排水設施中設計降雨重現期的研究

溫新有

降雨重現期是指某一強度的降雨重復出現的平均周期，如10年重現期即為平均10年出現1次不小于該強度的降雨。頻率為重現期的倒數。在公路排水系統設計中，排水設施的設計降雨重現期是一個非常重要的參數。公路排水設施應以適當降雨重現期或頻率的流量作為設計依據，根據公路等級、設施的重要性以及經濟性、安全性等因素，綜合考慮確定設計重現期。

1、國內外公路排水設施的現行設計降雨重現期

現行《公路排水設計規范》中，路界內地表排水設施的設計降雨量重現期如表1-1所示。與《城市道路設計規范》（CJJ37—9O），法國、日本道路協會及我國臺灣省規定的道路排水設施設計降雨重現期，相比較，我國現行公路排水規范的要求偏高，使用上缺乏靈活性。

2、設計降雨重現期的應用及影響因素分析

我國公路排水設計降雨重現期偏大，尤其是坡面排水要求過高。與高速公路對應的我國城市快速路，其設計降雨重現期為2～5年。排水設施的設計降雨重現期，從3年提高到5年，排水設施的泄水能力需提高16%～40%；從5年提高到10年，排水設施的泄水能力需提高17%～44%；從5年提高到l5年，排水設施的泄水能力需提高27%～72%。就梯形和矩形邊溝而言，溝底寬度增加0.1m，其泄水能力增加10%一50%。例如，溝渠側面坡比為1：1.5、水深0.2m、底寬0.4m等腰梯形溝的泄水能力約比相同的坡比和水深，底寬0.3m溝的泄水能力大20%左右。也就是說，在其他條件相同的情況下，邊溝的設計降雨重現期提高一個等級（從3年提高到5年，或從5年提高到l0年，或從10年提高到15年），邊溝底寬至少增加0.1m，甚至更多。

另外，現行規范的設計降雨重現期是按路面和路肩表面排水、路界內坡面進行分級的，而不是按排水設施的類型分類，有時在使用上容易造成混亂。例如，公路排水設施中的邊溝，一般情況下均兼排路面雨水和路堤或路塹邊坡雨水，若按規范的規定，分別按路面表面排水和路界內坡面排水的不同要求，取不同設計降雨重現期計算路面表面徑流和路界內坡面徑流的設計流量，再將兩者疊加后得到總流量，則該總流量已失去了設計重現期的概念。

公路排水設施的設計降雨重現期的大小，還取決于排水溝渠損壞的后果及修復的難易程度。對于一般公路排水溝渠（如邊溝、截水溝、急流槽等）來說，若降雨徑流量超過溝渠設計泄水能力，將出現不利后果，如雨水溢出溝渠并對周圍地表造成沖刷，流速過大對溝渠造成沖刷。就其危害性而言，不同環境條件下造成損害的性質和規模存在很大差異。

3、排水設施設計降雨重現期建議值

在地勢平坦、植被良好的地區，少量雨水溢出不會造成很大的問題；但在坡面較高的陡坡且易沖刷地區，雨水溢出溝渠可能對坡面和坡腳造成嚴重沖刷，有時會危及邊坡和路基的穩定。溝渠流速超過溝渠壁面加固材料的抗沖刷允許流速，溝壁和溝底可能被沖刷，嚴重時可能造成溝渠損壞，而溝渠的損壞不僅使排水功能失效，還會對邊坡和路基形成集中沖刷，從而導致更嚴重的水毀損失。另外，溝渠失效后的危害程度，也與公路所在地區的地形、地貌有關，植被良好地區的危害程度遠小于陡坡、植被較少易沖刷地區。同時，溝渠沖刷損壞后修復的難易程度也存在較大差異，邊溝的修復比截水溝、急流槽容易很多。因此，路界表排水設施的設計降雨重現期不宜簡單地以路表（路面和路肩）雨水和路界內坡面雨水分類，而是需綜合考慮排水設施類型，公路所在地區的地形、地貌，以及損壞的后果及修復的難易程度等因素，按排水溝渠的不同功能、損壞后果及修復的難易程度進一步劃分其設計降雨重現期。設計降雨重現期應是一個可供設計人員選擇的范圍值，當地形、地貌、植被等環境條件較好時，可以取下限，反之取上限。建議值見表1-3。

表1-3中，路面邊緣淺溝是指在路面或硬路肩邊緣設置攔水帶或緣石形成的淺三角形溝，主要用于高路堤且路堤坡面易沖刷的場合，以減少路面雨水沿路堤邊坡漫流引起的坡面沖刷。一般來說，按平均1～3年發生1次強降雨（高速公路、1級公路）或0.5～1年發生1次強降雨（2級及2級以下公路）標準設置的路面邊緣淺溝，因水流溢出淺三角形溝后，順路堤邊坡坡面的漫流沖刷造成的損壞作用將很小，即便發生了輕微的局部沖刷破壞，維修很容易。對于邊溝，一般情況下需兼排路面雨水和路堤或路塹邊坡雨水，而較深的路塹邊坡為增加坡體穩定性，通常做成臺階形，在邊坡平臺上往往設有平臺截水溝。所以，邊溝的設計降雨重現期除考慮排除路面表面水外，還應考慮部分坡面徑流。加之邊溝的維修相對容易，故取邊溝的設計降雨重現期為3～10年（高速公路、l級公路）和2～5年（2級及2級以下公路）。

對于截水溝、急流槽及相應的消能設施，一般情況下水流流量大、速度快、沖刷能力強，受周圍環境因素影響明顯，損壞后修復難度較大，故其設計降雨重現期應考慮多種因素并采用較高的標準。建議截水溝、急流槽及相應的消能設施的設計降雨重現期為10～l5年（高速公路、1級公路）和5～10年（2級及2級以下公路）。

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