1工程概况
该雨水系统的主排管涵建成于经开区的起步时期。目前，该系统的绝大部分区域已开发建设。但近年来，每逢汛期大雨时，该系统中地势低洼区域内涝严重，社会影响大(见图1)。为解决该区域的内涝问题，拟将该系统作为既有雨水系统提标改造的试点，通过工程措施，提标雨水系统。该系统位于特大城市的非中心城区，结合本系统实际，拟达到的目标为:将系统中易涝区的排水标准提高至P=5年，将整个系统的排水标准提高至P≥2年。
2内涝原因分析及改造方案选择
2．1内涝原因分析城市内涝的常见原因主要有:①限于经济条件，规划标准较低;②气候变化，降雨强度逐年增大;③雨水口及雨水管道管养不足、发生阻塞;④城市开发使地面硬化率增大，径流系数增大;⑤城市建设中，原有的天然水塘、洼地、沟渠被人为填筑，削弱了自然水体的调蓄作用。经调查，除上述原因外，塘西河系统中发生内涝还有以下几方面原因:①规划用地性质变化过大，地面径流系数大大增大。该系统上游原规划中有大量的绿地(高速公路两侧各500米为规划绿带)，但在雨水管涵建成后，原规划的绿地逐渐被开发建设，地面径流系数大为提高。②开发建设中，未对竖向高程进行严格的审查管理。各内涝点未开发建设前均为低洼区域，建设中，为减小工程投资，未对地面进行有效填高(内涝点室外地面最低处仅高于雨水箱涵涵顶0.2米)，且未进行严格的竖向审查，使得管道受下游顶托时，雨水无法排出，甚至发生“倒灌”。③雨水主排敷设路径中弯道过多，水损过大。该雨水系统由于建设时间早，规划标准较低，即老标准(P=1a，ψ=0.5)。随着经济实力的增强、对排水工程的逐渐重视，其他雨水系统建设时已采用了新标准(P=1.5a，ψ=0.6)。为切实解决内涝问题，对塘西河系统主排的现状排水能力进行了分析评估(节点位置见图2，校核结果见表1)。可见，既有雨水主排基本上能满足老规划标准，但受建设时序、规划调整、建设条件、等因素影响，仍有部分节点不满足老标准，如节点1和节点7。节点1、节点2和节点3均是已显现出的内涝点，而节点7虽不满足老标准，但由于“瓶颈”位于其上游、管涵覆土大、路面可作为行洪通道(坡向单一)等条件，尚未发生内涝。3．2改造方案选择经系统分析，结合本工程实际，可通过如下4种方案达到对该系统提标改造和解决内涝的目的:①全面扩建该系统的雨水主排，提高整个系统的排水能力和标准。②在系统中的不同位置建设雨水调蓄设施，有效削减雨峰流量，提高系统排水标准。③分流部分雨水至其他雨水系统，减小本系统的汇水面积和雨水流量。④因地制宜，建设调蓄设施并扩建管涵，“蓄排结合”，解决内涝并提标雨水系统。经比选，方案④具有如下优点:(1)在内涝点上游的高速公路沿线弃土堆场，具备建设雨水调蓄设施的用地条件;(2)系统中游区域的道路改造即将进行，可与之结合作为新建管(涵)的路径，避免道路重复破复和工程量浪费;(3)受纳水体为整治后的河道，排洪能力大、规划水位低，不会对新建管(涵)产生顶托。因此，本工程采用此方案④(见图3)。考虑到工程投资、施工期间对沿线环境的影响、施工难度及日后管养等多种因素，确定本工程的建设形式、建设时序和施工工艺。上游的调蓄设施摈弃了国内大城市通常采用的将调蓄池建造为钢筋混凝土地下构筑物的做法，而效法自然水塘的形式，结合景观设计，建设成开放式的调蓄水体———“调蓄塘”;新建的雨水分流管均位于市政道路下，采用机械顶管施工，并与道路改造同步实施。限于工程投资和建设计划，本工程分期分步实施，雨水调蓄塘为一期工程，分流管道为二期工程，目前，一期工程已建成。
3工程设计
3．1调蓄塘设计［2］该系统内涝点上游具有以下特点，为建造雨水调蓄塘创造了条件:①内涝点上游有较大面积的高速公路保护绿地(东西长780m，南北宽95m，原为弃土堆场)，建造调蓄塘不需改变其用地性质;②拟建调蓄塘上游区域雨污分流彻底，雨水管网内的水质较好，为调蓄塘打造良好的景观提供了条件;③雨水主排(箱涵)紧邻拟建雨水调蓄塘用地，无需大范围改造雨水管网。根据可用用地面积，尽量增大有效调蓄容积，并结合景观设计，将调蓄塘建设成为景观带和区域的小公园。该调蓄塘占地面积5.73hm2，有效调蓄水深2.2m，有效调蓄容积5.89万m3，设计最大进水流量18.3m3/s，设计最大出流流量2m3/s，设计溢流流量10m3/s，最大放空时间11h。(1)平面设计为保证高速公路、书箱路的路基安全，并营造良好的景观效果，调蓄塘自公路和道路绿带5m外放坡，边坡均采用缓坡。为便于管理，平时可将调蓄塘放空，并在塘底设置导流沟，以涵养水分，满足塘内植物生长需要。(2)竖向设计塘底高程与下游雨水箱涵底高一致，以便雨后及时放空;塘顶高程与公路、道路外的绿带高程一致。调蓄塘出水口设计为集放空和溢流于一体的钢筋混凝土构筑物。放空孔位于底部，为矩形孔洞(长2m、宽0.5m)，孔底与下游箱涵底高一致，出水流量随水深的增加而增大，最大出水流量为2m3/s。上部为迂回形溢流堰，堰长总长36m，设计溢流流量10m3/s，堰顶高程略低于上游区域最低地面高程，以保证上游区域的安全。3．2分流管道设计(1)路径选择与平面设计结合道路改造计划选择管道路径。沿线共设9座交汇井与现状雨水管网相连，将雨水优先(跌水)至本管道，排至下游河道。管道起点接易涝区雨水箱涵，终点排至十五里河，管道总长7.55km，总汇水面积564hm2(见图8)。(2)流量计算与管径确定考虑到上游雨水调蓄塘已建成，且已能满足P=10年的入流流量进行调蓄，因此，调蓄塘以上汇水面积(165hm2)不作为分流流量计算范围，起点流量计算汇水面积为调蓄塘以下区域(见图9中A区)，F=197hm2。结合交汇井设置和流量变化，管道管径逐段增大，并采用畸形汇水面积最大流量计算法进行校核。计算条件为:P=5年，Ψ=0.6，A区中原系统的正常排水能力为10.8m3/s。经计算，确定分流管管径为:起点段设计管径为d2400，设计流量为12.8m3/s终点段设计管径为d3000，设计流量为23.9m3/s。(3)竖向设计为节省投资、降低施工难度，根据地勘成果，分流管采用泥水平衡机械顶管法施工。管道的竖向设计需满足如下条件:(1)为满足顶管施工需要，管顶覆土不小于管道外径的1.5倍［3］，管道底坡不大于3‰;(2)管道起点接现状雨水箱涵，管底须低于涵底;(3)管道末端出口须高于河底;(4)与现状地下管线交叉处须保证安全间距(2m)，避免冲突。3．3对雨水系统提标的作用(1)雨水调蓄塘对系统的提标根据《室外排水设计规范》［1］中的调蓄池计算公式，计算在调蓄后的最大出水流量不变、而降雨强度不同时，所需的调蓄塘有效容积(见表2)。可见，书箱路调蓄塘的调蓄容积(5.89万m3)可满足在降雨重现期P=10年的进水流量下仍能按调蓄后的设计流量出水，即该调蓄塘可抵御10年一遇的大雨。可见，调蓄塘可提高下游雨水系统的排水标准，尤其可大大改善距其较近的下游区域的排水状况，但影响程度随着距离的增大而减弱，即对距其较远的节点改善作用不明显。(2)分流管对系统的提标分流管建设起点位于节点2和节点3之间，因管径大、埋深大，类似于国外的雨水调蓄隧道，具有较大的排水能力和一定的调蓄功能。本管道将雨水优先排至下游河道，大大减小了原系统的流量。经核算，对原系统各节点的提标作用见表4。
4结语
新规范指出，对于已建成区既有排水系统的提标改造，应结合地区改造、道路建设等进行。但因工程投资远高于新建地区、用地紧张、施工条件复杂等多方面限制，工程实施尤为困难。因地制宜地采用“蓄排结合”的综合控制措施，是既有排水系统提标改造的重要途径。上游建设雨水调蓄设施不仅可削减下泄流量，而且可减少翻排或新建雨水管的规模，减少既有排水设施废弃量，并易于分期实施，具有较好的社会和经济效益。本文将对既有雨水系统提标改造及调蓄塘设计的思路、过程进行了总结，以期为类似工程提供参考。
作者：缪维维 杜建康 单位：合肥市规划设计研究院
