張俊鋒 ，張守華 （中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

雨水排水系統(tǒng)是港口工程的重要組成部分，一方面港區(qū)積水造成正常生產(chǎn)中斷，影響整個(gè)港區(qū)運(yùn)行；另一方面，港區(qū)長(zhǎng)期積水會(huì)降低港區(qū)道路、堆場(chǎng)及一些大型生產(chǎn)場(chǎng)地的基土的強(qiáng)度，造成上層結(jié)構(gòu)的整體破壞，影響整個(gè)港區(qū)生產(chǎn)安全。根據(jù)碼頭的使用功能，可以將港區(qū)分為散貨（主要指煤及礦石類）、集裝箱、件雜及旅游等類別。針對(duì)不同港區(qū)，科學(xué)合理的進(jìn)行雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是整個(gè)港口工程建設(shè)的重要組成部分。

1 港區(qū)徑流雨水量計(jì)算

散貨碼頭后方陸域因?yàn)楣に嚨奶厥庑?，其徑流雨水量?jì)算與其它形式港區(qū)的計(jì)算存在一定的差異。其場(chǎng)徑流雨水量計(jì)算公式：

式中：Q—徑流雨水量，m3；φ—徑流系數(shù)，取0.1～0.2；H—多年最大日降雨的最小值，m；F—匯水面積，m2。

其余港區(qū)的雨水設(shè)計(jì)流量，普遍采用的是推理公式：

式中：Q—雨水設(shè)計(jì)流量,L/s；q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度,L/（s·hm2）；φ—徑流系數(shù)；F—匯水面積，hm2。

在進(jìn)行散貨碼頭堆場(chǎng)徑流雨水量的計(jì)算時(shí)，徑流系數(shù)的選取人為因素影響較大。依據(jù)《港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 149-1-2007）4.3.2規(guī)定，散貨堆場(chǎng)徑流系數(shù)取0.1～0.2。該徑流系數(shù)為堆場(chǎng)滿載工況下的數(shù)據(jù)，而實(shí)際中散貨堆場(chǎng)往往貨物不能滿載，甚至是空貨的狀態(tài)。目前，國(guó)內(nèi)散貨堆場(chǎng)鋪面形式一般采用聯(lián)鎖塊或六面塊進(jìn)行鋪面，在空貨狀態(tài)下，聯(lián)鎖塊或六面塊徑流系數(shù)可參照大塊石鋪砌路面取0.65?？肇浥c滿貨狀態(tài)的徑流系數(shù)差別較大，如果設(shè)計(jì)過(guò)程中，堆場(chǎng)徑流系數(shù)取滿貨狀態(tài)0.1～0.2，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算雨水量較實(shí)際雨水量小，造成散貨堆場(chǎng)經(jīng)常性積水。因此，散貨堆場(chǎng)雨水設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量了解后期堆場(chǎng)運(yùn)行情況，采用較為合理綜合徑流系數(shù)進(jìn)行余量計(jì)算。

常用的管材對(duì)照表 表1

2 排水管渠系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 管渠系統(tǒng)選擇

目前，港區(qū)雨水排水設(shè)計(jì)普遍采用兩種形式,即采用雨水口收集，通過(guò)重力流埋地敷設(shè)排水管集中排放和采用排水溝收集排水的形式。前者適用范圍較廣泛，且由于排水管暗敷，占用地面空間較小，但該系統(tǒng)存在施工相對(duì)較復(fù)雜，后期維護(hù)管理較難，工程造價(jià)較高等缺點(diǎn)；在港口工程中，排水溝排水形式主要應(yīng)用于散貨堆場(chǎng)雨水收集，排水明溝不但對(duì)散貨堆場(chǎng)的雨水收集效率較高，而且降低了運(yùn)行期因物料堵塞雨水排水系統(tǒng)的工程量。

2.2 管材的選擇確定

對(duì)于港口工程中，排水管材的選用，應(yīng)從管道綜合造價(jià)、地質(zhì)條件、安全性能等方面考慮。目前，市場(chǎng)中管材種類較多，既有傳統(tǒng)鋼筋混凝土管材，又有新型塑料管及鋼塑復(fù)合管，因此，管材的選用應(yīng)考慮各種管材優(yōu)、缺點(diǎn)及項(xiàng)目情況而定。將港區(qū)排水工程中較為常用的管材種類的技術(shù)性能情況列表比較，見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，傳統(tǒng)鋼筋混凝土類的管材綜合造價(jià)最低，而塑料排水管雖然造價(jià)較高，但塑料管施工及維護(hù)較方便、簡(jiǎn)單。在要求嚴(yán)格控制投資的工程項(xiàng)目中，排水管道仍然優(yōu)先考慮鋼筋混凝土管道。但新型管材有抗沉降性能、管材輕便以及施工快速等優(yōu)點(diǎn)，在地質(zhì)條件差的地方有自身的優(yōu)越性。

3 雨水口的設(shè)計(jì)

3.1 雨水口的選型

常見(jiàn)雨水口類型主要有平箅式雨水口、立式雨水口及聯(lián)合式雨水口3種。平箅式雨水口又可以分為地面平箅式和有緣平箅式雨水口，其中地面式雨水口主要用于較為平坦的海工基地的總裝場(chǎng)地、港區(qū)生活區(qū)的廣場(chǎng)、無(wú)路緣石的道路及易積水的地勢(shì)低洼處，但平箅式雨水口設(shè)置于離車道邊緣，長(zhǎng)期被港區(qū)流動(dòng)機(jī)械碾壓而損壞，并且容易被散貨物料堵塞，影響港區(qū)道路使用；有緣平箅式雨水口主要應(yīng)用于港內(nèi)有路緣石的道路。立式雨水口亦適用于有路緣石且有較多雜物的路段或場(chǎng)地，該種雨水口的進(jìn)水面一般低于道路路面，可以有效預(yù)防港區(qū)垃圾及散貨物料堵塞箅隙。聯(lián)合式雨水口適用于徑流量集中且雜物較多的帶路緣石的道路。

港口常見(jiàn)類型雨水口的應(yīng)用情況 表2

3.2 雨水口的設(shè)置位置

雨水口的主要功能收集地面雨水，設(shè)置位置對(duì)雨水口的收集效率有較大影響，為保證雨水口迅速有效的收集地面雨水，其設(shè)置位置一般遵循以下原則：

①道路低洼處和匯水點(diǎn)。雙向坡路面應(yīng)在路的兩邊設(shè)置，單向坡路面應(yīng)在道路低的一面設(shè)置。

②道路的交匯處和側(cè)向支路上、能截留雨水徑流的位置。

③不宜設(shè)置在建筑物的入口、建筑物雨水落管地面排水點(diǎn)附近以及建筑物前后空地和綠地的低洼點(diǎn)等處。

④大板、總裝場(chǎng)地及停車場(chǎng)的適當(dāng)位置及低洼處，地下車道的入口處。

⑤引橋的起點(diǎn)處。

3.3 雨水口泄水能力確定

3.3.1 平箅式雨水口

平箅式雨水口為頂部進(jìn)水，雨水常常漫過(guò)雨水口箅隙，此種雨水口的泄水能力可以采用孔口出流公式計(jì)算：

其中：Q2為單個(gè)雨水口泄水能力，(m3/s)；μ為孔口流量系數(shù)，此處可取0.60；ω為雨水口箅隙有效面積，(m2)；h為允許雨水口箅前水深，一般為 0.02～0.06m；g為重力加速度，(m/s2)，c雨水口堵塞系數(shù)。

3.3.2 立式雨水口

立式雨水口為側(cè)向進(jìn)水，因此計(jì)算其泄水能力時(shí)可以采用堰流公式：

其中：Q2為單個(gè)雨水口泄水能力，(m3/s)；σ為流量系數(shù)，此處可取0.40；L1為雨水口箅隙長(zhǎng)度，m；H0為雨水口側(cè)箅水深，m；g為重力加速度，(m/s2)；c雨水口堵塞系數(shù)。

常見(jiàn)雨水口設(shè)計(jì)泄水能力 表3

3.4 雨水口截流效率確定

雨水口的截流效率與道路的縱坡有密切的聯(lián)系，當(dāng)?shù)缆返目v坡小于0.3%時(shí)，路面雨水的縱向流動(dòng)流速較小，路面雨水主要依靠路面雨水口排放，形成超越流量較難，此時(shí)可視雨水口的截流效率ξ可取值為100%。

當(dāng)?shù)缆返目v坡0.3%與2%之間0.3%與2%之間時(shí)，路面雨水的縱向流動(dòng)較大，一部分的雨水被雨水口截流，另一部分雨水越過(guò)雨水口順流向下，匯集至低洼處。此時(shí)雨水口的截流效率ξ可取值為75%～90%。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，在此種情況下，需要對(duì)雨水口進(jìn)行改造，采取必要措施，增加其截流效率，并在雨水匯集處增加雨水口的尺寸和數(shù)量。

當(dāng)路面縱坡大于2%時(shí)，雨水沿道路縱向形成急流狀態(tài)，并在雨水口處部分雨水形成跳躍，該種狀態(tài)造成雨水口泄水能力大大降低，此種情況下雨水口的截流效率ξ一般低于75%，容易在港區(qū)低洼處形成較大面積的積水，若低洼處無(wú)有效的排水措施，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重積水現(xiàn)象。

3.5 雨水口間距的確定

雨水口設(shè)置間距的確定主要與單位面積雨水匯流流量Q1和雨水口的截流能力Q2有關(guān)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，視單個(gè)雨水口的排水面積形狀為矩形。假設(shè)雨水口服務(wù)區(qū)域垂直與道路縱坡方向的寬度為B；另根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》2016版規(guī)定，雨水口設(shè)計(jì)泄流量應(yīng)為雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期計(jì)算流量的1.5～3倍，則雨水口設(shè)置間距可表示為：

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在進(jìn)行港區(qū)雨水排水設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足現(xiàn)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，又要考慮工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，這樣才能設(shè)計(jì)出服務(wù)于港區(qū)、安全可靠的排水系統(tǒng)。

[1]嚴(yán)煦世，劉遂慶.給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)[M].2008.

[2]JTS149-1-2007，港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2012.

[3]李志勇.道路雨水口排水能力分析[J].西部探礦工程，2006.10.

[4]胡維芬.城市道路排水設(shè)施水力特性研究[D].天津大學(xué)，2009.

[5]GB 50014-2006，（2016 年版）室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2016.