張鵬飛

(廊坊臨空商業(yè)運(yùn)營(yíng)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構(gòu)筑物，一般布置于道路的車(chē)行道上，降水時(shí)路面上的雨水必須首先經(jīng)過(guò)雨水口進(jìn)行匯集，通過(guò)雨水口連接管流入排水管渠系統(tǒng)。科學(xué)合理地設(shè)計(jì)雨水口的數(shù)量和間距布置是城市道路排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一，在《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中雨水口設(shè)置有相應(yīng)的規(guī)定，即雨水口間距宜為25m～50m，但是不同地區(qū)降雨強(qiáng)度不同，產(chǎn)生的降雨量會(huì)不同，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)地區(qū)匯水面積上所產(chǎn)生的雨水量對(duì)雨水口布置進(jìn)行計(jì)算。本文主要對(duì)降水形成地面徑流至雨水口收集段進(jìn)行理論計(jì)算，對(duì)雨水口的流量、布置間距等進(jìn)行分析。

1 雨水口流量設(shè)計(jì)理論計(jì)算

1.1 道路雨水匯水流量計(jì)算

在降水時(shí)可以看作是道路路面上的雨水形成地表徑流，匯流入道路雨水口內(nèi)，假定在道路的匯水面積上降雨在時(shí)空上是均勻分布的，則可采用推理公式法計(jì)算雨水設(shè)計(jì)流量［1］，雨水設(shè)計(jì)流量公式如下：

式中:Qs—雨水設(shè)計(jì)流量（L/s）；

q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/（s·ha））；

ψ—徑流系數(shù)；

F—匯水面積（ha）。

廊坊市暴雨強(qiáng)度公式為：

式中：q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/（s·ha））；

P—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（a）；

t—降雨歷時(shí)，t=t1+t2（min）；

t1—地面集水時(shí)間（min），應(yīng)根據(jù)匯水距離、地形坡度和地面種類(lèi)計(jì)算確定，一般采用5min～15min；

t2—管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）。

1.2 道路雨水口明渠流計(jì)算

邊界部分為固體、部分為大氣，具有自由表面的液體運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為無(wú)壓流或明渠流，道路上的水體流動(dòng)為無(wú)壓流，可簡(jiǎn)單將道路水體流量看成為明渠均勻流［2］，如圖1所示。

圖1 假定明渠均勻流

在明渠均勻流狀態(tài)下，流量計(jì)算公式為：

x=b+l+h

A—過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（㎡）；

C—謝齊系數(shù)；

J—水力坡度；

R—水力半徑（m）；

h—雨水篦子上水深（m）；

n—粗糙系數(shù)；

x—濕周（m）。

1.3 雨水口流量計(jì)算

降水時(shí)雨水口收水是一個(gè)水量逐步增大的過(guò)程，雨水首先由雨水箅子邊緣流入到雨水口內(nèi)，隨著雨量增大箅子逐漸被雨水淹沒(méi)，水流直接從箅子孔隙進(jìn)水，此時(shí)雨水箅子是最大流量狀態(tài)，根據(jù)雨水箅子孔隙厚度與箅子上水深的比值關(guān)系，可知雨水箅子被雨水完全淹沒(méi)時(shí)為薄壁大孔口自由出流［3］，流量公式為：

式中：μ—孔口的流量系數(shù)，約為0.7～0.85；

As—雨水口過(guò)水箅子面積（㎡）。

2 雨水口布置間距計(jì)算

2.1 雨水口規(guī)范間距要求

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016 年版）規(guī)定雨水口間距宜為25m～50m，規(guī)范中只給出參考范圍值，若雨水口間距取規(guī)范較小值時(shí)，雖能保障收水效果，但雨水口數(shù)量過(guò)多會(huì)增加投資，若雨水口間距取較大值時(shí)，可能會(huì)造成間距過(guò)大不能滿(mǎn)足路面收水需求，下面結(jié)合廊坊市暴雨強(qiáng)度公式，合理確定雨水口的間距。

2.2 雨水口布置間距計(jì)算

當(dāng)雨水口流量Q1經(jīng)過(guò)折減計(jì)算數(shù)值與道路匯水流量Qs數(shù)值相等時(shí)［4］，可由此情況推算雨水口布置間距L：

式中：L—雨水口布置間距（m）；

k—折減系數(shù)，0.7；

B—道路車(chē)行道寬度（m）。

2.3 實(shí)例分析

以廊坊市常見(jiàn)40m 紅線(xiàn)道路斷面形式為例，道路機(jī)動(dòng)車(chē)道寬11.5m，機(jī)非分隔帶寬2.0m，非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬3.0m，道路兩側(cè)人行便道寬3.0m，道路橫坡1.5%，道路縱坡1‰，道路橫斷面見(jiàn)圖2。

圖2 道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

道路機(jī)動(dòng)車(chē)道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道徑流系數(shù)取0.9，分隔帶取0.2，人行便道取0.65，加權(quán)平均計(jì)算得ψ=0.79。

在雨水口間距布置時(shí)，首選需假定雨水口間距，根據(jù)路面的匯水流量與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 可驗(yàn)算雨水口的實(shí)際泄水流量，從而得出雨水口泄水流量與雨水匯水流量關(guān)系，驗(yàn)證假定雨水口間距是否合理，具體計(jì)算步驟如下。

①假設(shè)雨水口間距為31m，計(jì)算道路雨水匯水流量得Qs。

根據(jù)廊坊市暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算得到q=429（L/s·ha），將以上數(shù)據(jù)帶入道路雨水匯水流量公式（1），道路雨水匯水流量Qs為31.1L/s，半幅路匯水流量為15.55L/s。

②假設(shè)道路匯水面積上的雨水流量全部流入雨水口內(nèi)，則道路雨水匯水流量Qs數(shù)值與道路雨水明渠流量Q數(shù)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滿(mǎn)足道路匯水面積上的雨水流量需求。將道路雨水匯水流量15.55 L/s代入公式（2），計(jì)算得雨水箅子上水深h為0.11m。

③將雨水箅子上水深h為0.11m代入公式（3），計(jì)算得雨水口的泄水量為23.77L/s，考慮降雨時(shí)一般雨水口會(huì)有樹(shù)葉等雜物遮擋，雨水口收水能力有一定的折減，折減系數(shù)取0.7，則雨水口實(shí)際泄水量為16.59 L/s。與道路匯水流量15.55L/s 比較，雨水口泄水量可滿(mǎn)足收水需求。

④根據(jù)雨水箅子泄水流量計(jì)算雨水口的布置間距，進(jìn)而驗(yàn)證假定的雨水口間距是否合理，由公式（4）驗(yàn)證得不同車(chē)行道寬度條件下，雨水口的間距布置，如表1所示。

表1

由表1可以看出，在正常設(shè)計(jì)參數(shù)情況下，橫斷面40m 的道路單箅雨水口合理距離在33m 左右，若雨水箅子采用雙箅形式，則雨水口設(shè)置間距還可適當(dāng)增大。

3 小結(jié)

雨水口是城市道路路面排水系統(tǒng)中常用的構(gòu)筑物，一般分布在道路車(chē)行道上，路面雨水首先經(jīng)過(guò)雨水口收集后進(jìn)入雨水管道系統(tǒng)，排放至河渠內(nèi)，形成一個(gè)完整的收水排放過(guò)程。科學(xué)合理地布置雨水口間距是城市道路排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

（1）雨水口的布置距離計(jì)算要結(jié)合道路橫斷面的具體形式，一塊板或三塊板道路橫斷面形式下雨水口的數(shù)量會(huì)有差別，一般一塊板斷面單位斷面條件下為2個(gè)雨水口，三塊板斷面單位斷面條件下為4個(gè)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，計(jì)算出的雨水口最大過(guò)流量會(huì)有所不同。

（3）將雨水口收水流態(tài)看作明渠均勻流為基礎(chǔ)進(jìn)行理論計(jì)算，從而提出道路雨水匯水流量、雨水口明渠流及雨水口最大過(guò)流量三者之間的數(shù)值關(guān)系。

雨水口收集雨水超過(guò)自身收水能力時(shí)存在超流雨水流量及在雨水口邊緣側(cè)向通過(guò)的流量計(jì)算等情況，這兩種情況是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，需通過(guò)一些模型等模擬流態(tài)進(jìn)行分析方能做出有效的判斷，本文僅對(duì)雨水簡(jiǎn)單流態(tài)下做了一些理論分析，希望對(duì)其他項(xiàng)目研究有一定參考作用。