21 2 2 91 9 9 1 5 22 0 ：0 01 9 9 1 - 5 35 ：2 01 9 4 l9 31 3 3 01 9 9 1 5 - 92 ：5 01 9 9 1 5 - 91 l ：4 00 98 85 9 3 1 1 9 9 1 5 1 07 ：0 01 9 9 1 5 一l o1 1 ：3 5 1 6 4 60 8 3 21 9 9 1 5 一1 11 5 ：3 51 9 9 1 5 1 20 ：1 51 3 98 71 2 3 31 9 9 1 5 1 21 8 ：0 51 9 9 l 一5 一1 21 9 ：2 52 1 l1 3o 7 3 41 9 9 1 5 一1 82 ：3 51 9 9 1 - 5 1 82 2 ：0 01 1 71 9 45 3 3 51 9 9 1 5 1 91 ：1 51 9 9 1 5 2 0 “：5 51 0 2 53 4 7o 1 3 6 1 9 9 1 5 2 57 ：2 01 9 9 1 - 5 - 2 52 1 ：0 5 3 1 1 3 84 8 3 71 9 9 1 5 - 3 12 ：0 51 9 9 1 - 5 3 12 1 ：3 01 5 21 9 45 2 3 81 9 9 1 6 13 ：2 01 9 9 1 - 6 一l1 4 ：3 0o 81 1 2o 2 3 91 9 9 1 6 3 2 ：0 51 9 9 1 - 6 31 0 ：1 01 88 11 5 4 0 1 9 9 1 6 1 51 3 ：1 51 9 9 1 - 6 1 51 7 ：2 5 6 4 4 21 2 1 4 11 9 9 1 6 一1 73 ：2 51 9 9 1 6 1 72 0 ：2 51 3 9 91 7 01 4 4 21 9 9 1 6 2 01 8 ：1 51 9 9 1 - 6 2 02 0 ：2 52 1 12 22 9 4 31 9 9 1 6 - 2 10 ：1 51 9 9 1 6 2 12 3 ：2 56 5 5 92 3 2o 2 4 41 9 9 1 6 2 21 3 ：2 5 1 9 9 1 - 6 2 22 2 ：5 51 7 4 19 50 6 4 51 9 9 1 6 - 2 42 ：5 51 9 9 1 6 2 44 ：5 01 21 91 2 4 61 9 9 1 6 2 41 2 ：3 0 1 9 9 1 6 2 58 ：5 01 1 2 2 12 0 30 3 4 71 9 9 1 6 3 02 0 ：5 01 9 9 1 - 6 3 02 3 ：5 51 6 3 l3 15 5 4 81 9 9 1 7 一l2 0 ：3 51 9 9 1 - 7 31 4 ：3 51 2 6 2 l4 2 00 9 4 91 9 9 1 7 47 ：4 51 9 9 1 7 72 2 ：2 01 3 9 2 8 6 6 o 7 5 01 9 9 1 7 - 1 72 ：1 01 9 9 1 7 一1 71 2 ：3 01 71 0 39 2 5 l1 9 9 1 7 2 21 9 ：2 01 9 9 1 7 2 22 1 ：3 55 1 12 35 3 5 21 9 9 1 7 2 50 ：2 01 9 9 1 - 7 2 55 ：0 02 44 72 1 5 31 9 9 1 8 91 7 ：2 51 9 9 1 8 1 0l ：5 54 4 58 51 5 5 5 41 9 9 1 8 1 02 0 ：5 51 9 9 1 8 1 02 2 ：4 04 2 4 11 80 8 5 51 9 9 1 8 1 92 ：4 01 9 9 1 - 8 1 93 ：0 52o 48 2 5 61 9 9 1 8 一1 92 0 ：5 01 9 9 1 8 1 92 3 ：5 52 1 4 3 1o 7 5 7 1 9 9 1 8 2 11 6 ：2 01 9 9 1 8 2 11 7 ：4 01 1 11 31 7 5 81 9 9 1 8 2 41 0 ：5 51 9 9 1 8 2 53 ：0 03 4 21 6 12 7 5 91 9 9 1 8 2 51 6 ：4 51 9 9 1 8 2 61 6 ：4 04 2 0 l2 3 90 6 6 01 9 9 1 8 - 2 82 1 ：0 01 9 9 1 - 8 2 92 ：1 05 25 22 2 6 11 9 9 1 9 - 42 0 ：1 01 9 9 1 - 9 42 1 ：2 51 0 1 1 36 8 6 21 9 9 1 9 1 01 3 ：5 01 9 9 1 9 1 02 1 ：2 0o 7 17 55 7 1 5 第3 市世博圃浦东”区雨水系统模拟及调莆池麻用研究 6 31 9 9 1 9 - 1 l6 ：0 01 9 9 1 9 一ll1 2 ：4 08 46 7o 4 6 41 9 9 l 一9 - 2 01 8 ：5 5 1 9 9 1 9 2 02 3 ：4 5 5 4 89 3 6 5 1 9 9 1 1 0 - 31 3 ：5 01 9 9 1 一1 0 32 l ：0 03 3 3 l7 21 2 6 6 61 9 9 1 1 0 - 42 ：5 01 9 9 1 - 1 0 - 61l ：2 06 9 95 6 50 2 6 71 9 9 1 1 0 71 0 ：3 01 9 9 1 - 1 0 - 71 1 ：2 50 5o 91 0 6 81 9 9 1 1 0 1 41 9 ：3 01 9 9 1 1 0 - 1 53 ：2 04 3 17 87 3 6 9 1 9 9 1 一1 1 一1 31 9 ：4 51 9 9 1 1 l 1 40 ：0 04 0 l4 32 9 7 7 01 9 9 1 1 2 1 61 0 ：0 01 9 9 1 - 1 2 - 1 75 ：5 51 5 5 11 9 93 2 4 合计1 2 8 0 3 21 0 1 4 23 0 6 2 3 ) 降雨初期状况 对于设计降雨事件，根据上海常年平均降雨量和蒸发量设置初期状况，城市 集水区湿度指数取110 ，蒸发量取3 8 m m d 。 3 3 模型的建立 3 3 1 雨水系统的模型表达 根据世博会浦东场馆区雨水规划，在模型中设置各片区雨水系统如下： 1 ) 雨水管道系统：来自推理法设计的雨水管道，设计标准采用支管为3 年 一遇，干管为5 年一遇。按照相似用地类型和地势划分子集水区，各集水区的径 流排入就近窨井。 2 ) 调蓄池：在模型中用具有蓄水性的节点来模拟调蓄池。调蓄池的进水方 式可根据需要设置成用堰或者闸门进水。通过模拟比较，用可调节闸门和堰进水 对调蓄池和系统的模拟结果无明显差异。为使模型简化，最终采用堰作为模型的 进水连接方式。根据污水二期工程南线的实际运行情况，为避免降雨时截流雨水 对下游污水输送系统造成更大的压力，调蓄池出水设置为待降雨结束后才开泵将 初期雨水逐渐输送到污水管道中。模型中调蓄池的截流泵用实时控制方案进行启 闭控制。 3 ) 雨水泵站：当调蓄池充满雨水之后，多余径