城市雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的改進(jìn)策略

馬巨寶 侯 劍

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081）

通過分析設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的問題以及改進(jìn)的方法，希望可以使雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)不斷的進(jìn)步完善，進(jìn)而使城市的防淹防澇能力得到顯著的提高。

1 把握雨水管道設(shè)計(jì)與道路設(shè)計(jì)的關(guān)系

國家對(duì)雨水量的計(jì)算還有雨水管渠的設(shè)計(jì)進(jìn)行了原則性的規(guī)定，一般不同城市都有自己相對(duì)應(yīng)的暴雨強(qiáng)度公式，這個(gè)公式中的種種參數(shù)都是有設(shè)計(jì)人員進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置的。一般雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的理論計(jì)算一般不會(huì)存在問題，所以要重視與道路設(shè)計(jì)的關(guān)系問題。雨水管網(wǎng)進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)的時(shí)候，上游的匯水量和管徑比較小而下游的匯水面積和管徑大，會(huì)比較符合常理。一般雨水排向道路交叉口主排水管或是河流[1]。而道路設(shè)計(jì)的時(shí)候，河流處往往有橋梁，而道路交叉口處要將車流以及人流過多考慮其中，所以將會(huì)抬高路面，進(jìn)而導(dǎo)致道路的坡向會(huì)呈現(xiàn)和雨水管道坡向相反的情況。這種情況在設(shè)計(jì)過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)也是需要進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)的。

2 重視管道坡度和水利坡度的關(guān)系

管道坡度代表管道敷設(shè)的實(shí)際坡度，即設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)明的坡度或者就是施工結(jié)束后的管道坡度。按照規(guī)范，雨水管運(yùn)用滿流設(shè)計(jì)，屬于均勻流的范疇，是充滿度為1 的一種重力流，同樣的管徑，一種坡度一般會(huì)對(duì)應(yīng)一種流量，想要使管道的排水量增大，要增加管道的坡度。但是那些已經(jīng)完工的排水管道自然其管道坡度是改變不了的。若是降水量非常大的時(shí)候，管道的來水量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的多于管道的排水能力，那么管道會(huì)由重力流變?yōu)閴毫α?，管道水力坡度的加大，?huì)增加排水量，伴隨著雨水量的增大，水力坡度線也會(huì)變陡，甚至高過路面，造成路面積水。以往在設(shè)計(jì)的時(shí)候一般用均勻流的流態(tài)進(jìn)行雨水管的設(shè)計(jì)，壓力流一般運(yùn)用的很少，但是在城市一般地面很是平穩(wěn)所以雨水管在容易發(fā)生壓力流的情況，尤其是出現(xiàn)地面積水的時(shí)候更是如此[2]。一樣材質(zhì)的管道，其管徑越是小，則其阻力系數(shù)會(huì)越大，水力坡度線也會(huì)更陡。并且出現(xiàn)壓力流的時(shí)候，一般大管徑的比阻會(huì)小于小管徑的比阻，并且小管徑的水力坡度相比較大管徑會(huì)更陡，在排水能力大過負(fù)荷的時(shí)候，小管徑的水力坡度線會(huì)更容易超過地面，造成地面積水，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候工作人員要非常注意小管徑。通過以下的措施可以將以上的問題很好的解決。其一，注意管道起點(diǎn)的管徑不可以過小，并且小管徑要注意新型管材的選用，有效的降低管道比阻和水力坡降，也使通水能力也顯著提高。其次不可人為地使小管徑管道的局部阻力增大，像是保證管線的順直并且減少倒虹的運(yùn)用，運(yùn)用流槽式的檢查井等等

3 注重出水口

一般雨水管出水口有兩種，一種是自由出流以及淹沒出流。自由出流及時(shí)說管道超過河水的水面進(jìn)行排水，而淹沒出流就是說河水水面高于管道進(jìn)行排水。一般出水口的出水量會(huì)被管道內(nèi)部計(jì)算點(diǎn)的能量以及出水口處的實(shí)際能量差值來決定的，總之能量的差值越大，一般流速也越大，所以排水量也會(huì)更大[3]。自由出流，雨水管網(wǎng)排水動(dòng)力是排水管網(wǎng)相比較于出水口的水位置，管道的坡度越大，一般排石的能力也會(huì)越大，而且排水的能力同河水位是沒有關(guān)系的。而淹沒出流，雨水管網(wǎng)排水動(dòng)力則是排水管網(wǎng)相比較于河面水位的水位差，一旦管道低于河水位，那么排水能力就只會(huì)同水位差值有關(guān)，不會(huì)和管道坡度有關(guān)。

自由出流時(shí)的出水口的出流量一般會(huì)比淹沒出流的出流量更大，但是在地勢(shì)平坦的城市，一般自由出流的狀況比較少，淹沒出流比較多。淹沒出流的時(shí)候，一般河水位越高則出水量就會(huì)越少，而相反河水位越低則出流量則會(huì)越大。并且還要重視出水口的局部阻力系數(shù)，因?yàn)槠渑c流速的平方成正比，所以通過出水口流速的減小可以使出水口局部阻力損失有效的降低?？梢酝ㄟ^將最后一個(gè)井段的管徑加大，降低出水口的流速，添加一個(gè)緩沖段在管道以及河流之間，將兩者之間的水流差值進(jìn)行有效的較小，進(jìn)而改善出水口的通水能力。除此之外，出水口的水流也要保持平緩順暢，減少出水口出現(xiàn)漩渦，這樣可以減少耗能。河水有一定的流速的時(shí)候，出水口方向設(shè)計(jì)為斜向出水，并且出水口要朝著河水水流的下游方向，可以使出水口的出流量顯著的提高。

4 重視雨水倒虹管

在雨水管同污水管的標(biāo)高出現(xiàn)矛盾的時(shí)候，雨水管設(shè)倒虹通過。在實(shí)際中雨污水管道標(biāo)高上還有很多的矛盾，一般雨水倒虹，而污水不倒虹，所以雨水管倒虹的運(yùn)用會(huì)更為頻繁一些[4]。有些城市的雨水管往往會(huì)淹于河水面之下，所以相關(guān)工作這者在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，雨水倒虹管前后不會(huì)像污水管一樣設(shè)計(jì)前后落差，這是因?yàn)檠蜎]于水面之下的倒虹就算設(shè)計(jì)了落差也不會(huì)有什么效果。

雨水管過于頻發(fā)的倒虹，可以跨越污水管，使標(biāo)高矛盾得到很好的解決，但是會(huì)在很大程度上影響雨水水流。有些急彎的矩形管渠，會(huì)有比較大的阻力系數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致更多能量的損耗。所以急彎相比較緩彎水頭會(huì)有更大的損失，倒虹管會(huì)有更多水流能量的損失。一般水流流經(jīng)一個(gè)倒虹，會(huì)經(jīng)過大概4 個(gè)急彎，這就相當(dāng)于消耗了四次，使很多的水流動(dòng)力被消耗了，雨水經(jīng)過多個(gè)倒虹之后，其消耗的能量會(huì)非常的高。一般雨水水流能量是一定的，倒虹可以將管道系統(tǒng)的阻力系數(shù)增大，并降低流速，使通水能力減小[5]?？梢赃\(yùn)用以下的方法來解決這些問題：其一是使倒虹管以及倒虹管兩側(cè)的管道增加一級(jí)管徑，并將井徑增大，從而將水流速度有效的減小，也使水流轉(zhuǎn)彎半徑加大，將豎向的問題很好的解決，同時(shí)平面上也可以減少或避免雨水主干管產(chǎn)生急彎，增多檢查井，使管道運(yùn)用45 度的轉(zhuǎn)彎，在進(jìn)行大管徑雨水管設(shè)計(jì)的時(shí)候也要非常的注意。其二是不運(yùn)用倒虹處理，而是提前一個(gè)井段增大或是減少坡度，從而實(shí)現(xiàn)跨越與能耗降低的木塑。這兩種的方式都是比較值得推薦的。

5 跌水井設(shè)計(jì)的改變

一些城市的排水管的檢查井運(yùn)用的是跌水井，這雖然在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)沉沙的目的，但是運(yùn)用跌水井會(huì)將原有的水流流態(tài)給改變，導(dǎo)致水流會(huì)不斷的擴(kuò)大收縮，使水流會(huì)不斷的重組，也導(dǎo)致能量的損失。除此之外，雨水到達(dá)檢查井之后，水流的斷面也會(huì)變大，致使流速會(huì)降低，更容易造成沉淀。當(dāng)前的很多城市的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，已經(jīng)逐步減少了跌水井的運(yùn)用，越來越注重流槽式檢查井的運(yùn)用。流槽式檢查井的流態(tài)更加的穩(wěn)定，也更加的順暢，流速也更大通水能力更強(qiáng)，所以在雨污水主干管比較提倡運(yùn)用流槽式檢查井[6]。但是還是有很多設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)排水管道的時(shí)候選擇跌水井，想要推廣流槽式是需要很長的路要走的，從而有效的改變流水流態(tài)的減小，并且不會(huì)對(duì)整個(gè)排水系統(tǒng)的性能造成很大的變化。

6 結(jié)語

以上的闡述就是具體的雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行細(xì)節(jié)改善的具體策略和看法，希望可以促進(jìn)該工作的不斷進(jìn)步發(fā)展。