排水設(shè)施中設(shè)計降雨重現(xiàn)期的研究

溫新有

降雨重現(xiàn)期是指某一強度的降雨重復出現(xiàn)的平均周期，如10年重現(xiàn)期即為平均10年出現(xiàn)1次不小于該強度的降雨。頻率為重現(xiàn)期的倒數(shù)。在公路排水系統(tǒng)設(shè)計中，排水設(shè)施的設(shè)計降雨重現(xiàn)期是一個非常重要的參數(shù)。公路排水設(shè)施應以適當降雨重現(xiàn)期或頻率的流量作為設(shè)計依據(jù)，根據(jù)公路等級、設(shè)施的重要性以及經(jīng)濟性、安全性等因素，綜合考慮確定設(shè)計重現(xiàn)期。

1、國內(nèi)外公路排水設(shè)施的現(xiàn)行設(shè)計降雨重現(xiàn)期

現(xiàn)行《公路排水設(shè)計規(guī)范》中，路界內(nèi)地表排水設(shè)施的設(shè)計降雨量重現(xiàn)期如表1-1所示。與《城市道路設(shè)計規(guī)范》（CJJ37—9O），法國、日本道路協(xié)會及我國臺灣省規(guī)定的道路排水設(shè)施設(shè)計降雨重現(xiàn)期，相比較，我國現(xiàn)行公路排水規(guī)范的要求偏高，使用上缺乏靈活性。

2、設(shè)計降雨重現(xiàn)期的應用及影響因素分析

我國公路排水設(shè)計降雨重現(xiàn)期偏大，尤其是坡面排水要求過高。與高速公路對應的我國城市快速路，其設(shè)計降雨重現(xiàn)期為2～5年。排水設(shè)施的設(shè)計降雨重現(xiàn)期，從3年提高到5年，排水設(shè)施的泄水能力需提高16%～40%；從5年提高到10年，排水設(shè)施的泄水能力需提高17%～44%；從5年提高到l5年，排水設(shè)施的泄水能力需提高27%～72%。就梯形和矩形邊溝而言，溝底寬度增加0.1m，其泄水能力增加10%一50%。例如，溝渠側(cè)面坡比為1：1.5、水深0.2m、底寬0.4m等腰梯形溝的泄水能力約比相同的坡比和水深，底寬0.3m溝的泄水能力大20%左右。也就是說，在其他條件相同的情況下，邊溝的設(shè)計降雨重現(xiàn)期提高一個等級（從3年提高到5年，或從5年提高到l0年，或從10年提高到15年），邊溝底寬至少增加0.1m，甚至更多。

另外，現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計降雨重現(xiàn)期是按路面和路肩表面排水、路界內(nèi)坡面進行分級的，而不是按排水設(shè)施的類型分類，有時在使用上容易造成混亂。例如，公路排水設(shè)施中的邊溝，一般情況下均兼排路面雨水和路堤或路塹邊坡雨水，若按規(guī)范的規(guī)定，分別按路面表面排水和路界內(nèi)坡面排水的不同要求，取不同設(shè)計降雨重現(xiàn)期計算路面表面徑流和路界內(nèi)坡面徑流的設(shè)計流量，再將兩者疊加后得到總流量，則該總流量已失去了設(shè)計重現(xiàn)期的概念。

公路排水設(shè)施的設(shè)計降雨重現(xiàn)期的大小，還取決于排水溝渠損壞的后果及修復的難易程度。對于一般公路排水溝渠（如邊溝、截水溝、急流槽等）來說，若降雨徑流量超過溝渠設(shè)計泄水能力，將出現(xiàn)不利后果，如雨水溢出溝渠并對周圍地表造成沖刷，流速過大對溝渠造成沖刷。就其危害性而言，不同環(huán)境條件下造成損害的性質(zhì)和規(guī)模存在很大差異。

3、排水設(shè)施設(shè)計降雨重現(xiàn)期建議值

在地勢平坦、植被良好的地區(qū)，少量雨水溢出不會造成很大的問題；但在坡面較高的陡坡且易沖刷地區(qū)，雨水溢出溝渠可能對坡面和坡腳造成嚴重沖刷，有時會危及邊坡和路基的穩(wěn)定。溝渠流速超過溝渠壁面加固材料的抗沖刷允許流速，溝壁和溝底可能被沖刷，嚴重時可能造成溝渠損壞，而溝渠的損壞不僅使排水功能失效，還會對邊坡和路基形成集中沖刷，從而導致更嚴重的水毀損失。另外，溝渠失效后的危害程度，也與公路所在地區(qū)的地形、地貌有關(guān)，植被良好地區(qū)的危害程度遠小于陡坡、植被較少易沖刷地區(qū)。同時，溝渠沖刷損壞后修復的難易程度也存在較大差異，邊溝的修復比截水溝、急流槽容易很多。因此，路界表排水設(shè)施的設(shè)計降雨重現(xiàn)期不宜簡單地以路表（路面和路肩）雨水和路界內(nèi)坡面雨水分類，而是需綜合考慮排水設(shè)施類型，公路所在地區(qū)的地形、地貌，以及損壞的后果及修復的難易程度等因素，按排水溝渠的不同功能、損壞后果及修復的難易程度進一步劃分其設(shè)計降雨重現(xiàn)期。設(shè)計降雨重現(xiàn)期應是一個可供設(shè)計人員選擇的范圍值，當?shù)匦?、地貌、植被等環(huán)境條件較好時，可以取下限，反之取上限。建議值見表1-3。

表1-3中，路面邊緣淺溝是指在路面或硬路肩邊緣設(shè)置攔水帶或緣石形成的淺三角形溝，主要用于高路堤且路堤坡面易沖刷的場合，以減少路面雨水沿路堤邊坡漫流引起的坡面沖刷。一般來說，按平均1～3年發(fā)生1次強降雨（高速公路、1級公路）或0.5～1年發(fā)生1次強降雨（2級及2級以下公路）標準設(shè)置的路面邊緣淺溝，因水流溢出淺三角形溝后，順路堤邊坡坡面的漫流沖刷造成的損壞作用將很小，即便發(fā)生了輕微的局部沖刷破壞，維修很容易。對于邊溝，一般情況下需兼排路面雨水和路堤或路塹邊坡雨水，而較深的路塹邊坡為增加坡體穩(wěn)定性，通常做成臺階形，在邊坡平臺上往往設(shè)有平臺截水溝。所以，邊溝的設(shè)計降雨重現(xiàn)期除考慮排除路面表面水外，還應考慮部分坡面徑流。加之邊溝的維修相對容易，故取邊溝的設(shè)計降雨重現(xiàn)期為3～10年（高速公路、l級公路）和2～5年（2級及2級以下公路）。

對于截水溝、急流槽及相應的消能設(shè)施，一般情況下水流流量大、速度快、沖刷能力強，受周圍環(huán)境因素影響明顯，損壞后修復難度較大，故其設(shè)計降雨重現(xiàn)期應考慮多種因素并采用較高的標準。建議截水溝、急流槽及相應的消能設(shè)施的設(shè)計降雨重現(xiàn)期為10～l5年（高速公路、1級公路）和5～10年（2級及2級以下公路）。

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