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