城市雨水系统设计细节的改进策略

马巨宝 侯 剑

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081）

通过分析设计细节的问题以及改进的方法，希望可以使雨水管网设计不断的进步完善，进而使城市的防淹防涝能力得到显著的提高。

1 把握雨水管道设计与道路设计的关系

国家对雨水量的计算还有雨水管渠的设计进行了原则性的规定，一般不同城市都有自己相对应的暴雨强度公式，这个公式中的种种参数都是有设计人员进行科学合理的设置的。一般雨水系统设计中的理论计算一般不会存在问题，所以要重视与道路设计的关系问题。雨水管网进行常规设计的时候，上游的汇水量和管径比较小而下游的汇水面积和管径大，会比较符合常理。一般雨水排向道路交叉口主排水管或是河流[1]。而道路设计的时候，河流处往往有桥梁，而道路交叉口处要将车流以及人流过多考虑其中，所以将会抬高路面，进而导致道路的坡向会呈现和雨水管道坡向相反的情况。这种情况在设计过程中会经常出现也是需要进行科学合理的改进的。

2 重视管道坡度和水利坡度的关系

管道坡度代表管道敷设的实际坡度，即设计图纸上标明的坡度或者就是施工结束后的管道坡度。按照规范，雨水管运用满流设计，属于均匀流的范畴，是充满度为1 的一种重力流，同样的管径，一种坡度一般会对应一种流量，想要使管道的排水量增大，要增加管道的坡度。但是那些已经完工的排水管道自然其管道坡度是改变不了的。若是降水量非常大的时候，管道的来水量会远远的多于管道的排水能力，那么管道会由重力流变为压力流，管道水力坡度的加大，会增加排水量，伴随着雨水量的增大，水力坡度线也会变陡，甚至高过路面，造成路面积水。以往在设计的时候一般用均匀流的流态进行雨水管的设计，压力流一般运用的很少，但是在城市一般地面很是平稳所以雨水管在容易发生压力流的情况，尤其是出现地面积水的时候更是如此[2]。一样材质的管道，其管径越是小，则其阻力系数会越大，水力坡度线也会更陡。并且出现压力流的时候，一般大管径的比阻会小于小管径的比阻，并且小管径的水力坡度相比较大管径会更陡，在排水能力大过负荷的时候，小管径的水力坡度线会更容易超过地面，造成地面积水，因此在设计的时候工作人员要非常注意小管径。通过以下的措施可以将以上的问题很好的解决。其一，注意管道起点的管径不可以过小，并且小管径要注意新型管材的选用，有效的降低管道比阻和水力坡降，也使通水能力也显著提高。其次不可人为地使小管径管道的局部阻力增大，像是保证管线的顺直并且减少倒虹的运用，运用流槽式的检查井等等

3 注重出水口

一般雨水管出水口有两种，一种是自由出流以及淹没出流。自由出流及时说管道超过河水的水面进行排水，而淹没出流就是说河水水面高于管道进行排水。一般出水口的出水量会被管道内部计算点的能量以及出水口处的实际能量差值来决定的，总之能量的差值越大，一般流速也越大，所以排水量也会更大[3]。自由出流，雨水管网排水动力是排水管网相比较于出水口的水位置，管道的坡度越大，一般排石的能力也会越大，而且排水的能力同河水位是没有关系的。而淹没出流，雨水管网排水动力则是排水管网相比较于河面水位的水位差，一旦管道低于河水位，那么排水能力就只会同水位差值有关，不会和管道坡度有关。

自由出流时的出水口的出流量一般会比淹没出流的出流量更大，但是在地势平坦的城市，一般自由出流的状况比较少，淹没出流比较多。淹没出流的时候，一般河水位越高则出水量就会越少，而相反河水位越低则出流量则会越大。并且还要重视出水口的局部阻力系数，因为其与流速的平方成正比，所以通过出水口流速的减小可以使出水口局部阻力损失有效的降低。可以通过将最后一个井段的管径加大，降低出水口的流速，添加一个缓冲段在管道以及河流之间，将两者之间的水流差值进行有效的较小，进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缓顺畅，减少出水口出现漩涡，这样可以减少耗能。河水有一定的流速的时候，出水口方向设计为斜向出水，并且出水口要朝着河水水流的下游方向，可以使出水口的出流量显著的提高。

4 重视雨水倒虹管

在雨水管同污水管的标高出现矛盾的时候，雨水管设倒虹通过。在实际中雨污水管道标高上还有很多的矛盾，一般雨水倒虹，而污水不倒虹，所以雨水管倒虹的运用会更为频繁一些[4]。有些城市的雨水管往往会淹于河水面之下，所以相关工作这者在进行设计的时候，雨水倒虹管前后不会像污水管一样设计前后落差，这是因为淹没于水面之下的倒虹就算设计了落差也不会有什么效果。

雨水管过于频发的倒虹，可以跨越污水管，使标高矛盾得到很好的解决，但是会在很大程度上影响雨水水流。有些急弯的矩形管渠，会有比较大的阻力系数，进而导致更多能量的损耗。所以急弯相比较缓弯水头会有更大的损失，倒虹管会有更多水流能量的损失。一般水流流经一个倒虹，会经过大概4 个急弯，这就相当于消耗了四次，使很多的水流动力被消耗了，雨水经过多个倒虹之后，其消耗的能量会非常的高。一般雨水水流能量是一定的，倒虹可以将管道系统的阻力系数增大，并降低流速，使通水能力减小[5]。可以运用以下的方法来解决这些问题：其一是使倒虹管以及倒虹管两侧的管道增加一级管径，并将井径增大，从而将水流速度有效的减小，也使水流转弯半径加大，将竖向的问题很好的解决，同时平面上也可以减少或避免雨水主干管产生急弯，增多检查井，使管道运用45 度的转弯，在进行大管径雨水管设计的时候也要非常的注意。其二是不运用倒虹处理，而是提前一个井段增大或是减少坡度，从而实现跨越与能耗降低的木塑。这两种的方式都是比较值得推荐的。

5 跌水井设计的改变

一些城市的排水管的检查井运用的是跌水井，这虽然在一定程度上可以实现沉沙的目的，但是运用跌水井会将原有的水流流态给改变，导致水流会不断的扩大收缩，使水流会不断的重组，也导致能量的损失。除此之外，雨水到达检查井之后，水流的断面也会变大，致使流速会降低，更容易造成沉淀。当前的很多城市的排水系统设计中，已经逐步减少了跌水井的运用，越来越注重流槽式检查井的运用。流槽式检查井的流态更加的稳定，也更加的顺畅，流速也更大通水能力更强，所以在雨污水主干管比较提倡运用流槽式检查井[6]。但是还是有很多设计者在设计排水管道的时候选择跌水井，想要推广流槽式是需要很长的路要走的，从而有效的改变流水流态的减小，并且不会对整个排水系统的性能造成很大的变化。

6 结语

以上的阐述就是具体的雨水排水系统设计中进行细节改善的具体策略和看法，希望可以促进该工作的不断进步发展。