雨水调蓄系统设计难点分析

周 君

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

近些年城市内涝问题越来越受到人们关注，海绵城市建设已从试点城市推广到全国。雨水调蓄是实现“海绵城市”的重要举措之一，具有削减峰值流量的作用，对减少城市内涝具有重大意义。但在实际设计过程中，由于设计失误导致雨水调蓄池起不到应有的作用，现对雨水调蓄系统的部分设计难点进行分析。

1 雨水调蓄池的有效容积计算

根据GB 50400—2016《建筑与小区雨水利用工程技术规范》第4.3.8条，蓄池容积宜根据设计降雨过程变化曲线和设计出水流量变化曲线经模拟计算确定，资料不足时可采用式（1）计算：

式中，Vt为调蓄排放系统雨水储存设施的储水量（m3）；tm为调蓄池蓄水历时（min），不大于120min；Q为调蓄池上游设计流量（L/s）；Q'为出水管设计排水流量（L/s）。

式中，ψ为流量径流系数；q为设计暴雨强度，L（/s·hm2）；F为汇水面积，hm2；

Q'可通过公式（2）求出，并非唯一定值，可取下游管道收纳能力，但tm调蓄池蓄水历时取值随意性较大，用此公式求出的调蓄池容积可选择范围较大。

根据规范GB 50014—2006《室外排水设计规范》（2016版）第4.14.5条，在计算削减排水管道洪峰流量时，雨水调蓄池的有效容积可按式（3）计算：

式中，V为调蓄池有效容积（m3）；a为脱过系数，为调蓄池下游设计流量和上游设计流量之比；Q为调蓄池上游设计流量（m3／min）；b、n 为暴雨强度公式参数；t为降雨历时（min）。

根据此公式，Q、b、n为定值，但 a、t取值随意性较大，用此公式求出的调蓄池容积可选择范围较大。

根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，设计容积设计调蓄容积一般采用容积法进行计算，公式如下：

式中，V为设计调蓄容积，m3；H为设计降雨量，mm；ψ为综合雨量径流系数，进行加权平均计算；F为汇水面积，hm2。

根据公式H、ψ、F均为定值，设计人员通过此公式求得的调蓄池容积较为明确。故推荐用此公式计算调蓄池容积，用其他两个公式进行容积校核。

2 雨水调蓄池弃流井的设置

雨水调蓄池与雨水回用池均可收集雨水，但其作用及出发点完全不同。雨水调蓄池的主要作用是削减峰值流量，收集大于下游收纳能力的雨水量，而雨水回用的主要作用是对雨水进行收集回用。因此雨水调蓄池与雨水回用选的弃流井应该不同，如图1，2所示，但很多设计人员在设计时并未加以区分，现对该两种情况进行分析。

图1 弃流井1

图2 弃流井2

对于弃流井1，仅对最大流量超过下游管道收纳能力的流量进行收集，则雨水调蓄池容积如图 3a 阴影部分所示，这也是计算雨水调蓄池容积的计算公式，是使调蓄池具有削减洪峰的最小体积。若采用图2所示弃流井2，雨水会优先进入调蓄池，直到调蓄池充满雨水，若此时满足削减洪峰的作用，雨水调蓄池容积则，显然V2远大于V1，从工程建造成本上来说，建造V2大小的雨水调蓄池会造成巨大的成本浪费。实际上，很多设计人员在弃流井的选择时采用弃流井2，而调蓄池体积采用V1则产生如图3b所示情况，则会出现调蓄池在降雨历时为t时充满，此时雨水调蓄池V3=V1＜V2，对应的降雨历时t6位于t2与t4之间，则对应的溢流量q3大于下游管道收纳能力q1，此时调蓄池失去调节洪峰的作用。故在设置雨水调蓄池弃流井时需按照弃流井1设置。

图3 流量降雨历时关系

3 对调蓄池的有效高度理解有误

根据《矩形钢筋混凝土蓄水池》标准图集得出调蓄池剖面如图4所示，很多设计人员误以为调蓄池的有效高度应是从进水管至调蓄池底的高度，此部分被认为进水管之上的空间无法利用，这是不准确的，当室外检查井的水面高度超过调蓄池顶高度时，则调蓄池进水管以上的空间会充满，应该算作调蓄池的有效容积。调蓄池的有效高度应该为H，而非H3+H4，若把调蓄池的有效高度当作是H3+H4，则会增加工程造价。

图4 调蓄池

4 雨水调蓄池出水管的设置

在对出水管设计时未进行严格计算，而是认为出水管径越大越好，现对此情况进行分析。雨水调蓄池出水管分为压力出水和重力出水2种情况。

4.1 压力出水

对于压力出水，管道出水流量Q如公式（5）所示：

式中，D为管道直径，m；V为管道流速，m/s；q1为下游管道的收纳能力，m3/s，根据《室外排水设计规范》第4.2.9条，排水管道采用压力流时，压力管道的设计流速宜采用0.7～2.0m/s。

雨水调蓄池若要满足削减雨水洪峰的作用，则需要满足出水流量Q≤q1，则，故若在实际工程设计中，所取出水管管径大于D，则Q＞q1，故在压力出水的情况下出水管径选择过大会造成出水流量大于下游管道的收纳能力。

4.2 重力出水

对于此时出水流量计算如式（6）所示：

式中，Q为调蓄池出水流量，m3/s；D为管道直径，m；Cd为孔口流量系数，取μ=0.62；A为孔口过水断面，m2；△H为孔口淹没水深，m；g 为重力加速度，9.81m/s2。

雨水调蓄池若要满足削减雨水洪峰的作用，则须保证出水流量 Q≤q1，即。若在实际工程设计中，所取出水管管径大于管道直径D，则Q＞q1。因此在重力出水的情况下，管径选择过大会造成出水流量大于下游管道的收纳能力。

5 重力出水管与压力出水管选择

很多设计人认为若调蓄池底部标高低于室外溢流检查井标高，则采用提升泵抽排，此种设计从技术上可行，但并不节能。由图4可知，可在室外溢流检查井之上的高度增加1条重力出水管，重力出水管以上水位的雨水可通过重力流出。现对此种情况进行分析，设调蓄池的长宽高分别为L、B、H，总排出时间为T，以广州为例，根据《广州市建设项目雨水径流控制办法》第10条雨水调蓄设施应当具有削减雨水洪峰径流功能，并可以在12h内排到最低水位，则T≤12h，又根据管道出水流量需不大于下游管道收纳能力q1，得出，则有，出水管的平均流量，设压力出流管管径为d1，重力出水管管径为d2，则，则压力出水管管径，对于重力出水，此时出水流量，根据图4，孔口淹没水深H的取值为0≤H≤H2，当H=H2时，出水流量，则。

6 结语

雨水调蓄可有效防止城市内涝，也是建设海绵城市的重要组成部分，雨水调蓄池合理化的设计不仅能起到削减洪峰的作用，还能降低工程总造价。为方便设计人员更好地设计雨水调蓄池，提出以下建议：①应该选择合理的弃流井；②调蓄池的有效高度与进水管的标高无关；③出水管管径不能选择过大；④在有条件的情况下增加一条重力出水管。