雨水调蓄池技术在城市排水系统中的研究及应用

雨水调蓄池技术在城市排水系统中的研究及应用

摘要：雨水收集利用对保持水土和改善生态环境发挥了重要的作用。不但减少

了地下水开采，而且还可以补充部分地下水，减轻整个自然界水循环系统的压力。减少水土流失，对建设生态农业、生态城市，保护环境都具有十分重大的意义。

本文从雨水蓄水池的形式、容积计算、位置选择、冲洗方式的确定及运行模式角

度上进行理论分析和技术推广。

关键词：雨水调蓄池，排水系统，运行模式

1雨水调蓄池的概念及功能

1.1雨水调蓄池的概念

雨水调蓄池是一种用于雨水调蓄和储存雨水的收集设施，占地面积大，可建

造于城市广场、绿地、停车场等公共区域的下方，也可以利用现有的河道、池塘、人工湖、景观水池等设施。主要作用是把雨水径流的高峰流量暂时存入其中，待

流量下降后，再从雨水调蓄中将雨水慢慢排出，以削减洪峰流量，实现雨水利用，又能避免初期雨水对下游受纳水体的污染。

1.2雨水调蓄池的功能

(1)控制面源污染。面源污染治理调蓄池主要收集降雨初期含有大量污染物的

初期雨水。这些污染物随城市排水系统进入收纳水体后，会造成收纳水体水质恶化，污染当地水环境。国内外研究表明，雨水径流污染严重，对地表水环境的污

染有很大的贡献。将初期雨水存入调蓄池，待降雨结束后，再将这些储存的雨水

排入污水管道，最终至污水厂，达到控制面源污染、保护水体水质的目的。

(2)调节洪峰流量。随着城镇化的发展，城市的雨水径流系数增大，雨水径流

量增大，将雨水径流的高峰流量暂时储存在调蓄池中，待流量下降后，再将雨水

排出调蓄池，以达到削减洪峰流量。而且这样也可以减小下游管道管径，提高新

规划区域的排水标准和防涝能力，减少城市洪涝灾害。

(3)雨洪利用。我国大部分城市面临水资源短缺、水污染严重，雨水利用率较低。城市雨洪利用是采取工程性和非工程性措施人为干扰城市区域的降雨径流水

循环过程实现开发新的水资源，保护城市水环境和减少城市区域洪涝灾害为目的

的系统工程。为了满足雨水利用的要求设置调蓄池，将雨水储存在调蓄池内，雨

水经过净化等处理后便可综合利用。

2雨水调蓄池容积计算

由于雨水调蓄池的功能、溢流方式等条件的不同，导致雨水调蓄池容积的计

算没有统一的方法，需根据具体条件，对雨水调蓄池的容积进行分析计算。调蓄

池的容积可通过计算入流流量和出流流量的差异进行估算，计算式为：

3雨水调蓄池位置选用

雨水调蓄池的位置，应根据调蓄目的、排水体制、管网布置、溢流管下游水

位高程和周围环境等综合考虑后确定。根据调蓄池在排水系统中的位置，其可分

为末端调蓄池和中间调蓄池。末端调蓄池位于排水系统的末端，主要用于城镇面

源污染控制，而对提高系统排水标准及改善系统管网的运行负荷影响的效果不大。中间调蓄池位于一个排水系统的起端或中间位置，可用于削减洪峰流量和提高雨

水利用程度。当用于削减洪峰流量时，调蓄池一般设置于系统干管之前，以减少

排水系统达标改造工程量；当用于雨水利用储存时，调蓄池应靠近用水量较大的

地方，以减少雨水利用管渠的工程量。鉴于雨水调蓄的调蓄目标和排水系统所依

据的体制不同，计算调蓄的方法和容量也各不相同，对于合流制的排水系统而言，其主要以减少排水系统溢流，提高排水系统截流倍数为目的，调蓄量计算主要依

据排水系统截流倍数和系统污水量为依据而进行计算与分析。而对于分流制雨水

系统，主要是以消减流量峰值，防治雨水污染为目的，以降雨量和排水系统设计

的标准为依据。

4冲洗方式的确定

由于初期雨水中挟带了地面和管道沉积的污物杂质，在调蓄池中存放后，这

些物质会沉积在调蓄池底部，若不及时清理，会变质并产生异味，沉积物积聚过

多还将影响调蓄池的正常运行。因此，在初雨调蓄池的建设中必须考虑对底部沉

积物的清理。随着自动化水平的提高，目前已经很少采用人工清洗的方式，比较

常用的冲洗方式有水射器冲洗、水力冲洗翻斗、门式自冲洗系统等。

(1)水射器冲洗。水射器冲洗是利用掺气高压水流对池底沉淀物进行冲刷清理，可实现自动控制。但需要建造冲洗水储水池，运行成本也较高，设备易被污染及

磨损。

(2)水力冲洗翻斗。翻斗采用偏心设计，当需要冲洗时向翻斗内注水，当水位

抬高至斗体失稳后，水斗翻转，瞬间倾倒大量水对池底冲洗，本身无需电力或机

械驱动，但需定期给翻斗冲洗，且由于翻斗容量有限，使冲洗范围受到限制。

(3)门式自冲洗系统。门式自冲洗系统是一种利用水力学和机械结构原理、无

需动力的节能型冲洗方式。在调蓄池廊道前端设冲洗门，形成一个储水池，冲洗

门开启受浮筒控制，当调蓄池排空到设定标高时，浮筒触发打开冲洗门。冲洗门

前端储水池的水瞬间释放，沿池底形成一股强力的席卷式射流，将池底的沉积物

卷起，从而起到冲洗的作用。由于门式自冲洗系统为进口设备，初期投资较高。

考虑到本工程的初雨调蓄池位于泵房下层，安装维护均较困难，不适合安装水射

器冲洗设备，水力翻斗则需提供一定量的外部水源，而门式自冲洗系统是一种节

能型、无动力、无能源消耗的清洗方式，冲洗力非常强大，且控制系统简单、无

需外供水，在我国也有一定的应用实例，故本工程采用门式自冲洗系统。

5运行模式

(1)进水：降雨初期，当进水水位高于污水区集水池的最高水位时，初期雨水

首先进入调蓄池的储水池，待储水池蓄满水后，水再从储水池上部溢出进入调蓄

池各廊道(无论在何种进水量的情况下，进水总是先充满储水池，贮存一定的冲洗水量)。待调蓄池达到设定水位时，调蓄池进水箱涵闸门关闭。后续的雨水进入雨水泵室，通过雨水泵提升至出水井后排入河道。

(2)放空：根据外部污水管网运行情况，利用晴天污水量排放低谷时段(一般为

夜间)。初期雨水经放空泵提升后，排入泵站内的污水管，最终接入市政污水管网。

(3)冲洗：调蓄池放空后，根据出水收集渠内浮球开关的信号反馈，由控制系

统触发，门式自冲洗系统将依次对各廊道进行自动冲洗。冲洗门瞬间将储水释放，门底部喷射出的动能形成强力、席卷式的射流。射流形成的波浪将池底的沉积物

卷起，冲流到调蓄池末端的收集渠，通过泵排出。第一条廊道冲洗完成后，由控

制系统触发第2组冲洗程序，顺序操作。

虽然雨水调蓄池具有众多优点，但由于我国对雨水调蓄池的研究起步较晚，

导致在雨水调节器蓄池的研究和应用上还存在一些问题。(1)雨水调蓄池位置的选择，由于调蓄池位置不同对排水系统产生的影响也不相同，因此有必要对调蓄池