摘(zhāi)要:基于(yu)水力學(xue)理論以(yǐ)及對相(xiàng)關規範(fàn)的研究(jiu),提出雨(yu)水口流(liú)量計 的(de)計算方(fāng)法。并以(yǐ)計算示(shì)例驗證(zheng)了《雨水(shui)口》05S518)标準(zhǔn)圖集中(zhōng)規定的(de)洩水能(neng)力不準(zhǔn)确,建議(yì)實際工(gōng)程中應(ying)以道路(lù)坡度、箅(bì)前設計(ji)水深、雨(yu)水口型(xíng)式及尺(chǐ)寸等爲(wei)條件進(jin)行具體(ti)的設計(ji)流量計(jì)算,以确(que)定雨水(shui)口的設(shè)計與布(bu)置。
　　雨水(shui)口是城(cheng)市雨水(shuǐ)排水系(xì)統中收(shou)集地表(biǎo)水的構(gou)築物,是(shì)地面徑(jìng)流轉變(bian)爲管道(dao)排水的(de)過渡點(diǎn)。雨水口(kǒu)的合理(li)設計是(shì)改善地(di)面暴雨(yǔ)積水的(de)重要保(bao)證，也，是(shì)雨水排(pái)水系統(tong)設計中(zhōng)的一個(gè)值得重(zhòng)視的部(bu)分。然而(ér)國内目(mù)前的排(pai)水設計(ji)中較忽(hū)略對雨(yǔ)水口的(de)設計計(ji)算，筆者(zhě)依據對(duì)美國規(guī)範HEC-22的研(yan)究和基(ji)本的水(shui)力學理(li)論，提出(chu)有關雨(yu)水口設(she)計流量(liang)的計算(suan)方法，以(yǐ)供業内(nèi)工程師(shi)及學者(zhe)們參考(kao)。
1國内現(xian)行的雨(yu)水口設(she)計方法(fǎ)
1.1現行規(guī)範
　　《室外(wài)排水設(shè)計規範(fan)》(GB50014-2006,2011.年版)中(zhōng)規定:雨(yǔ)水口的(de)型式、數(shu)量和布(bu)置,應按(an)彙水面(miàn)積所産(chan)生的流(liú)量、雨水(shuǐ)口的洩(xiè)水能力(li)及道路(lù)型式确(que)定"
　　标準(zhǔn)圖集雨(yǔ)水口》(05S518)中(zhōng)說明:雨(yǔ)水口的(de)洩水能(neng)力與道(dao)路的坡(po)度、雨水(shuǐ)口的型(xíng)式、箅前(qián)水深等(děng)因素有(yǒu)關。根據(ju)對不同(tóng)型式的(de)雨水口(kǒu)、不同箅(bi)數、不同(tong)算形的(de)室内1:1的(de)水工模(mó)型的水(shui)力實驗(yàn)(道路縱(zong)坡爲0.3%~3.5%,橫(héng)坡爲1.5%,箅(bi)前水深(shen)爲40mm),各類(lei)雨水口(kǒu)的設計(jì)洩水能(néng)力見表(biǎo)1。
 
1.2不足之(zhi)處
　　現行(hang)的設計(jì)方法通(tong)常以圖(tú)集中規(gui)定的雨(yǔ)水口洩(xie)水能力(lì)來校驗(yàn)彙水區(qu)域的暴(bao)雨設計(jì)流量,進(jìn)而确定(dìng)雨水口(kǒu)數量,其(qi)中有幾(jǐ)處需要(yào)注意:
①雨(yu)水口的(de)洩水能(néng)力與雨(yu)水口型(xing)式、尺寸(cùn)和箅前(qián)水深相(xiang)關.因此(ci)需要按(àn)照實際(ji)工程中(zhong)的恰當(dang)參數進(jin)行計算(suan)确定,這(zhè)樣以統(tong)--表格來(lai)規定洩(xie)水能力(li)并不合(hé)理。
②即便(biàn)在圖集(ji)中描述(shù)的箅前(qian)水深爲(wèi)40mm的條件(jiàn)下,表格(gé)中規定(dìng)的值也(yě)值得推(tui)敲。一個(ge)顯而易(yi)見的問(wèn)題是,相(xiàng)同算前(qian)水深條(tiáo)件下,平(ping)算式顯(xian)然比立(lì)箅式水(shuǐ)力條件(jian)好(過水(shui)面積大(da),平均水(shuǐ)頭大),洩(xiè)水能力(lì)強。而表(biao)1中對單(dan)箅都統(tong)一規定(dìng)20L/s的洩水(shuǐ)能力。
③工(gōng)程中實(shi)際的雨(yu)水口尺(chi)寸也并(bìng)不都與(yǔ)圖集中(zhōng)偶緻,相(xiàng)應的雨(yǔ)水口洩(xiè)水能力(lì)更不能(néng)參照表(biǎo)1.
2雨水口(kou)的流量(liang)計算模(mo)型
　　筆者(zhě)以偏溝(gōu)式雨水(shui)口爲例(lì)，介紹雨(yu)水口流(liu)量計算(suan)的模型(xíng)。随着暴(bao)雨流量(liàng)增加，彙(huì)流雨水(shuǐ)在雨水(shui)口前的(de)深度不(bú)斷增大(dà),雨水口(kou)的流态(tài)可分爲(wèi)堰流及(ji)孔口流(liu)兩種。
2.1堰(yan)流狀态(tai)
　　在雨水(shui)口箅前(qian)水深(H)較(jiao)淺的情(qíng)況下,雨(yu)水從雨(yu)水口算(suan)邊緣跌(die)落,以堰(yan)流形式(shi)流人雨(yu)水口(見(jiàn)圖1)。
 
　　此時(shí),雨水口(kou)流量可(kě)按照堰(yan)流流量(liàng)計算公(gong)式計算(suan)'):
Q=CwPH1.5(1)
式中Q一(yi)設計流(liú)量,m³/s
Cw一堰(yan)流綜合(he)流量系(xì)數,爲1.66
P一(yi)濕周(即(jí)堰寬),P=L+2B(偏(piān)溝式雨(yǔ)水口),m
H一(yi)雨水口(kǒu)箅前水(shuǐ)深,m
　　此處(chù)對于堰(yàn)流綜合(he)流量系(xi)數Cw,若按(àn)照寬頂(dǐng)堰流的(de)水力計(ji)算公式(shi)4,則:
Cw=σƐm√2g(2)
式中(zhōng)σ一堰流(liú)淹沒系(xi)數
Ɛ一堰(yan)流側收(shou)縮系數(shù)
m一堰流(liu)流量系(xì)數,爲0.385(按(an)寬頂堰(yan)流量系(xi)數計算(suàn)公式可(kě)算出).
g一(yi)重力加(jia)速度
　　雨(yu)水口的(de)堰流爲(wèi)自由出(chu)流(σ=1)且近(jin)似無側(ce).收縮(ε=1),則(zé)可得出(chu)Cw=1.71,與美國(guó)規範HEC-22中(zhōng)Cw=1.66較相近(jin)。由于σ=1、ε=1、m=0.385均(jun)爲相應(ying)系數最(zuì)大取值(zhi),Cw=1.71也可理(lǐ)解爲堰(yàn)流綜合(hé)流量系(xi)數的最(zuì)大值，考(kao)慮到雨(yǔ)水口(尤(you)其是立(lì)箅式)進(jin)水的堰(yàn)流側收(shou)縮系數(shu)應小于(yú)I,因此雨(yu)水口計(jì)算以HEC-22中(zhong)Cw值爲準(zhun)(偏溝式(shì)Cw=1.66,立算式(shi)Cw=1.25,平箅式(shì)Cw=1.4)。
2.2孔口流(liú)狀态
　　當(dang)雨水流(liú)量增加(jia)、雨水口(kǒu)算前水(shui)深(H)較深(shēn)時，雨水(shui)逐漸淹(yan)沒整個(ge)雨水口(kǒu)算,轉變(bian)成以孔(kong)口流形(xíng)式流人(rén)雨水口(kǒu)，如圖2所(suǒ)示。
 
　　此時(shí),雨水口(kǒu)流量按(an)照孔口(kou)流流量(liang)計算公(gong)式計算(suàn):
Q=CoA(2gH)0.5(3)
式中Co一(yi)孔口流(liu)綜合流(liú)量系數(shù)，爲0.67
A一過(guo)水面積(jī),m2
2.3堰流與(yǔ)孔口流(liú)的轉變(bian)
　　雨水口(kou)流量曲(qǔ)線見圖(tu)3。如圖3所(suo)示,綠色(se)爲堰流(liu)狀态的(de)流量曲(qu)線,藍色(sè)爲孔口(kou)流狀态(tai)的流量(liang)曲線。而(er)圖中紅(hong)色虛線(xiàn)所示，即(jí)爲雨水(shuǐ)口的實(shi)際流量(liàng)特性。在(zai)箅前水(shuǐ)深較小(xiao)時,表現(xian)爲堰流(liú)狀态;在(zài)算前水(shui)深較大(dà)時,表現(xian)爲孔口(kou)流狀态(tai)。而當箅(bì)前水深(shēn)爲臨界(jie)深度He時(shí)，堰流狀(zhuang)态與孔(kǒng)口流狀(zhuàng)态的計(jì)算流量(liàng)相同,均(jun1)爲Qc.
 
　　從圖(tú)3可知,在(zài)實際雨(yu)水口流(liu)量計算(suàn)中,可以(yǐ)對設計(ji)算前水(shui)深分别(bié)計算出(chū)堰流态(tài)流量和(hé)孔口流(liú)态流量(liàng),而設計(ji)流量取(qu)兩者之(zhi)中較小(xiao)值。
3雨水(shuǐ)口流量(liàng)計算示(shì)例
　　下面(miàn)以圖集(jí)中規定(ding)的雨水(shuǐ)口的型(xíng)式及水(shuǐ)力條件(jian).(算前水(shui)深爲40mm)爲(wei)例,計算(suan)雨水口(kou)的流量(liang),也.即是(shì)雨水口(kǒu)的洩水(shui)能力。
3.1平(ping)箅式雨(yǔ)水口
　　對(dui)于平算(suan)式單箅(bì)雨水口(kou),長度L=0.68m,寬(kuan)度B=0.38m。
　　堰流(liú)狀态下(xia),濕周P=2(L+B)=2.12m,則(zé)堰流态(tài)設計流(liú)量Qw=CwPH1.5=0.024m³/s.
　　孔口(kou)流狀态(tai)下,過水(shuǐ)面積A=LxB=0.2584m2,則(zé)孔口流(liu)态設計(ji)流量Qo=CoA(2gH)0.5=0.153m³/s.
　　因(yin)Qw<Qo故實際(ji)設計流(liu)量Q=Qw=0.024m³/s.
3.2偏溝(gou)式雨水(shui)口
　　對于(yu)偏溝式(shi)單箅雨(yu)水口,長(zhang)度L=0.68m,寬度(du)B=0.38m。.
　　堰流狀(zhuàng)态下,濕(shī)周P=L+2B=1.44m,則堰(yan)流态設(shè)計流量(liàng)Qw=CwPH1.5=0.019m³/s。
　　孔口流(liu)狀态下(xia),過水面(miàn)積A=LxB=0.2584m2,則孔(kong)口流态(tài)設計流(liú)量Qo=CoA(2gH)0.5=0.153m³/s.
　　因Qw<Qo故(gù)實際設(shè)計流量(liang)Q=Qw=0.019m³/s。
3.3立算式(shi)雨水口(kǒu)
　　對于立(li)算式單(dān)算雨水(shui)口,長度(dù)L=0.68m,立算高(gao)度h=0.20m(>算前(qian)水深H=0.04m)。
　　堰(yàn)流狀态(tai)下,濕周(zhou)P=L+2H=0.76m,則堰流(liú)态設計(ji)流量Qw=CwPH1.5=0.008m³/s.
　　孔(kong)口流狀(zhuàng)态下,過(guò)水面積(jī)A=LxH=0.0272m2,則孔口(kǒu)流态設(she)計流量(liàng)Qo=CoA(2gH)0.5=0.016m³/s。因Qw<Qo,故實(shi)際設計(ji)流量Q=Qw=0.008m³/s。
4流(liú)量計算(suàn)結果分(fèn)析
4.1計算(suàn)流量與(yu)圖集中(zhong)規定值(zhi)比較
　　将(jiang)計算設(shè)計流量(liang)與圖集(jí)中的數(shu)據進行(hang)比較,結(jié)果如表(biao)2所示。
 
4.2适(shì)用性
　　該(gāi)雨水口(kǒu)流量計(ji)算模型(xing)僅适用(yong)于在道(dào)路(或場(chǎng)地)縱坡(pō)底部的(de)雨水口(kou)，而對于(yú)在道路(lu)縱坡中(zhong)間的雨(yǔ)水口,由(you)于是單(dan)側進水(shuǐ)，且超出(chū)雨水口(kou)洩水能(néng)力的雨(yǔ)水,會漫(man)過該雨(yu)水口流(liu)往下一(yī)一個雨(yǔ)水口,并(bìng)非理想(xiang)的堰流(liu)或孔口(kou)流狀态(tai)，因此計(ji)算方法(fa)會有不(bu)同,不能(neng)簡單按(àn)算前水(shui)深進行(háng)計算。
4.3過(guò)水斷面(mian)有效系(xi)數
　　考慮(lǜ)到雨水(shuǐ)口過水(shuǐ)斷面受(shòu)到算子(zi)阻礙(以(yi)及可能(néng)受樹葉(yè)或垃圾(ji)阻塞),其(qí)過水面(mian)積還應(ying)乘以-一(yi)個有效(xiào)系數,這(zhè)樣得出(chū)的相應(yīng)洩水能(neng)力會變(biàn)小,也更(geng)接近真(zhen)實。
　　過水(shuǐ)斷面有(yǒu)效系數(shu)的基本(ben)計算原(yuan)則如下(xia)式,但另(ling)外還會(hui)略受箅(bì)子格栅(shān)型式的(de)影響。
 
4.4多(duo)箅式及(ji)聯合式(shi)雨水口(kǒu)的計算(suàn)
　　計算未(wèi)涉及多(duo)箅式及(jí)聯合式(shì)雨水口(kǒu),其計算(suàn)可依照(zhào)類似方(fāng)法，但需(xū)要特别(bie)注意濕(shi)周和過(guo)水面積(jī)的合理(li)取值。
5結(jié)語
　　雨水(shuǐ)口的設(she)計流量(liang),應按照(zhao)設計中(zhōng)合理的(de)設計條(tiáo)件進行(háng)具體計(ji)算，不适(shì)宜采用(yong)統--的規(guī)定值作(zuo)爲設計(jì)洩水能(neng)力。
　　對于(yu)特定的(de)算前水(shui)深,不同(tong)的雨水(shuǐ)口型式(shì)及尺寸(cun),會有不(bu)同的洩(xiè)水能力(li)。在工程(chéng)項目中(zhōng),不同的(de)雨水口(kǒu)設計場(chǎng)所可能(néng)有不同(tong)的安全(quan)水深的(de)要求(需(xū)考慮淹(yan)沒深度(du)對車道(dào)的影響(xiang)),而且實(shi)際雨水(shui)口尺寸(cun)很可能(néng)與圖集(jí)中的不(bu)同,設計(jì)中應按(àn)照實際(jì)的水力(li)模型進(jìn)行計算(suàn)。
　　即便設(shè)計中的(de)雨水口(kou)尺寸和(hé)水力模(mo)型與圖(tú)集中的(de)一緻,采(cai)用圖集(jí)規定的(de)洩水能(neng)力值也(yě)不可靠(kào)。圖集中(zhōng)對平算(suàn)式、偏溝(gōu)式、立算(suan)式三種(zhǒng)雨水口(kǒu)規定了(le)統一的(de)洩水能(neng)力,這種(zhǒng)做法不(bu)夠科學(xué)。由于三(san)種型式(shì)的水力(lì)特性不(bu)同，在較(jiào)小水深(shēn)時,洩水(shui)能力應(yīng)該爲:平(píng)箅式>偏(pian)溝式>立(li)算式。

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