分析雨水管网中局部水头损失对设计排水能力的影响

分析雨水管网中局部水头损失对设计排水能力的影响

梁彪

中煤科工集团重庆设计研究院有限公司400042

摘要：在进行管网排水设计时，需要考虑到雨水管网中局部水头损失，给排水能力造成的影响。合理的评估雨水管网排水能力，对确保管网规划改造有着积极的作用。在设计排水能力时，需要考虑到影响雨水口排水能力的因素，提高设计排水能力，以减少城市内涝问题。

关键词：雨水管网；局部水头损失；设计排水能力；内涝问题

雨水口是市政排水系统的主要构成部分，起到汇集地表水的作用。雨水口排水能力是否可以满足服务范围的径流量需求，直接决定着城市道路积水问题，对此需要加强此课题的研究，为雨水管网排水口设计，提供基础数据支持。

1雨水口设计标准

基于雨水口设置相关规范，比如GB50014-2006（2011版），在设计排水能力时，需要考虑到雨水口设置所存在的问题。城市内涝主要发生在短时强降雨天气下，即使是在设计标准内，也有可能发生内涝事件，多是因为雨水口排水不当导致。雨水口排水不利与雨水口设置不合理有关，具体原因如下：1）雨水口数量布设不合理。表现为数量不足；雨水口间距大等。2）雨水口泄水能力相对较低，未能达到设计泄水能力，例如道路边沟过浅。3）雨水口收水能力差。因为雨水口位置布设不合理，比如在道路最低点未设置雨水口，使得雨水难以快速汇集到雨水口。

2雨水管道的水力计算方法

2.1国内设计计算方法

现阶段，国内雨水管道水利计算，主要是利用谢齐公式，即v=R2/3I1/2/n，v指的是流速，单位为m/s，R指的是水力半径，单位为m，I指的是水力坡降，n指的是粗糙系数。在计算管道阻力时，没有考虑到排水管道连接位置处的局部阻力影响[1]。

2.2算例分析

某市排水管网设计，主干雨水管道总长度为2200m，按照《室外排水设计规范》，来设计管道管径，对比分析局部水头损失下的管道测压管水头线以及总水头线。以三年一遇暴雨为准，利用暴雨强度公式来设计雨量，即q=2806（1+0.803lgP）/（t+12.8P0.231）0.768，其中q指的是设计暴雨强度，单位为L/（s•ha），P指的是设计重现期，单位为a，t指的是地面集水时间，单位为min。按照设计雨水量小于管道重力流满流状态时的网管排水能力，来设计管径，部分管道参数如下：Y1-Y2设计流量为0.79Q/（m3•s-1）；设计管径为900D/mm；管段坡比为2.6i/‰；管内流速为1.51v/（m•s-1）。

利用谢齐公式，计算管段水深与管内底标高相加，可以获得管道测压管水头线标高，再与速度水头相加，则可以获得不计入局部水头损失的总水头线。基于管内流速，利用国外设计计算公式，即hm=v22/（2g）-0.25v12/（2g）与hm=0.5v22/（2g），来计算节点位置处的局部水头损失，获得考虑局部水头损失的测压管水头线与总水头线，如图1所示。

2.3计算结果分析

考虑局部水头损失对排水性能的影响，计算得出的水头线高于未考虑局部水头损失的水头线，此排水主管线长度为2200m，沿程水头损失共计4.4m，而线路局部水头损失为1.38m，总水头损失为23.88%。在三年一遇的标准下，未考虑局部损失的管道充满度在0.8-1.0内，而考虑到局部损失的管线呈现超载状态，检查井内总水头最高值大于管顶1.38m。由此可见，未考虑局部水头损失，进行雨水口排水设计，极易高估雨水口的排水能力，在设计的过程中，要考虑到局部水头损失[2]。

3影响雨水口泄水量的因素分析

3.1道牙处水深对雨水口排水量的影响

平箅式雨水口因为由前缘与侧向部分进水，泄水量计算公式为Q0=0.9BC（h0-△h/2）1.5+0.887（h0-△h）1.5，其中Q0指的是雨水口泄水流量，单位为m3/s；B指的是雨水口密度，单位为m；C为谢才系数，利用曼宁公式来计算；S指的是边沟纵坡，取0.3%；h0指的是道牙处水深，△h指的是雨水口内外侧高差，单位为m；L指的是雨水口长度，单位为m。基于雨水篦子形式与规格明确的条件下，雨水口排水能力，取决于道牙处水深，即h0。利用上述公式，计算淹没深度，以450mm×750mm规格为例，当淹没深度为0.02m时，雨水口泄水能力为2.2L/s，当淹没深度为0.06m时，雨水口泄水能力为19.1L/s，由此可见道牙处水深，直接影响着雨水口泄水能力。在设计雨水口时，需要做好汇水面积内的雨水口性能校核，合理的设置雨水口数量，以满足道路给水排放要求，采取设置复合横坡的方式，来提高雨水口泄水量，降低道路横向淹水深度，以确保车辆行驶安全。除此之外，还需要针对排水能力较低的雨水口，进行改造，以改善排水状况，减少道路积水。

3.2绿化带对雨水口排水性能的影响

基于《室外排水设计规范》（GB5014-2006，2011年版），提出要运用LID理念，通过源头消减、过程控制等方法，加强对面源污染与内涝灾害等的控制。现阶段，城市道路雨水管理，多通过设置绿化带为主，设计生物滞留设置与下凹绿地等，要延缓峰值时间，起到消减峰流量的作用，控制径流污染。譬如：机动车道中线，自行车道与机动车道之间的绿化带，溢出部分主要是利用绿化带中的雨水口进行排放。通过设置道路下凹绿化带与雨水口高程，不仅能够确保道路安全排水，还能够起到延缓峰值时间的作用，对减小径流体积，提高排水管道的泄水能力，有着极大的帮助[3]。

4结束语：

在设计排水管道时，需要充分的考虑到排水管道局部水头损失对泄水能力的影响，同时还需要考虑到雨水口泄水量的影响因素，通过合理设置雨水口高程与复合横坡等方式，来提升雨水口排水能力。

参考文献：

[1]何帅，周兵，张静，龙程理，周子筠，杨开.基于SWMM研究不同断面形式对雨水管网排水能力的影响[J].中国农村水利水电，2015（04）：60-64.

[2]鲜志斌，王庆国，王兆斌，王彬.雨水管网中局部水头损失对设计排水能力的影响[J].水电能源科学，2015（10）：97-99.

[3]王淇，边静，李俊奇.雨水口设计中的几个重要问题及改进建议[J].中国给水排水，2014（02）：27-30.