合流制污水溢流是导致河流水质恶化的重要因素之一，引起了当今社会的强烈关注。起初，通过在排水管网设计中选取合适的截流倍数来控制溢流情况的发生，但这种方法单独作用很难解决溢流污染问题。随着时间的推移，人们逐渐意识到源头控制较之末端处理的方式更为有效。由于溢流发生的频率和溢流量大小受降雨径流量的控制，所以如何有效减少径流量成为主要研究目标。
        以计算机水力模型作为重要的技术手段来研究溢流污染控制要追溯到20世纪后期。当时，世界上的发达国家，如美国、日本和欧洲均通过建立水力模型来探索各种有效的控制手段。排水模型引入雨水管理领域最初着重于通过水力模型进行水量的管理，之后逐步应用于城市径流体积和洪峰的控制，地面积水问题的分析，调蓄等雨水管理设施效果的设计、评价以及CSO水量控制方案的提出等。InfoWorks CS作为一款功能强大的排水管网水力模型软件，能有效分析合流制污水溢流的特性，便于对比各种控制方法。近年来，上海市就采用该软件来分析研究苏州河沿岸合流制污水溢流现象。
1  溢流控制措施
        从20世纪中期开始，世界各国就开始了对城市合流制污水溢流（CSOs）污染控制的研究。从初期通过改造合流管道，提高截污倍数，增加污水厂的处理规模，兴建地下隧道贮水等措施控制溢流，发展到后期着重于减少径流量的产生，例如在排水系统的上游各子流域内，将雨水就地渗入地下，或延长雨水排放时间，或将其暂时蓄存，以达到削峰、减流、净化雨水径流、补充地下水的效果。其对应的工程设施包括：渗塘、地下渗渠、地表透水铺面、屋面、庭院或停车场的受控雨水排放口，以及各种“干”、“湿”池塘或小型水库等。

2  排水模型软件InfoWorks CS的应用
2.1  排水管网设计
        城市雨水水量管理的目标是减少降雨径流的洪峰与体积，最基本的措施是合理设计排水管渠的输送和储存容积，将洪灾发生的可能性控制到最小。利用InfoWorks CS水力模型软件建立城市排水管网模型，通过模型提供的各种功能，分析目前管网存在的弱点，确定排水能力不足和可能发生堵塞的管网，同时查看整个排水管网的利用率分布。依照模拟结果，找出管网系统的薄弱环节，确定改造的方案，尽可能充分利用每根管道的容量。模型的好处就在于可以预先测评各种改造方案的实际效果，通过分析对比，做出最经济合理的选择。由于溢流发生频率和溢流量大小受降雨径流量的控制，因此需充分利用现有管网的容量来储存更多的雨水，或者通过模型提出增加管网容量的措施，例如，增大管径，设置调蓄池等，来缓解溢流情况的发生。在很多国家和地区，InfoWorks CS软件成为排水管渠设计合理性分析和管网优化改造方案测评的首选工具。
2.2  BMPs和SUDS
        美国在上世纪70年代末提出了城市雨水资源管理和雨水径流污染控制的“最佳管理措施（BMPs）”，从控制雨水径流水量以及造成的污染出发，包括工程性与非工程性措施。英国也提出了“可持续城市排水系统” SUDS（Sustainable Urban Drainage System）的概念。具体措施包括渗透性铺设，低洼绿地、渗透沟渠等源头控制方法，以及地表水体、湿地及植物滤池等新方法。较之于传统的方法，BMPs和SUDS在环境和经济方面有着无可比拟的优势。
        InfoWorks CS软件能够模拟SUDS设施，在模型内部提供了5种SUDS结构选项，可单独选择设置某一种结构，也可以设置各种SUDS结构的组合。
（1）渗水坑：可通过坑基底和壁渗水
（2）池塘
（3）洼地：类似于管渠的形式，通过底部和壁渗水
（4）渗水沟渠
（5）设定汇流区域的径流量均匀的沿着敞开式的渠道进入排水管网，而不是直接将所有径流量全部加到上游节点
2.3  调蓄池的应用
        20世纪80年代起，调蓄成为一种滞洪和控制雨水污染的重要手段，在全世界范围内得到广泛使用。调蓄池有两种形式，一种称为滞留调蓄池，另外一种称为截流调蓄池。滞留调蓄池暂时滞留雨水，待降雨洪峰过后，再将所滞留的雨水排出，主要起调节洪峰流量的作用。截流调蓄池停留时间较长，主要着眼于控制径流污染。在BMPs中，由于调蓄池具有功能完善、便于控制、适应性强和设计技术难度相对低的优势，备受重视和推广应用。
        利用InfoWorks CS建立排水管网水力模型，查看现有管网的运行状态和溢流状况，对比研究在排水管网中于何处加入多大尺寸的调蓄池来消减溢流现象。先于模型中设定几种不同的调蓄池方案进行水力模拟，然后逐个分析，通过图形，表格等方式查看各方案下的溢流控制效果，选出最为经济合理的一个。模型中采用具有蓄水性的节点来模拟调蓄池，堰作为调蓄池的进水连接方式。
2.4  工程实例
        在很多国家和地区，均采用InfoWorks CS建立城市排水管网模型，用以分析合流制污水溢流现象，并通过模拟各种改善方案，从而确定最为经济合理的溢流控制措施。如上海市采用InfoWorks CS建立上海市合流一期总管水力模型和苏州河南岸主要排水系统的管网模型，考察系统溢流的实际限制因素，借助合流一期相关泵站的SCADA数据，分析合流一期系统管网特性对整个系统雨天溢流水量的影响，确定苏州河沿岸合流制系统雨天排江水量的特性。通过InfoWorks CS建立世博园区新建排水系统的水力模型，分析溢流现象，从而确定世博园区初期雨水调蓄池规划方案。德国最大的水务公司采用InfoWorks CS来计算城市合流制污水溢流量和污染物含量，确定柏林河能容纳的最大污染负荷，并分析可改善污水溢流的各种途径。纽约市环保局选择了InfoWorks CS作为水力模型软件，建立城市排水管网模型，分析溢流现象并提出改造方案，意在减少溢流对城市周围收纳水体所带来的危害。上海市城市建设设计研究院在上海市真如城市副中心排水专业规划研究过程中，通过InfoWorks CS对多种方案的模拟比较（图1），在充分利用已建或在建雨水总管、干管和泵站的基础上，在系统中部、末端布置雨水调蓄管、池，减少下游管道的管径和泵站设施规模，节约工程投资。重要地区根据已建雨水管道排水能力，结合地下空间开发建设雨水调蓄池，达到雨水削峰目的。另外，在上海市中心城区泵站放江排水污染控制对策研究中，建立了竹园第二污水收集系统的水力模型，根据两港工程与污水三期两个相关联系统的运行关系，通过调整泵站不同工况水泵开关水位（雨水泵：雨前预抽空、汛期、非汛期、暴雨）、（截流泵：旱天、雨天）和相邻系统泵站关联调度进行统一优化调度。在保证排水安全性，防止因排水不畅引起地面漫溢的前提下；减少泵站溢流放江量，削减放江负荷对受纳水体水质的影响。

图1  上海真如副中心雨水系统模拟图

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