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        奉賢區(qū)雨水管網(wǎng)設(shè)計參數(shù)探討

        2010-10-30 05:13:44
        陜西水利 2010年2期
        關(guān)鍵詞:徑流系數(shù)匯水奉賢

        樊 勇

        (上海市奉賢區(qū)水資源管理所 上海 201400)

        1 背景

        目前奉賢區(qū)正積極推進全區(qū)的污水管網(wǎng)建設(shè),依照相關(guān)規(guī)劃已建設(shè)完成了東西部污水處理廠。污水管網(wǎng)建設(shè)是一項系統(tǒng)工程,有利于提高奉賢區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量、減少水環(huán)境污染及提高奉賢區(qū)的經(jīng)濟軟實力。

        由于建設(shè)理念和社會環(huán)境的不同,前期雨水管網(wǎng)建設(shè)并沒有得到足夠的重視,單獨建設(shè)的雨水管網(wǎng)較少,多為污水雨水管網(wǎng)合流的形式。

        “雨污合流”管網(wǎng)雖然可以在一定程度上解決排水問題,但還是應(yīng)該從長期規(guī)劃發(fā)展著眼。同時,考慮到污水處理廠運行的經(jīng)濟性,奉賢區(qū)還需進行雨水管網(wǎng)的建設(shè),切實做到“雨污分流”。

        本文主要從技術(shù)分析和實際運用兩方面對奉賢區(qū)的雨水管網(wǎng)具體參數(shù)進行了討論,目的主要是通過以上兩方面對奉賢區(qū)的雨水管網(wǎng)建設(shè)提供一些參考。

        2 技前術(shù)分析和實際運用

        2.1 雨水管道流量

        雨水管道收集是城市排水的重要組成部分,需要對城市中的各種情況進行充分的考慮。雨水管道收集的設(shè)計流量是以相同管徑的污水設(shè)計流量作為參考依據(jù)的,不同的是污水管道的設(shè)計包含有充滿度的概念,而雨水管道的設(shè)計則多以滿管作為計算依據(jù)。

        目前,奉賢地區(qū)排水設(shè)計為雨污分流的方式。雨污分流的情況下,雨水管道收集可以參考相同管徑的污水管道的滿管流,其具體數(shù)值可參考《圓管滿流水利計算圖》中的相關(guān)參數(shù)。

        雨水管道流量的計算公式如下:

        式中,Ψ——設(shè)計徑流系數(shù);

        q——設(shè)計降雨強度;

        F——設(shè)計匯水面積。

        已知管徑的極限流量,Ψ、q和F三個參數(shù)是對流量影響比較大的因素。

        2.2 設(shè)計徑流系數(shù)

        設(shè)計徑流系數(shù)Ψ是以降雨后地面的排水和下滲情況為參考的。不透水面積越多,雨水的排水和下滲越困難,則Ψ會相對較高;反之,則Ψ會相對比較低。

        依照相關(guān)手冊,設(shè)計徑流系數(shù)Ψ的取值范圍為0~1之間。以奉賢地區(qū)的實際情況來看,奉賢區(qū)域內(nèi)的雨水收集區(qū)域大致可以分為以下四類。

        (1)大面積的工業(yè)區(qū)。如上海綜合工業(yè)開發(fā)區(qū),海港綜合經(jīng)濟開發(fā)區(qū),這些地區(qū)現(xiàn)代化程度高,缺乏排水河道,雨水的排放有一定困難。故設(shè)計徑流系數(shù)Ψ一般采取比較高的數(shù)值,以0.8取值(Ⅰ類)。

        (2)南橋新城、奉城中心鎮(zhèn)等地區(qū)居住人口密集,構(gòu)筑物建筑較多,地面不透水面積偏多。故設(shè)計徑流系數(shù)Ψ需要充分考慮,一般取0.6(Ⅱ類 )。

        (3)奉賢地區(qū)西部地勢較低的部分集鎮(zhèn)。相對較低的高程對雨水管道的敷設(shè)有一定的影響,需要考慮不受淹、不積水的情況。設(shè)計徑流系數(shù)Ψ也以0.6取(Ⅲ類)。

        (4)其他各鎮(zhèn)集鎮(zhèn)范圍,相對排水要求不高,同時不透水面積也相對稀疏,設(shè)計系數(shù)Ψ只需要考慮0.5即可(Ⅳ類)。

        以上四類地區(qū)是以具體位置表示,考慮到規(guī)劃要先行于發(fā)展,所以相關(guān)參數(shù)都選取的比較保守。為了保證簡明扼要,下文提到這四類地區(qū)的時候暫且以Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類具體表述。

        2.3 設(shè)計降雨強度

        設(shè)計降雨強度q也稱為暴雨強度,是反映地區(qū)降雨強度的一個參數(shù)。各個地區(qū)的設(shè)計降雨強度都有所不同,它是根據(jù)各地的實際情況統(tǒng)計而成的。

        這里還需要提一下重現(xiàn)期(P)和匯流時間(t)的概念。重現(xiàn)期是一個統(tǒng)計學(xué)的概念,代表出現(xiàn)情況的概率;而匯流時間是指雨水由雨水口收集到雨水收集管道的時間。根據(jù)參考和計算,?、耦惖貐^(qū)的t1=5,t2=10;?、?、Ⅲ、Ⅳ類地區(qū)的 t1=10 ,t2=5。

        上海的設(shè)計暴雨強度公式為:

        計算得出:

        P=1時,Ⅰ類的q值為174;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為194;

        P=5時,Ⅰ類的q值為270;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為303;

        P=100時,Ⅰ類的q值為470;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為522。

        城市雨水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)一般取值為P=1,即要求應(yīng)付“一年一遇”的標(biāo)準(zhǔn)即可,所以?、耦惖膓值為174;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為194。

        2.4 設(shè)計匯水面積

        根據(jù)以上討論,公式中的Q、Ψ和q都已經(jīng)基本確定,則F就可以根據(jù)以上的參數(shù)來確定,具體見表1。

        以上表格的相關(guān)數(shù)據(jù)可以作為參考,但是有一定的局限性,計算結(jié)果只能作為實際情況的一種參考。作為區(qū)域的整體規(guī)劃,較大管徑的雨水管道還是發(fā)揮著比較重要的作用。但從整體區(qū)域考慮,只能作為部分的參考依據(jù)。

        2.5 實例

        以奉賢區(qū)西部的莊行鎮(zhèn)老鎮(zhèn)區(qū)為例,依照設(shè)計徑流系數(shù)的分類確定該地區(qū)為Ⅲ類,選擇該地區(qū)Ψ為0.60,然后計算其降水強度為194L/s·104m2。在選取以上參數(shù)后,依照老鎮(zhèn)區(qū)的面積和周邊的水系情況計算雨水管道敷設(shè)情況。

        老鎮(zhèn)區(qū)基本為一個長方形,長寬分別約為3.5km和2.5km,面積約為8.75km2,北側(cè)和東側(cè)分別為區(qū)級河道浦南運河和鎮(zhèn)級河道冷涇。雖然該范圍內(nèi)有部分村級河道,但是考慮到村級河道最終匯入浦南運河和冷涇,所以雨水排水口還應(yīng)考慮設(shè)置于浦南運河和冷涇。

        表1 常用管徑設(shè)計匯水面積參照表

        依照表1中的相關(guān)參數(shù),選取相應(yīng)的雨水管網(wǎng)匯水面積。老鎮(zhèn)區(qū)總體的匯水面積滿足1200mm的雨水管道,但考慮到奉賢區(qū)西部地勢很低,高程往往只有3.9m,河道常水位僅為2.5m~2.8m,以及覆土等其他因素,無法滿足1200mm雨水管道的敷設(shè)條件,所以依照實際情況,需要將匯水面積進行劃分。

        將老鎮(zhèn)區(qū)劃分為3個區(qū)域,西部和東北部匯入浦南運河,東南部匯入冷涇。依照匯水面積可以計算出3個區(qū)域:西部大小為1.44×2.5=3.6km2,查詢表1中的參數(shù),采用800mm的雨水管道匯入浦南運河;東北部大小為2.06×1.75=3.6km2,查詢表1中的參數(shù),采用800mm的雨水管道匯入浦南運河;東南部大小為2.06×0.75=1.54km2,查詢表1中的參數(shù),采用600mm的雨水管道匯入冷涇。

        實際工程中還可以依照具體情況再予以拆分,但是這還需要充分考慮到各方面的因素。除考慮開挖面的大小,周圍修復(fù)情況,主要還需要考慮建設(shè)資金的追加問題。

        3 存在問題以及解決方法

        雨水管網(wǎng)建設(shè)的參數(shù)依照計算已經(jīng)得出,但管網(wǎng)建設(shè)還有許多的制約因素,以下是兩個急需解決的問題及具體的解決方法。

        (1)奉賢地區(qū)水面率不高。雨水管道收集最終的目的是排放到河道,理論上的設(shè)計匯水面積可以作為參考依據(jù),但是它還受到河網(wǎng)的制約。河道密集,則雨水管徑偏小,有利于排放;河道缺乏,則雨水管道偏大,不利于排放。

        解決方法是加強與河道部門的相互協(xié)調(diào),增加奉賢地區(qū)的水面率,減少填堵河道的情況,并且適當(dāng)開挖部分人工排水渠道。

        (2)奉賢地區(qū)常水位高程較低。該區(qū)平均的高程為4.5m左右,奉賢地區(qū)西部往往只有3.9m左右,但是河道常水位為2.5m~2.8m左右。雨水管道和污水管道都是采取重力流的方式。口徑600mm的雨水管道如果敷設(shè)在奉賢地區(qū)西部,排放斷面往往有一半是在常水位以下。

        解決方法是大管徑雨水管道排水口應(yīng)盡可能的放置在綠化帶內(nèi),并且適當(dāng)加固,盡量不要放置在道路下面,這樣可以減少覆土面積,達到節(jié)約高程的效果。如果依然無法解決以上問題,則只能依靠設(shè)置雨水泵站來進行強排。但是其相對費用就會上升,而且對夏季防汛也會造成一定的隱患。

        4 總結(jié)以及展望

        奉賢區(qū)雨水管網(wǎng)建設(shè)是奉賢區(qū)城市排水系統(tǒng)中的重要一環(huán),雨水管網(wǎng)的各項參數(shù)選取都要滿足當(dāng)?shù)氐膶嶋H需要。參數(shù)的確定有利于奉賢區(qū)雨水管網(wǎng)建設(shè)的前期工作,可為工程的具體實施提供一定的指導(dǎo)意見。

        雨水管網(wǎng)建設(shè)是一項系統(tǒng)工程,工程施工中可能還會出現(xiàn)諸多問題。但是通過相關(guān)職能部門和水務(wù)工程建設(shè)者的努力,該項工程一定可以在滿足工程要求的前提下順利實施。陜西水利

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