浅析城市道路雨水口设计理论计算

张鹏飞

(廊坊临空商业运营管理有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

雨水口是在雨水管渠或合流管渠上收集雨水的构筑物，一般布置于道路的车行道上，降水时路面上的雨水必须首先经过雨水口进行汇集，通过雨水口连接管流入排水管渠系统。科学合理地设计雨水口的数量和间距布置是城市道路排水设计的关键因素之一，在《室外排水设计规范》中雨水口设置有相应的规定，即雨水口间距宜为25m～50m，但是不同地区降雨强度不同，产生的降雨量会不同，应根据相应地区汇水面积上所产生的雨水量对雨水口布置进行计算。本文主要对降水形成地面径流至雨水口收集段进行理论计算，对雨水口的流量、布置间距等进行分析。

1 雨水口流量设计理论计算

1.1 道路雨水汇水流量计算

在降水时可以看作是道路路面上的雨水形成地表径流，汇流入道路雨水口内，假定在道路的汇水面积上降雨在时空上是均匀分布的，则可采用推理公式法计算雨水设计流量［1］，雨水设计流量公式如下：

式中:Qs—雨水设计流量（L/s）；

q—设计暴雨强度（L/（s·ha））；

ψ—径流系数；

F—汇水面积（ha）。

廊坊市暴雨强度公式为：

式中：q—设计暴雨强度（L/（s·ha））；

P—设计重现期（a）；

t—降雨历时，t=t1+t2（min）；

t1—地面集水时间（min），应根据汇水距离、地形坡度和地面种类计算确定，一般采用5min～15min；

t2—管渠内雨水流行时间（min）。

1.2 道路雨水口明渠流计算

边界部分为固体、部分为大气，具有自由表面的液体运动称为无压流或明渠流，道路上的水体流动为无压流，可简单将道路水体流量看成为明渠均匀流［2］，如图1所示。

图1 假定明渠均匀流

在明渠均匀流状态下，流量计算公式为：

x=b+l+h

A—过水断面面积（㎡）；

C—谢齐系数；

J—水力坡度；

R—水力半径（m）；

h—雨水篦子上水深（m）；

n—粗糙系数；

x—湿周（m）。

1.3 雨水口流量计算

降水时雨水口收水是一个水量逐步增大的过程，雨水首先由雨水箅子边缘流入到雨水口内，随着雨量增大箅子逐渐被雨水淹没，水流直接从箅子孔隙进水，此时雨水箅子是最大流量状态，根据雨水箅子孔隙厚度与箅子上水深的比值关系，可知雨水箅子被雨水完全淹没时为薄壁大孔口自由出流［3］，流量公式为：

式中：μ—孔口的流量系数，约为0.7～0.85；

As—雨水口过水箅子面积（㎡）。

2 雨水口布置间距计算

2.1 雨水口规范间距要求

《室外排水设计规范》（2016 年版）规定雨水口间距宜为25m～50m，规范中只给出参考范围值，若雨水口间距取规范较小值时，虽能保障收水效果，但雨水口数量过多会增加投资，若雨水口间距取较大值时，可能会造成间距过大不能满足路面收水需求，下面结合廊坊市暴雨强度公式，合理确定雨水口的间距。

2.2 雨水口布置间距计算

当雨水口流量Q1经过折减计算数值与道路汇水流量Qs数值相等时［4］，可由此情况推算雨水口布置间距L：

式中：L—雨水口布置间距（m）；

k—折减系数，0.7；

B—道路车行道宽度（m）。

2.3 实例分析

以廊坊市常见40m 红线道路断面形式为例，道路机动车道宽11.5m，机非分隔带宽2.0m，非机动车道宽3.0m，道路两侧人行便道宽3.0m，道路横坡1.5%，道路纵坡1‰，道路横断面见图2。

图2 道路标准横断面图

道路机动车道和非机动车道径流系数取0.9，分隔带取0.2，人行便道取0.65，加权平均计算得ψ=0.79。

在雨水口间距布置时，首选需假定雨水口间距，根据路面的汇水流量与雨水口明渠流推算出雨水箅子上的水深h，由雨水箅子上的水深h 可验算雨水口的实际泄水流量，从而得出雨水口泄水流量与雨水汇水流量关系，验证假定雨水口间距是否合理，具体计算步骤如下。

①假设雨水口间距为31m，计算道路雨水汇水流量得Qs。

根据廊坊市暴雨强度公式计算得到q=429（L/s·ha），将以上数据带入道路雨水汇水流量公式（1），道路雨水汇水流量Qs为31.1L/s，半幅路汇水流量为15.55L/s。

②假设道路汇水面积上的雨水流量全部流入雨水口内，则道路雨水汇水流量Qs数值与道路雨水明渠流量Q数值相等，可推算出雨水口箅子上水深h，由其校核出雨水口箅子流量能否满足道路汇水面积上的雨水流量需求。将道路雨水汇水流量15.55 L/s代入公式（2），计算得雨水箅子上水深h为0.11m。

③将雨水箅子上水深h为0.11m代入公式（3），计算得雨水口的泄水量为23.77L/s，考虑降雨时一般雨水口会有树叶等杂物遮挡，雨水口收水能力有一定的折减，折减系数取0.7，则雨水口实际泄水量为16.59 L/s。与道路汇水流量15.55L/s 比较，雨水口泄水量可满足收水需求。

④根据雨水箅子泄水流量计算雨水口的布置间距，进而验证假定的雨水口间距是否合理，由公式（4）验证得不同车行道宽度条件下，雨水口的间距布置，如表1所示。

表1

由表1可以看出，在正常设计参数情况下，横断面40m 的道路单箅雨水口合理距离在33m 左右，若雨水箅子采用双箅形式，则雨水口设置间距还可适当增大。

3 小结

雨水口是城市道路路面排水系统中常用的构筑物，一般分布在道路车行道上，路面雨水首先经过雨水口收集后进入雨水管道系统，排放至河渠内，形成一个完整的收水排放过程。科学合理地布置雨水口间距是城市道路排水设计的关键。

（1）雨水口的布置距离计算要结合道路横断面的具体形式，一块板或三块板道路横断面形式下雨水口的数量会有差别，一般一块板断面单位断面条件下为2个雨水口，三块板断面单位断面条件下为4个雨水口。

（2）雨水箅子的形式不同及雨水箅子采用的公式不同，计算出的雨水口最大过流量会有所不同。

（3）将雨水口收水流态看作明渠均匀流为基础进行理论计算，从而提出道路雨水汇水流量、雨水口明渠流及雨水口最大过流量三者之间的数值关系。

雨水口收集雨水超过自身收水能力时存在超流雨水流量及在雨水口边缘侧向通过的流量计算等情况，这两种情况是一个复杂的计算过程，需通过一些模型等模拟流态进行分析方能做出有效的判断，本文仅对雨水简单流态下做了一些理论分析，希望对其他项目研究有一定参考作用。