3.1.1.1　造成城市内涝的原因

①降雨量大——由于全球气候变暖，近年来，以往认知的“低频率”降雨却“高频率”出现；城市“热岛效应”、“雨岛效应”、交通工具排入空气的颗粒物等因素，也助长了城市区域降雨量的加大。

②地表径流大——随着城市“摊煎饼”式发展，硬质铺装面积越来越大，包括道路、屋顶、硬化广场等。与此相对，被城市发展侵占的农田、绿地、湖泊、水塘等可渗透地面面积和起调蓄作用的地表水体面积急剧减少。两方面原因导致城市地表径流形成时间短、流量大。

③排水系统标准低——国内一些城市排水管网缺乏统一规划，欠账比较多，管道老化，排水标准比较低。排水系统建设滞后是造成内涝的一个重要原因。

④地势低——一方面为绝对地势，相对于总体城市地貌，部分区域处于低洼地带，容易积水；另一方面为相对地势，许多沿江沿河建设的城市，由于多年沉沙淤积造成江河河床升高，城市雨水难以依靠自重排入江河，设置强排泵站成为城市排水系统的无奈选择，如武汉汉口地区，由于长江、府河水位高，汛期雨水几乎全靠排江泵站强排。

3.1.1.2　解决城市内涝的方法

①扩建浅层管网，提升浅层排水系统输送能力。

②修建行洪渠道末端泵站，预降渠道内水位，避免对上游管线水力顶托，使得上游管道排水更顺畅。

③修建雨水调蓄设施或利用地表水体调蓄功能，依靠调蓄池的削峰作用，缓解城市内涝。

④发挥海绵城市技术优势，充分利用下沉绿地、渗水池（塘）、生态草沟、绿色屋顶等设施渗、滞、排的功能，从源头上减轻城市排水系统压力。

对于城市密集发展区，传统扩建管道、修建调蓄池等工程措施受地面、地下施工空间限制，项目难以落地。而深隧技术的实质也属于海绵城市技术手段之一，由于其占地少、施工周期短、见效快等特点，可充分发挥其分流、调蓄、强排（相当于强排泵站）等技术优势，正被越来越广泛地使用。

3.1.1.3　深隧防洪排涝机理

根据《室外排水设计规范》，计算雨水系统设计流量、设计暴雨强度和管道设计流量。

①雨水系统的设计流量计算，见下式：

式中 Qs——雨水设计流量（L／s）；

　　 q——设计暴雨强度[L／（s·hm2）]；

　　 ψ——径流系数；

　　 F——汇水面积（hm2）。

②设计暴雨强度计算，见下式：

式中　q——设计暴雨强度[L／（s·hm2）]；

　　 t——降雨历时（min）；

　　 P——设计重现期（a）；

　　 A1、C、n、b——参数，根据统计方法进行计算确定。

雨水管渠的降雨历时计算，见下式：

式中 t——降雨历时（min）；(www.daowen.com)

　　 t1——地面集水时间（min），视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，一般采用5～15min；

　　 t2——管渠内雨水流行时间（min）。

考虑到排水管网自身的调蓄空间，对管道内收集到的雨水具备一定的调蓄和流量峰值缓冲能力，《室外排水设计规范》在t2前添加了折减系数1.2～2.0。为了提高浅层管线的设计标准，2016版规范将此折减系数降低为1。

③管道设计流量的计算，见下式：

式中 Q——排水管道的设计流量（m3／s）；

　　 A——水流有效断面面积（m2）；

　　 v——流速（m／s）。

排水管道的流速计算，见下式：

图3-1　深隧对城市排涝的作用

式中 v——流速（m／s）；

　　 R——水力半径（m）；

　　 I——水力坡降；

　　 n——粗糙系数。

根据上述计算公式可知，在不改变城市地表汇流时间和径流系数的前提下，利用深隧系统提高现状雨水排放系统设计标准的机理有下面几个：

①减小系统的汇水面积。由式（3-1）可知，降低管道汇水面积可以提高管道本身的防涝标准。从图3-1可知，深隧截流上游管线来水，等于减小了下游浅层主干管的汇水面积，起到分流洪水作用，在现有管道设计流量不变的情况下，下游主干管的排涝标准将得到提升。

图3-2　调蓄池实施前后径流变化

②增加降雨历时。由式（3-2）可知，暴雨强度和降雨历时成反比，当降雨历时长时，暴雨强度q 就会变小，如图3-2所示。不改变地表汇流特性，地面汇水时间一定时，如果要想增加管道内汇流时间t2，可通过增加调蓄设施实现，增加雨水排放系统的汇流时间。

调蓄设施可分为水体调蓄、绿地广场调蓄、调蓄池、隧道调蓄工程。前两项属于兼用调蓄工程，设置在地表，与城镇景观、绿地、运动场、广场等设施和天然调蓄空间统筹考虑，相互协调。后两项为专用调蓄工程，设置在地下。隧道调蓄在国外应用案例较多，从国外的建设运行经验来看，针对密集发展都市区，深隧工程的实施可以在减少干扰城市运行的条件下，达到提高城市防洪排涝标准的要求。

③增加雨水管道过载水力坡度。参考式（3-5），雨水系统采用满管流设计，在现有管道管径不变的前提下，如果要增加管道的排水能力，就需要增加管道水力坡度。水力坡度I=（起点水面高程H1-终点水面高程H2）／管长L。

对于一个现有雨水系统主干管，管长L 是一定的。如果要加大水力坡度，则需提高起点水面高程H1或降低终点水面高程H2。显然，提高起点水位高程则意味着管道内水位升高，更容易造成内涝，不是我们希望发生的事情，那么，降低终点水位高程就成为更好选择。

深隧位于地下30～60m，隧道内水位低于浅层管底。对于上游干管来说，在深隧与浅层系统的连接点处，浅层管道内的雨水在设计流量范围内属于自由跌落，不受原下游主干管水位顶托的影响。深隧的应用，降低了连接点上游主干管终点水位高程，增加管道水力坡度，相当于提高了上游系统的排涝标准；对于连接点下游干管来说，由于深隧截流，减小了管道设计流量，相应降低下游主干管内水位，意味着与下游主干管连接的支管的水力坡度得到增加，同样也提升了下游系统的排涝能力，如图3-3所示。

图3-3　实施前后浅层支管水力坡度线变化