劉艷艷

江蘇緯信工程咨詢有限公司 江蘇 南京 210014

1 研究背景

長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)，地勢(shì)低平，河渠縱橫，常年降雨量大，河道洪水位及常水位均較高。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的要求，雨水管道出水口宜布置在常水位以上，若依據(jù)規(guī)范要求，必須提高管道底高程，現(xiàn)在常用方法有三種，一是抬高道路填土高度，第二種是在管道出口處建設(shè)排澇泵站，前兩種方法均會(huì)增加建設(shè)投資，且第二種方法還會(huì)增加后期維護(hù)管理費(fèi)用，但是因?yàn)楹芏喑鞘信艥潮谜窘ǔ珊鬅o(wú)專業(yè)部門(mén)接管，在設(shè)計(jì)階段多被否決；第三種方法是降低管道埋深，這將導(dǎo)致管道管頂覆土太小，在管道運(yùn)行過(guò)程中容易被毀壞。

為解決上述問(wèn)題，本文提出管道淹沒(méi)出流方式，在不增加管網(wǎng)前期投資費(fèi)用的前提下，尋求滿足暴雨期管道路面（或服務(wù)地塊）不積水的前提下，將雨水就近排入附近河道，并保證洪水期洪水不倒灌，并給出路面及周邊地塊不淹沒(méi)與洪水位的關(guān)系。

2 理論基礎(chǔ)

假定暴雨時(shí)排水系統(tǒng)的檢查井里均充滿水，管道沿線無(wú)流量流出與流入，管徑沿程不變的簡(jiǎn)單管道，道路最低點(diǎn)處雨水口和檢查井內(nèi)雨水與地面齊平但不溢出。此時(shí)道路最低點(diǎn)處檢查井井口標(biāo)高為H1，河流洪水位標(biāo)高H2，檢查井井口與洪水位高差H，P1=P2=大氣壓，進(jìn)出口流速分別為ν1，ν2，進(jìn)口流速ν1=0，根據(jù)伯努利方程[2]得出：

α1,α2分別為進(jìn)出口局部水頭損失系數(shù)，對(duì)于長(zhǎng)距離排水，局部水頭損失和流速水頭可以略去不計(jì)[3]，（1）式可以寫(xiě)為：

將公式（3）導(dǎo)出并帶入（2）得

利用公式（4）可計(jì)算出管道的排水能力Q，由公式可以看出，管路損失與流量的平方成正比，也可以理解為路面與洪水位標(biāo)高差≥管路損失，管道內(nèi)雨水可以排入河道。

管道流量可采用暴雨推理公式法計(jì)算[4]：

ψ-地表徑流系數(shù)；

F-設(shè)計(jì)管道匯流面積（hm2）；

q-設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度[L/(s﹒hm2)。

暴雨強(qiáng)度一般采用下式[1]：

t—降雨歷時(shí)（min）；

P—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年）；

A1，C，b，n—參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算確定。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

以揚(yáng)中三橋連接線道路工程為例，揚(yáng)中地處長(zhǎng)江下游，屬于長(zhǎng)江三角洲沖積平原區(qū)，建設(shè)道路起自揚(yáng)中大橋北側(cè)，向東跨過(guò)全紅河、聯(lián)豐港，接濱江路，全紅河為東西向排水河道，河流洪水位為2.878。

排入全紅河段設(shè)計(jì)雨水管道全長(zhǎng)956m，最大管徑d1350，出口管底標(biāo)高1.988，管道沿線共有2個(gè)凹曲線，以距離出水口遠(yuǎn)近依次命名低點(diǎn)1和低點(diǎn)2，根據(jù)路面標(biāo)高以及根據(jù)公式（4）（5）（6）計(jì)算結(jié)果如下表：

表1 簡(jiǎn)單管路計(jì)算數(shù)據(jù)表

根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可見(jiàn)，兩處道路凹曲線低點(diǎn)的標(biāo)高-管道出水口標(biāo)高差均大于關(guān)于損失，在不計(jì)局部水頭損失的前提下，可滿足正常排水要求，且本項(xiàng)目設(shè)計(jì)于2013年，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為3年，道路通車運(yùn)行5年來(lái)未出現(xiàn)過(guò)路面積水情況，因此淹沒(méi)出流方式在工程應(yīng)用是是可行的。

但在實(shí)際管道運(yùn)行過(guò)程中，管道沿線不斷有雨水匯入，管道直徑根據(jù)流量的增加而遞增。本次研究是在單一管道，不計(jì)局部水頭損失的前提下進(jìn)行的，因此在實(shí)際管道的運(yùn)行中，位差越大，越有利于排水。并且對(duì)實(shí)際運(yùn)行中的管道進(jìn)行水利模擬，需要進(jìn)一步研究。