奉賢區(qū)雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)探討

樊 勇

（上海市奉賢區(qū)水資源管理所 上海 201400）

1 背景

目前奉賢區(qū)正積極推進(jìn)全區(qū)的污水管網(wǎng)建設(shè)，依照相關(guān)規(guī)劃已建設(shè)完成了東西部污水處理廠。污水管網(wǎng)建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，有利于提高奉賢區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量、減少水環(huán)境污染及提高奉賢區(qū)的經(jīng)濟(jì)軟實(shí)力。

由于建設(shè)理念和社會(huì)環(huán)境的不同，前期雨水管網(wǎng)建設(shè)并沒有得到足夠的重視，單獨(dú)建設(shè)的雨水管網(wǎng)較少，多為污水雨水管網(wǎng)合流的形式。

“雨污合流”管網(wǎng)雖然可以在一定程度上解決排水問題，但還是應(yīng)該從長(zhǎng)期規(guī)劃發(fā)展著眼。同時(shí)，考慮到污水處理廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，奉賢區(qū)還需進(jìn)行雨水管網(wǎng)的建設(shè)，切實(shí)做到“雨污分流”。

本文主要從技術(shù)分析和實(shí)際運(yùn)用兩方面對(duì)奉賢區(qū)的雨水管網(wǎng)具體參數(shù)進(jìn)行了討論，目的主要是通過以上兩方面對(duì)奉賢區(qū)的雨水管網(wǎng)建設(shè)提供一些參考。

2 技前術(shù)分析和實(shí)際運(yùn)用

2.1 雨水管道流量

雨水管道收集是城市排水的重要組成部分，需要對(duì)城市中的各種情況進(jìn)行充分的考慮。雨水管道收集的設(shè)計(jì)流量是以相同管徑的污水設(shè)計(jì)流量作為參考依據(jù)的，不同的是污水管道的設(shè)計(jì)包含有充滿度的概念，而雨水管道的設(shè)計(jì)則多以滿管作為計(jì)算依據(jù)。

目前，奉賢地區(qū)排水設(shè)計(jì)為雨污分流的方式。雨污分流的情況下，雨水管道收集可以參考相同管徑的污水管道的滿管流，其具體數(shù)值可參考《圓管滿流水利計(jì)算圖》中的相關(guān)參數(shù)。

雨水管道流量的計(jì)算公式如下：

式中，Ψ——設(shè)計(jì)徑流系數(shù)；

q——設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度；

F——設(shè)計(jì)匯水面積。

已知管徑的極限流量，Ψ、q和F三個(gè)參數(shù)是對(duì)流量影響比較大的因素。

2.2 設(shè)計(jì)徑流系數(shù)

設(shè)計(jì)徑流系數(shù)Ψ是以降雨后地面的排水和下滲情況為參考的。不透水面積越多，雨水的排水和下滲越困難，則Ψ會(huì)相對(duì)較高；反之，則Ψ會(huì)相對(duì)比較低。

依照相關(guān)手冊(cè)，設(shè)計(jì)徑流系數(shù)Ψ的取值范圍為0～1之間。以奉賢地區(qū)的實(shí)際情況來看，奉賢區(qū)域內(nèi)的雨水收集區(qū)域大致可以分為以下四類。

（1）大面積的工業(yè)區(qū)。如上海綜合工業(yè)開發(fā)區(qū)，海港綜合經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，這些地區(qū)現(xiàn)代化程度高，缺乏排水河道，雨水的排放有一定困難。故設(shè)計(jì)徑流系數(shù)Ψ一般采取比較高的數(shù)值，以0.8取值(Ⅰ類)。

（2）南橋新城、奉城中心鎮(zhèn)等地區(qū)居住人口密集，構(gòu)筑物建筑較多，地面不透水面積偏多。故設(shè)計(jì)徑流系數(shù)Ψ需要充分考慮，一般取0.6(Ⅱ類 )。

（3）奉賢地區(qū)西部地勢(shì)較低的部分集鎮(zhèn)。相對(duì)較低的高程對(duì)雨水管道的敷設(shè)有一定的影響，需要考慮不受淹、不積水的情況。設(shè)計(jì)徑流系數(shù)Ψ也以0.6取(Ⅲ類)。

（4）其他各鎮(zhèn)集鎮(zhèn)范圍，相對(duì)排水要求不高，同時(shí)不透水面積也相對(duì)稀疏，設(shè)計(jì)系數(shù)Ψ只需要考慮0.5即可(Ⅳ類)。

以上四類地區(qū)是以具體位置表示，考慮到規(guī)劃要先行于發(fā)展，所以相關(guān)參數(shù)都選取的比較保守。為了保證簡(jiǎn)明扼要，下文提到這四類地區(qū)的時(shí)候暫且以Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類具體表述。

2.3 設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度

設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度q也稱為暴雨強(qiáng)度，是反映地區(qū)降雨強(qiáng)度的一個(gè)參數(shù)。各個(gè)地區(qū)的設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度都有所不同，它是根據(jù)各地的實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)而成的。

這里還需要提一下重現(xiàn)期（P）和匯流時(shí)間（t）的概念。重現(xiàn)期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念，代表出現(xiàn)情況的概率；而匯流時(shí)間是指雨水由雨水口收集到雨水收集管道的時(shí)間。根據(jù)參考和計(jì)算，?、耦惖貐^(qū)的t1=5，t2=10；取Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類地區(qū)的 t1=10 ，t2=5。

上海的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式為：

計(jì)算得出：

P=1時(shí)，Ⅰ類的q值為174；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為194；

P=5時(shí)，Ⅰ類的q值為270；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為303；

P=100時(shí)，Ⅰ類的q值為470；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為522。

城市雨水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)一般取值為P=1，即要求應(yīng)付“一年一遇”的標(biāo)準(zhǔn)即可，所以?、耦惖膓值為174；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類的q值為194。

2.4 設(shè)計(jì)匯水面積

根據(jù)以上討論，公式中的Q、Ψ和q都已經(jīng)基本確定，則F就可以根據(jù)以上的參數(shù)來確定，具體見表1。

以上表格的相關(guān)數(shù)據(jù)可以作為參考，但是有一定的局限性，計(jì)算結(jié)果只能作為實(shí)際情況的一種參考。作為區(qū)域的整體規(guī)劃，較大管徑的雨水管道還是發(fā)揮著比較重要的作用。但從整體區(qū)域考慮，只能作為部分的參考依據(jù)。

2.5 實(shí)例

以奉賢區(qū)西部的莊行鎮(zhèn)老鎮(zhèn)區(qū)為例，依照設(shè)計(jì)徑流系數(shù)的分類確定該地區(qū)為Ⅲ類，選擇該地區(qū)Ψ為0.60，然后計(jì)算其降水強(qiáng)度為194L/s·104m2。在選取以上參數(shù)后，依照老鎮(zhèn)區(qū)的面積和周邊的水系情況計(jì)算雨水管道敷設(shè)情況。

老鎮(zhèn)區(qū)基本為一個(gè)長(zhǎng)方形，長(zhǎng)寬分別約為3.5km和2.5km，面積約為8.75km2,北側(cè)和東側(cè)分別為區(qū)級(jí)河道浦南運(yùn)河和鎮(zhèn)級(jí)河道冷涇。雖然該范圍內(nèi)有部分村級(jí)河道，但是考慮到村級(jí)河道最終匯入浦南運(yùn)河和冷涇，所以雨水排水口還應(yīng)考慮設(shè)置于浦南運(yùn)河和冷涇。

表1 常用管徑設(shè)計(jì)匯水面積參照表

依照表1中的相關(guān)參數(shù)，選取相應(yīng)的雨水管網(wǎng)匯水面積。老鎮(zhèn)區(qū)總體的匯水面積滿足1200mm的雨水管道，但考慮到奉賢區(qū)西部地勢(shì)很低，高程往往只有3.9m，河道常水位僅為2.5m～2.8m，以及覆土等其他因素，無法滿足1200mm雨水管道的敷設(shè)條件，所以依照實(shí)際情況，需要將匯水面積進(jìn)行劃分。

將老鎮(zhèn)區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域，西部和東北部匯入浦南運(yùn)河，東南部匯入冷涇。依照匯水面積可以計(jì)算出3個(gè)區(qū)域：西部大小為1.44×2.5=3.6km2，查詢表1中的參數(shù)，采用800mm的雨水管道匯入浦南運(yùn)河；東北部大小為2.06×1.75=3.6km2，查詢表1中的參數(shù)，采用800mm的雨水管道匯入浦南運(yùn)河；東南部大小為2.06×0.75=1.54km2，查詢表1中的參數(shù)，采用600mm的雨水管道匯入冷涇。

實(shí)際工程中還可以依照具體情況再予以拆分，但是這還需要充分考慮到各方面的因素。除考慮開挖面的大小，周圍修復(fù)情況，主要還需要考慮建設(shè)資金的追加問題。

3 存在問題以及解決方法

雨水管網(wǎng)建設(shè)的參數(shù)依照計(jì)算已經(jīng)得出，但管網(wǎng)建設(shè)還有許多的制約因素，以下是兩個(gè)急需解決的問題及具體的解決方法。

（1）奉賢地區(qū)水面率不高。雨水管道收集最終的目的是排放到河道，理論上的設(shè)計(jì)匯水面積可以作為參考依據(jù)，但是它還受到河網(wǎng)的制約。河道密集，則雨水管徑偏小，有利于排放；河道缺乏，則雨水管道偏大，不利于排放。

解決方法是加強(qiáng)與河道部門的相互協(xié)調(diào)，增加奉賢地區(qū)的水面率，減少填堵河道的情況，并且適當(dāng)開挖部分人工排水渠道。

（2）奉賢地區(qū)常水位高程較低。該區(qū)平均的高程為4.5m左右，奉賢地區(qū)西部往往只有3.9m左右，但是河道常水位為2.5m～2.8m左右。雨水管道和污水管道都是采取重力流的方式。口徑600mm的雨水管道如果敷設(shè)在奉賢地區(qū)西部，排放斷面往往有一半是在常水位以下。

解決方法是大管徑雨水管道排水口應(yīng)盡可能的放置在綠化帶內(nèi)，并且適當(dāng)加固，盡量不要放置在道路下面，這樣可以減少覆土面積，達(dá)到節(jié)約高程的效果。如果依然無法解決以上問題，則只能依靠設(shè)置雨水泵站來進(jìn)行強(qiáng)排。但是其相對(duì)費(fèi)用就會(huì)上升，而且對(duì)夏季防汛也會(huì)造成一定的隱患。

4 總結(jié)以及展望

奉賢區(qū)雨水管網(wǎng)建設(shè)是奉賢區(qū)城市排水系統(tǒng)中的重要一環(huán)，雨水管網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)選取都要滿足當(dāng)?shù)氐膶?shí)際需要。參數(shù)的確定有利于奉賢區(qū)雨水管網(wǎng)建設(shè)的前期工作，可為工程的具體實(shí)施提供一定的指導(dǎo)意見。

雨水管網(wǎng)建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，工程施工中可能還會(huì)出現(xiàn)諸多問題。但是通過相關(guān)職能部門和水務(wù)工程建設(shè)者的努力，該項(xiàng)工程一定可以在滿足工程要求的前提下順利實(shí)施。陜西水利