城市雨水系統設計細節的改進策略

馬巨寶 侯 劍

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081）

通過分析設計細節的問題以及改進的方法，希望可以使雨水管網設計不斷的進步完善，進而使城市的防淹防澇能力得到顯著的提高。

1 把握雨水管道設計與道路設計的關系

國家對雨水量的計算還有雨水管渠的設計進行了原則性的規定，一般不同城市都有自己相對應的暴雨強度公式，這個公式中的種種參數都是有設計人員進行科學合理的設置的。一般雨水系統設計中的理論計算一般不會存在問題，所以要重視與道路設計的關系問題。雨水管網進行常規設計的時候，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]。而道路設計的時候，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，所以將會抬高路面，進而導致道路的坡向會呈現和雨水管道坡向相反的情況。這種情況在設計過程中會經常出現也是需要進行科學合理的改進的。

2 重視管道坡度和水利坡度的關系

管道坡度代表管道敷設的實際坡度，即設計圖紙上標明的坡度或者就是施工結束后的管道坡度。按照規范，雨水管運用滿流設計，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，一種坡度一般會對應一種流量，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候，管道的來水量會遠遠的多于管道的排水能力，那么管道會由重力流變為壓力流，管道水力坡度的加大，會增加排水量，伴隨著雨水量的增大，水力坡度線也會變陡，甚至高過路面，造成路面積水。以往在設計的時候一般用均勻流的流態進行雨水管的設計，壓力流一般運用的很少，但是在城市一般地面很是平穩所以雨水管在容易發生壓力流的情況，尤其是出現地面積水的時候更是如此[2]。一樣材質的管道，其管徑越是小，則其阻力系數會越大，水力坡度線也會更陡。并且出現壓力流的時候，一般大管徑的比阻會小于小管徑的比阻，并且小管徑的水力坡度相比較大管徑會更陡，在排水能力大過負荷的時候，小管徑的水力坡度線會更容易超過地面，造成地面積水，因此在設計的時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用，運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。自由出流及時說管道超過河水的水面進行排水，而淹沒出流就是說河水水面高于管道進行排水。一般出水口的出水量會被管道內部計算點的能量以及出水口處的實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，所以排水量也會更大[3]。自由出流，雨水管網排水動力是排水管網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越大，而且排水的能力同河水位是沒有關系的。而淹沒出流，雨水管網排水動力則是排水管網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同水位差值有關，不會和管道坡度有關。

自由出流時的出水口的出流量一般會比淹沒出流的出流量更大，但是在地勢平坦的城市，一般自由出流的狀況比較少，淹沒出流比較多。淹沒出流的時候，一般河水位越高則出水量就會越少，而相反河水位越低則出流量則會越大。并且還要重視出水口的局部阻力系數，因為其與流速的平方成正比，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。可以通過將最后一個井段的管徑加大，降低出水口的流速，添加一個緩沖段在管道以及河流之間，將兩者之間的水流差值進行有效的較小，進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，減少出水口出現漩渦，這樣可以減少耗能。河水有一定的流速的時候，出水口方向設計為斜向出水，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高出現矛盾的時候，雨水管設倒虹通過。在實際中雨污水管道標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用會更為頻繁一些[4]。有些城市的雨水管往往會淹于河水面之下，所以相關工作這者在進行設計的時候，雨水倒虹管前后不會像污水管一樣設計前后落差，這是因為淹沒于水面之下的倒虹就算設計了落差也不會有什么效果。

雨水管過于頻發的倒虹，可以跨越污水管，使標高矛盾得到很好的解決，但是會在很大程度上影響雨水水流。有些急彎的矩形管渠，會有比較大的阻力系數，進而導致更多能量的損耗。所以急彎相比較緩彎水頭會有更大的損失，倒虹管會有更多水流能量的損失。一般水流流經一個倒虹，會經過大概4 個急彎，這就相當于消耗了四次，使很多的水流動力被消耗了，雨水經過多個倒虹之后，其消耗的能量會非常的高。一般雨水水流能量是一定的，倒虹可以將管道系統的阻力系數增大，并降低流速，使通水能力減小[5]。可以運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的管道增加一級管徑，并將井徑增大，從而將水流速度有效的減小，也使水流轉彎半徑加大，將豎向的問題很好的解決，同時平面上也可以減少或避免雨水主干管產生急彎，增多檢查井，使管道運用45 度的轉彎，在進行大管徑雨水管設計的時候也要非常的注意。其二是不運用倒虹處理，而是提前一個井段增大或是減少坡度，從而實現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 跌水井設計的改變

一些城市的排水管的檢查井運用的是跌水井，這雖然在一定程度上可以實現沉沙的目的，但是運用跌水井會將原有的水流流態給改變，導致水流會不斷的擴大收縮，使水流會不斷的重組，也導致能量的損失。除此之外，雨水到達檢查井之后，水流的斷面也會變大，致使流速會降低，更容易造成沉淀。當前的很多城市的排水系統設計中，已經逐步減少了跌水井的運用，越來越注重流槽式檢查井的運用。流槽式檢查井的流態更加的穩定，也更加的順暢，流速也更大通水能力更強，所以在雨污水主干管比較提倡運用流槽式檢查井[6]。但是還是有很多設計者在設計排水管道的時候選擇跌水井，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的減小，并且不會對整個排水系統的性能造成很大的變化。

6 結語

以上的闡述就是具體的雨水排水系統設計中進行細節改善的具體策略和看法，希望可以促進該工作的不斷進步發展。