【城市雨水管道系统设计探讨】城市雨水管道

时间：2019-04-10 03:26:01　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：本文对现有城市排水系统存在的主要问题进行了分析, 并从暴雨强度公式的选择，重现期的确定，雨水口的布置三方面论述了城市雨水管道系统的设计方法。　　关键词：暴雨强度公式，重现期，雨水口
　　Abstract: in this paper, the existing city the main problems of the drainage system is analyzed, and the choice of strength formula from heavy rains, determination of the return period, the rain of the three aspects mouth decorate the urban rainwater piping design method.
　　Keywords: heavy rains strength formula, return period, the rain mouth
　　
　　
　　中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
　　
　　1 前言
　　近年来，随着城市建设规模不断扩大，城区不透水地面增多，排水量也大大增加。原有的区域局部规划不能满足现代化生态城市发展的要求，也成为目前城市环境，城市安全建设的紧迫课题之一。由于排水系统设计的不合理, 导致城市汛期经常发生内涝现象。一直以来城市内涝问题，当地政府及相关专家总是将原因归结为暴雨强度大等自然原因。事实上更为重要的是在于城市排水系统长期投入不足，管道老化，排水标准和排水能力低下，跟不上城市发展的速度，现有落后的排水系统等原因，使得城市排水系统在暴雨面前不堪一击，造成多个城市出现“逢雨必涝”的局面。为了保护生态环境和实现可持续发展战略, 本文针对城市排水系统，从设计角度提出了相应的解决对策。
　　2城市雨水排水系统设计存在的主要问题
　　（1）暴雨强度大，城市防涝标准低；
　　（2）城市建设所致的渗水地面大幅度减少，雨水径流系数发展重大变化；
　　（3）城市内部和外围河流水系淤塞、断堵、所滞纳水面积和容量不足、流速不快、流量不畅；
　　（4）城市现有排水设施和管网容量不足、运营效率低；
　　（5）城市缺乏科学、合理的雨水储存、利用的空间、设施和措施；
　　3 城市雨水排水系统设计的主要对策
　　3.1利用新暴雨强度公式计算雨水量
　　随着全球气候的变化，城市不断的发展，传统的暴雨强度公式已经不适用，而且以前的暴雨强度公式只有部分重点城市的数据，县级市都只能参考附近城市的公式，排水管要么太大造成资源浪费，考虑投资原因，设计得太小就会造成积水内滞。
　　短时间高强度的暴雨会造成“水浸街”，这种城市型水灾害的一个重要原因，就是雨水排水管尺寸设计偏小，设置不合理。笔者以杭州为例，杭州市规划局教授级高工邵尧明等人从1995年开始研究新的公式，历时10几年研究出新的暴雨强度公式。新暴雨强度公式为：
　　（mm/min）
　　式中：i——设计暴雨强度（mm/min）；
　　P——设计重现期（年）；
　　t——降雨历时（min）；
　　目前，这个公式不光在杭州滨江区、余杭区等几条道路排水上运用，还用在拱墅区庭院改善工程项目上。住房和城乡建设部也已发函，2009年要在全国600多个城市推广应用。今后，随着杭州新暴雨强度公式应用的越来越广泛，对优化城市排水和雨洪利用、增强城市防洪抗灾能力都将起到重要的作用。
　　3.2设计重现期的确定
　　上述杭州市新暴雨强度公式中最重要的参数是设计暴雨强度重现期。根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定，雨水管渠设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般采用0.5~3年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3~5年。
　　在实际应用中，鉴于我国幅员广大，各地气候状况、地形条件、重要程度和排水设施各异。国内一些城市采用的设计重现期见下表：
　　
　　
　　特别重要地区3~5 深圳一般地区1；低洼地区2~3；重要地区3~5
　　但是重现期到底取多少合适，本文以杭州为例，讨论一下重现期的选取。
　　杭州市区中心地理坐标为北纬30°16"、东经120°12"。杭州山地和丘陵主要分布在西南部，市区内地形没有大的起伏，地面高程基本上在4.0~10.0之间。为确定暴雨强度重现期，对“地势低洼地区”进行界定十分重要。
　　以杭州运河水系为例，杭州运河警戒水位为4.5米，若按排水管道出口处1米覆土，管道直径为D1200mm内雨水可以自由出流，排水管线长度2.0km，管道坡度1‰来计算，城区建设用地高程应在8.0米以上。若以出水口为中心，画一个2.0km的圈，则圈内建设用地高程不宜小于8.0米。由此可以确定，改出水口附近当建设用地标高大于8.0米时，暴雨强度重现期可适当降低；当建设用地标高小于8.0米时，暴雨强度重现期应相应提高。重现期的取值可见下表：
　　
　　
　　上表中，如果建设用地标高比较低，例如在4.0~5.0m之间，属于“地势低洼地区”，则重现期宜取上限值5.0年；若地势较高，大于8.0米以上，则可取下限值1.0年。
　　3.3 径流系数的确定
　　根据《室外排水设计规范》，汇水面积的平均径流系数按地面种类加权平均计算。
　　
　　
　　因此在设计中，不能简单的选用一个综合径流系数Ψ值，应通过计算确定。以一建筑小区综合径流系数Ψ计算为例：
　　
　　
　　由上表可以看出由于新建小区不透水面积的增加，径流系数也相应增大。
　　3.4 雨水口
　　雨水口是在雨水管渠系统中收集雨水的构筑物，一般应设在交叉路口、路面最低点以及道路路牙边每隔一定距离处。《室外排水设计规范》（GBJ14-97）中规定：雨水口的型式、数量和布置，应按汇水面积所产生的流量、雨水口的泄水能力及道路型式确定，雨水口间距宜为25～50m。当道路纵坡大于0.02时，雨水口的间距可大于50米，其形式、数量和布置应根据具体情况和计算确定。坡段较短时可在最低点出集中收水，其雨水口的数量或面积应适当增加。
　　3.4.1 雨水口泄水能力
　　雨水口的泄水能力与道路的坡度，雨水口型式、箅前水深等因素有关，但一般泄水能力如下：
　　
　　
　　由于有杂物堵塞，实际设计时雨水口泄水能力应乘以0.5~0.7的阻塞系数。本文讨论中取0.7的阻塞系数。
　　3.4.2 雨水口布置计算
　　这里着重讨论不同路幅（道路红线宽度）下雨水口的最大布置距离，或者可以从道路红线宽度来确定雨水口布置的最大间距。
　　每个雨水口的雨水量按下式计算：
　　Q=Ψ•q•F
　　式中：Ψ——路面径流系数，取0.95；
　　q——暴雨强度，采用杭州市新暴雨强度公式，重现期P=2.0年
　　地面集雨时间t=t1+mt2，t2为雨水管内流行时间，对于雨水口t2=0；t1按路面雨水流速0.5m/s计算。
　　F——集雨面积，F=L×D/（2×104），ha。
　　计算结果见下表
　　
　　
　　可见，当雨水口间距为30米时，道路红线不超过40米；而当雨水口间距大于50米时，要求道路红线不超过24米。
　　4 结论
　　1 新暴雨强度公式对优化城市排水和雨洪利用、增强城市防洪抗灾能力都将起到重要的作用，设计时应尽量采用新的暴雨强度公式。
　　2 雨水管渠设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。
　　3 雨水口的型式、数量和布置，应按汇水面积所产生的流量、雨水口的泄水能力及道路型式确定，不同道路应根据道路红线宽度来确定雨水口最大间距。
　　
　　参考文献：
　　1 《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
　　2 《城镇雨水管渠设计重现期取值方法探讨》，叶振华，汪翔，河海大学学报（自然科学版）2006.30（4）：100-102
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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