摘要(yao):基于水(shui)力學理(li)論以及(ji)對相關(guan)規範的(de)研究,提(ti)出雨水(shui)口流量(liang)計 的計(ji)算方法(fa)。并以計(ji)算示例(li)驗證了(le)《雨水口(kou)》05S518)标準圖(tu)集中規(gui)定的洩(xie)水能力(li)不準确(que),建議實(shi)際工程(cheng)中應以(yi)道路坡(po)度、箅前(qian)設計水(shui)深、雨水(shui)口型式(shi)及尺寸(cun)等爲條(tiao)件進行(hang)具體的(de)設計流(liu)量計算(suan),以确定(ding)雨水口(kou)的設計(ji)與布置(zhi)。
　　雨水口(kou)是城市(shi)雨水排(pai)水系統(tong)中收集(ji)地表水(shui)的構築(zhu)物,是地(di)面徑流(liu)轉變爲(wei)管道排(pai)水的過(guo)渡點。雨(yu)水口的(de)合理設(she)計是改(gai)善地面(mian)暴雨積(ji)水的重(zhong)要保證(zheng)，也，是雨(yu)水排水(shui)系統設(she)計中的(de)一個值(zhi)得重視(shi)的部分(fen)。然而國(guo)内目前(qian)的排水(shui)設計中(zhong)較忽略(lue)對雨水(shui)口的設(she)計計算(suan)，筆者依(yi)據對美(mei)國規範(fan)HEC-22的研究(jiu)和基本(ben)的水力(li)學理論(lun)，提出有(you)關雨水(shui)口設計(ji)流量的(de)計算方(fang)法，以供(gong)業内工(gong)程師及(ji)學者們(men)參考。
1國(guo)内現行(hang)的雨水(shui)口設計(ji)方法
1.1現(xian)行規範(fan)
　　《室外排(pai)水設計(ji)規範》(GB50014-2006,2011.年(nian)版)中規(gui)定:雨水(shui)口的型(xing)式、數量(liang)和布置(zhi),應按彙(hui)水面積(ji)所産生(sheng)的流量(liang)、雨水口(kou)的洩水(shui)能力及(ji)道路型(xing)式确定(ding)"
　　标準圖(tu)集雨水(shui)口》(05S518)中說(shuo)明:雨水(shui)口的洩(xie)水能力(li)與道路(lu)的坡度(du)、雨水口(kou)的型式(shi)、箅前水(shui)深等因(yin)素有關(guan)。根據對(dui)不同型(xing)式的雨(yu)水口、不(bu)同箅數(shu)、不同算(suan)形的室(shi)内1:1的水(shui)工模型(xing)的水力(li)實驗(道(dao)路縱坡(po)爲0.3%~3.5%,橫坡(po)爲1.5%,箅前(qian)水深爲(wei)40mm),各類雨(yu)水口的(de)設計洩(xie)水能力(li)見表1。
 
1.2不(bu)足之處(chu)
　　現行的(de)設計方(fang)法通常(chang)以圖集(ji)中規定(ding)的雨水(shui)口洩水(shui)能力來(lai)校驗彙(hui)水區域(yu)的暴雨(yu)設計流(liu)量,進而(er)确定雨(yu)水口數(shu)量,其中(zhong)有幾處(chu)需要注(zhu)意:
①雨水(shui)口的洩(xie)水能力(li)與雨水(shui)口型式(shi)、尺寸和(he)箅前水(shui)深相關(guan).因此需(xu)要按照(zhao)實際工(gong)程中的(de)恰當參(can)數進行(hang)計算确(que)定,這樣(yang)以統--表(biao)格來規(gui)定洩水(shui)能力并(bing)不合理(li)。
②即便在(zai)圖集中(zhong)描述的(de)箅前水(shui)深爲40mm的(de)條件下(xia),表格中(zhong)規定的(de)值也值(zhi)得推敲(qiao)。一個顯(xian)而易見(jian)的問題(ti)是,相同(tong)算前水(shui)深條件(jian)下,平算(suan)式顯然(ran)比立箅(bi)式水力(li)條件好(hao)(過水面(mian)積大,平(ping)均水頭(tou)大),洩水(shui)能力強(qiang)。而表1中(zhong)對單箅(bi)都統一(yi)規定20L/s的(de)洩水能(neng)力。
③工程(cheng)中實際(ji)的雨水(shui)口尺寸(cun)也并不(bu)都與圖(tu)集中偶(ou)緻,相應(ying)的雨水(shui)口洩水(shui)能力更(geng)不能參(can)照表1.
2雨(yu)水口的(de)流量計(ji)算模型(xing)
　　筆者以(yi)偏溝式(shi)雨水口(kou)爲例，介(jie)紹雨水(shui)口流量(liang)計算的(de)模型。随(sui)着暴雨(yu)流量增(zeng)加，彙流(liu)雨水在(zai)雨水口(kou)前的深(shen)度不斷(duan)增大,雨(yu)水口的(de)流态可(ke)分爲堰(yan)流及孔(kong)口流兩(liang)種。
2.1堰流(liu)狀态
　　在(zai)雨水口(kou)箅前水(shui)深(H)較淺(qian)的情況(kuang)下,雨水(shui)從雨水(shui)口算邊(bian)緣跌落(luo),以堰流(liu)形式流(liu)人雨水(shui)口(見圖(tu)1)。
 
　　此時,雨(yu)水口流(liu)量可按(an)照堰流(liu)流量計(ji)算公式(shi)計算'):
Q=CwPH1.5(1)
式(shi)中Q一設(she)計流量(liang),m³/s
Cw一堰流(liu)綜合流(liu)量系數(shu),爲1.66
P一濕(shi)周(即堰(yan)寬),P=L+2B(偏溝(gou)式雨水(shui)口),m
H一雨(yu)水口箅(bi)前水深(shen),m
　　此處對(dui)于堰流(liu)綜合流(liu)量系數(shu)Cw,若按照(zhao)寬頂堰(yan)流的水(shui)力計算(suan)公式4,則(ze):
Cw=σƐm√2g(2)
式中σ一(yi)堰流淹(yan)沒系數(shu)
Ɛ一堰流(liu)側收縮(suo)系數
m一(yi)堰流流(liu)量系數(shu),爲0.385(按寬(kuan)頂堰流(liu)量系數(shu)計算公(gong)式可算(suan)出).
g一重(zhong)力加速(su)度
　　雨水(shui)口的堰(yan)流爲自(zi)由出流(liu)(σ=1)且近似(si)無側.收(shou)縮(ε=1),則可(ke)得出Cw=1.71,與(yu)美國規(gui)範HEC-22中Cw=1.66較(jiao)相近。由(you)于σ=1、ε=1、m=0.385均爲(wei)相應系(xi)數最大(da)取值,Cw=1.71也(ye)可理解(jie)爲堰流(liu)綜合流(liu)量系數(shu)的最大(da)值，考慮(lü)到雨水(shui)口(尤其(qi)是立箅(bi)式)進水(shui)的堰流(liu)側收縮(suo)系數應(ying)小于I,因(yin)此雨水(shui)口計算(suan)以HEC-22中Cw值(zhi)爲準(偏(pian)溝式Cw=1.66,立(li)算式Cw=1.25,平(ping)箅式Cw=1.4)。
2.2孔(kong)口流狀(zhuang)态
　　當雨(yu)水流量(liang)增加、雨(yu)水口算(suan)前水深(shen)(H)較深時(shi)，雨水逐(zhu)漸淹沒(mei)整個雨(yu)水口算(suan),轉變成(cheng)以孔口(kou)流形式(shi)流人雨(yu)水口，如(ru)圖2所示(shi)。
 
　　此時,雨(yu)水口流(liu)量按照(zhao)孔口流(liu)流量計(ji)算公式(shi)計算:
Q=CoA(2gH)0.5(3)
式(shi)中Co一孔(kong)口流綜(zong)合流量(liang)系數，爲(wei)0.67
A一過水(shui)面積,m2
2.3堰(yan)流與孔(kong)口流的(de)轉變
　　雨(yu)水口流(liu)量曲線(xian)見圖3。如(ru)圖3所示(shi),綠色爲(wei)堰流狀(zhuang)态的流(liu)量曲線(xian),藍色爲(wei)孔口流(liu)狀态的(de)流量曲(qu)線。而圖(tu)中紅色(se)虛線所(suo)示，即爲(wei)雨水口(kou)的實際(ji)流量特(te)性。在箅(bi)前水深(shen)較小時(shi),表現爲(wei)堰流狀(zhuang)态;在算(suan)前水深(shen)較大時(shi),表現爲(wei)孔口流(liu)狀态。而(er)當箅前(qian)水深爲(wei)臨界深(shen)度He時，堰(yan)流狀态(tai)與孔口(kou)流狀态(tai)的計算(suan)流量相(xiang)同,均爲(wei)Qc.
 
　　從圖3可(ke)知,在實(shi)際雨水(shui)口流量(liang)計算中(zhong),可以對(dui)設計算(suan)前水深(shen)分别計(ji)算出堰(yan)流态流(liu)量和孔(kong)口流态(tai)流量,而(er)設計流(liu)量取兩(liang)者之中(zhong)較小值(zhi)。
3雨水口(kou)流量計(ji)算示例(li)
　　下面以(yi)圖集中(zhong)規定的(de)雨水口(kou)的型式(shi)及水力(li)條件.(算(suan)前水深(shen)爲40mm)爲例(li),計算雨(yu)水口的(de)流量,也(ye).即是雨(yu)水口的(de)洩水能(neng)力。
3.1平箅(bi)式雨水(shui)口
　　對于(yu)平算式(shi)單箅雨(yu)水口,長(zhang)度L=0.68m,寬度(du)B=0.38m。
　　堰流狀(zhuang)态下,濕(shi)周P=2(L+B)=2.12m,則堰(yan)流态設(she)計流量(liang)Qw=CwPH1.5=0.024m³/s.
　　孔口流(liu)狀态下(xia),過水面(mian)積A=LxB=0.2584m2,則孔(kong)口流态(tai)設計流(liu)量Qo=CoA(2gH)0.5=0.153m³/s.
　　因Qw<Qo故(gu)實際設(she)計流量(liang)Q=Qw=0.024m³/s.
3.2偏溝式(shi)雨水口(kou)
　　對于偏(pian)溝式單(dan)箅雨水(shui)口,長度(du)L=0.68m,寬度B=0.38m。.
　　堰(yan)流狀态(tai)下,濕周(zhou)P=L+2B=1.44m,則堰流(liu)态設計(ji)流量Qw=CwPH1.5=0.019m³/s。
　　孔(kong)口流狀(zhuang)态下,過(guo)水面積(ji)A=LxB=0.2584m2,則孔口(kou)流态設(she)計流量(liang)Qo=CoA(2gH)0.5=0.153m³/s.
　　因Qw<Qo故實(shi)際設計(ji)流量Q=Qw=0.019m³/s。
3.3立(li)算式雨(yu)水口
　　對(dui)于立算(suan)式單算(suan)雨水口(kou),長度L=0.68m,立(li)算高度(du)h=0.20m(>算前水(shui)深H=0.04m)。
　　堰流(liu)狀态下(xia),濕周P=L+2H=0.76m,則(ze)堰流态(tai)設計流(liu)量Qw=CwPH1.5=0.008m³/s.
　　孔口(kou)流狀态(tai)下,過水(shui)面積A=LxH=0.0272m2,則(ze)孔口流(liu)态設計(ji)流量Qo=CoA(2gH)0.5=0.016m³/s。因(yin)Qw<Qo,故實際(ji)設計流(liu)量Q=Qw=0.008m³/s。
4流量(liang)計算結(jie)果分析(xi)
4.1計算流(liu)量與圖(tu)集中規(gui)定值比(bi)較
　　将計(ji)算設計(ji)流量與(yu)圖集中(zhong)的數據(ju)進行比(bi)較,結果(guo)如表2所(suo)示。
 
4.2适用(yong)性
　　該雨(yu)水口流(liu)量計算(suan)模型僅(jin)适用于(yu)在道路(lu)(或場地(di))縱坡底(di)部的雨(yu)水口，而(er)對于在(zai)道路縱(zong)坡中間(jian)的雨水(shui)口,由于(yu)是單側(ce)進水，且(qie)超出雨(yu)水口洩(xie)水能力(li)的雨水(shui),會漫過(guo)該雨水(shui)口流往(wang)下一一(yi)個雨水(shui)口,并非(fei)理想的(de)堰流或(huo)孔口流(liu)狀态，因(yin)此計算(suan)方法會(hui)有不同(tong),不能簡(jian)單按算(suan)前水深(shen)進行計(ji)算。
4.3過水(shui)斷面有(you)效系數(shu)
　　考慮到(dao)雨水口(kou)過水斷(duan)面受到(dao)算子阻(zu)礙(以及(ji)可能受(shou)樹葉或(huo)垃圾阻(zu)塞),其過(guo)水面積(ji)還應乘(cheng)以-一個(ge)有效系(xi)數,這樣(yang)得出的(de)相應洩(xie)水能力(li)會變小(xiao),也更接(jie)近真實(shi)。
　　過水斷(duan)面有效(xiao)系數的(de)基本計(ji)算原則(ze)如下式(shi),但另外(wai)還會略(lue)受箅子(zi)格栅型(xing)式的影(ying)響。
 
4.4多箅(bi)式及聯(lian)合式雨(yu)水口的(de)計算
　　計(ji)算未涉(she)及多箅(bi)式及聯(lian)合式雨(yu)水口,其(qi)計算可(ke)依照類(lei)似方法(fa)，但需要(yao)特别注(zhu)意濕周(zhou)和過水(shui)面積的(de)合理取(qu)值。
5結語(yu)
　　雨水口(kou)的設計(ji)流量,應(ying)按照設(she)計中合(he)理的設(she)計條件(jian)進行具(ju)體計算(suan)，不适宜(yi)采用統(tong)--的規定(ding)值作爲(wei)設計洩(xie)水能力(li)。
　　對于特(te)定的算(suan)前水深(shen),不同的(de)雨水口(kou)型式及(ji)尺寸,會(hui)有不同(tong)的洩水(shui)能力。在(zai)工程項(xiang)目中,不(bu)同的雨(yu)水口設(she)計場所(suo)可能有(you)不同的(de)安全水(shui)深的要(yao)求(需考(kao)慮淹沒(mei)深度對(dui)車道的(de)影響),而(er)且實際(ji)雨水口(kou)尺寸很(hen)可能與(yu)圖集中(zhong)的不同(tong),設計中(zhong)應按照(zhao)實際的(de)水力模(mo)型進行(hang)計算。
　　即(ji)便設計(ji)中的雨(yu)水口尺(chi)寸和水(shui)力模型(xing)與圖集(ji)中的一(yi)緻,采用(yong)圖集規(gui)定的洩(xie)水能力(li)值也不(bu)可靠。圖(tu)集中對(dui)平算式(shi)、偏溝式(shi)、立算式(shi)三種雨(yu)水口規(gui)定了統(tong)一的洩(xie)水能力(li),這種做(zuo)法不夠(gou)科學。由(you)于三種(zhong)型式的(de)水力特(te)性不同(tong)，在較小(xiao)水深時(shi),洩水能(neng)力應該(gai)爲:平箅(bi)式>偏溝(gou)式>立算(suan)式。

本文(wen)來源于(yu)網絡,如(ru)有侵權(quan)聯系即(ji)删除！