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摘 要：城市雨水管网排水系统是城市重要的基础设施，因此雨水管网设计是否合理、科学关系到整个城市的发展。文章基于城市发展的角度，阐述了城市雨水管网排水系统设计的各参数计算和设计方法，并提出了城市雨水管网排水能力的对策，具有一定借鉴意义。
关键词：基础设施；城市雨水管网；排水系统；设计参数；流量；方法；对策
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0111－02
1 引言
随着城市化进程的高速发展，作为城市重要的基础设施，雨水管网系统是给排水工程的一个重要组成部分，是城市防洪的骨干工程。雨水管网的设计合理、科学与否关系到城市未来的良性发展，因此，本文将对城市雨水管网排水系统设计进行探讨，以促进城市雨水管网的建设的进展。
2 城市雨水管网排水系统设计参数
2.1 雨水管道设计流量的计算
雨水管道设计流量是确定雨水管道断面尺寸的重要依据，由于城市雨水管道汇集雨水径流的面积小，所以可采用小汇水面积上其他排水构筑物计算设计流量的方法来计算雨水管道的设计流量，目前国内外广泛采用的是推理公式法，其公式为：
Q＝ψqF （1）
式中，Q：雨水管道设计流量，L/s；
ψ：径流系数，其数值小于1；
F：汇水面积，104m2；
q：设计暴雨强度，L/（s•104m2）。
该公式用于小流域面积计算雨水设计流量已有一百多年的历史，至今仍被国内外广泛使用。
汇水面积F。各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度汇水面积的大小及雨水管道布置等情况而定，地形较平坦时可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积；地形坡度较大时，应按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积，然后对每块面积编号计算。
径流系数ψ。径流系数的取值因汇水面积的覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度、路面铺砌等情况的不同而不同，所以整个汇水面积上的平均径流系数是按各类地面面积用加权平均法计算得到的，即：
设计暴雨强度。暴雨强度公式是在大量的具有自记雨量记录的气象站所积累的资料统计分析的基础上总结编制出来的，其精度取决于这些资料的可靠性及统计方法的合理性。我国的暴雨强度公式采用下列公式：
q＝ （3）
式中，P：设计重现期，a；
t：降雨历时，min；
A，C，b，n：地方参数，根据统计方法进行计算确定。
2.2 雨水管道水力计算
雨水管道的输水能力按明渠恒定均匀流公式计算，有流量公式与流速公式：
Q＝Av； （4）
式中，Q：流量，L/s；
A：过水断面面积，104m2；
v：流速，m/s；
R：水力半径（过水断面面积和湿周的比值），m；
I：水力坡度；
C：流速系数。
C值一般按曼宁公式计算，因为雨水管道中常用的断面形式大多为圆形，即：A＝1/4πD 2，推导得：
（5）
在实际应用中，是参照地面坡度i，假定管底坡度I，从水力计算图或表中求得D及v值，并使所求得的D、v、I各值符合规范的有关规定。
3 城市雨水管网排水系统设计方法
城市雨水管网设计主要包括3个方面的工作，首先是根据城市总体规划图，按实际情况划分排水流域，然后根据管道的具体位置，设置检查井，管段设计流量的计算和各管段所需的管径、坡度、流速等的确定。
3.1 确定排水分区
在排水区界内，根据地形及城镇和工业区的竖向规划，划分排水流域。在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致；在地形平坦无显著分水线的地区，可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，尽量使绝大部分雨水能以自流排水为原则。
3.2 管道定线及雨水管道平面布置
在总体图上确定雨水管道的位置和走向，正确的定线是合理的、经济的设计雨水管道系统的先决条件，是雨水管道系统设计的重要环节。管道定线一般按主干管、干管、支管顺序依次进行。定线应尽可能的在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的雨水能自流排出。定线时通常考虑的几个因素是，地形、竖向规划和路网地块的设计标高等；排水体制和线路数目；雨水渠出水口的位置；水文地质条件；道路宽度等。
3.3 高程控制点确定
雨水管网的控制点标高一方面应根据城市的竖向规划保证排水区域内各点的雨水都能排除，并考虑以后的发展，在埋深上适当留有余地。另一方面，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。
4 提高城市雨水管网排水能力的对策
适当提高雨水管网设计的参数标准。目前我国的城市排水设计标准整体偏低，设计重现期和径流系数的选择对城市雨水管网设计的影响较大。城市排水设计的重现期一般是一年一遇。但在实际设计中，不考虑地块的实际情况，千篇一律的按一个标准进行设计，则易造成暴雨时局部地区产生内涝积水。因此，首要的工作是根据实际情况适当提高设计重现期。雨水管网的设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期，在重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5年，并应与道路设计协调。特别重要地区和次要地区应酌情增减，如火车站、道路交叉口、快速路、地质灾害较严重的地区等，设计重现期需提高至2年及2年以上。另外，径流系数的选择必须与实际工程情况相结合，必须充分了解设计范围上游及周边的整体情况后再通过加权平均法确定。
4.1 修订暴雨公式
降雨资料的增加，对暴雨强度公式必定产生一定的影响。各城镇应根据已有的暴雨资料进行分析、研究、计算，对暴雨强度公式进行修订、完善，使之符合实际情况，从而使计算的排水流量符合实际。城镇产流、汇流条件的变化，降雨入渗面积和入渗水量均减少，将使排水流量发生较大的变化。因此，应根据当前城镇各类建筑、交通、绿化、公共设施及其他有关用地的具体情况，研究降雨与入渗的关系，合理确定径流系数，根据产流、汇流情况合理确定排水区域的设计排水流量。
4.2 工程措施
新建城区的排水规划和排水系统建设必须依据《室外排水设计规范》确定城市排水重现期。排水系统规划设计应考虑未来20～25年，把对未来人口和水文状况的预测作为排水工程设计中不可缺少的组成部分，修建高起点的排水系统。旧城改造时，将排水系统纳入旧城改造的范畴，对排水流量小、布置不合理、排水不满足要求的排水系统结合旧城改造对其进行改造或重建，提高城区雨水排除能力。对规划不当、设计不合理的雨水管道系统，实施扩建、改建，甚至重建，使其排水能力满足要求。
4.3 雨水下渗设施
雨水下渗设施的主要目的是通过增加城市地面的透水性，使得城市雨水径流入渗量增大，起到减小城市地表径流系数和地表洪峰流量的作用。雨水渗透设施是西方发达国家暴雨管理措施的基本内容之一。日本一直在研究和采用透水铺面透水管道、治绿地等雨水下渗措施降低地表径流系数，并取得成效。增加城市绿地，建设生态护坡，采用透水铺面的技术比较简单，在城市市政建设中应大力推广。
5 结束语
综上所述，城市雨水管网是保证城市生产活动和人民生活的重要设施，是城市防洪和保护环境的，也是维护和促进国民经济发展的重要手段。因此，在进行雨水管网设计时必须严格控制设计的合理性和科学性，提高城市雨水管网排水能力，随着城市化进程的加快，关于城市雨水管网设计的探讨会不断深入。
参考文献
1 李阳.城市雨水管网系统优化设计研究［D］.合肥工业大学，2010.04
2 汪云霞.宣城市排水工程规划研究［D］.合肥工业大学，2011.04
Analysis of the Drainage System Design for Urban Rain Water Pipe Network
Wen Yifan
Abstract: The drainage system of urban rain water pipe network is an important urban infrastructure, thus whether the rain water pipe network design is reasonable and science is related to the development of the whole city. The article, based on the perspective of urban development, describes the parameters calculation and design methods of drainage system design for urban rain water pipe network, and proposes the measures of drainage capability for urban rain water pipe network, which has a certain reference.
Key words: infrastructure; urban rain water pipe network; drainage system; design parameters; flow rate; methods; measures
关键词：基础设施；城市雨水管网；排水系统；设计参数；流量；方法；对策
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0111－02
1 引言
随着城市化进程的高速发展，作为城市重要的基础设施，雨水管网系统是给排水工程的一个重要组成部分，是城市防洪的骨干工程。雨水管网的设计合理、科学与否关系到城市未来的良性发展，因此，本文将对城市雨水管网排水系统设计进行探讨，以促进城市雨水管网的建设的进展。
2 城市雨水管网排水系统设计参数
2.1 雨水管道设计流量的计算
雨水管道设计流量是确定雨水管道断面尺寸的重要依据，由于城市雨水管道汇集雨水径流的面积小，所以可采用小汇水面积上其他排水构筑物计算设计流量的方法来计算雨水管道的设计流量，目前国内外广泛采用的是推理公式法，其公式为：
Q＝ψqF （1）
式中，Q：雨水管道设计流量，L/s；
ψ：径流系数，其数值小于1；
F：汇水面积，104m2；
q：设计暴雨强度，L/（s•104m2）。
该公式用于小流域面积计算雨水设计流量已有一百多年的历史，至今仍被国内外广泛使用。
汇水面积F。各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度汇水面积的大小及雨水管道布置等情况而定，地形较平坦时可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积；地形坡度较大时，应按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积，然后对每块面积编号计算。
径流系数ψ。径流系数的取值因汇水面积的覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度、路面铺砌等情况的不同而不同，所以整个汇水面积上的平均径流系数是按各类地面面积用加权平均法计算得到的，即：
设计暴雨强度。暴雨强度公式是在大量的具有自记雨量记录的气象站所积累的资料统计分析的基础上总结编制出来的，其精度取决于这些资料的可靠性及统计方法的合理性。我国的暴雨强度公式采用下列公式：
q＝ （3）
式中，P：设计重现期，a；
t：降雨历时，min；
A，C，b，n：地方参数，根据统计方法进行计算确定。
2.2 雨水管道水力计算
雨水管道的输水能力按明渠恒定均匀流公式计算，有流量公式与流速公式：
Q＝Av； （4）
式中，Q：流量，L/s；
A：过水断面面积，104m2；
v：流速，m/s；
R：水力半径（过水断面面积和湿周的比值），m；
I：水力坡度；
C：流速系数。
C值一般按曼宁公式计算，因为雨水管道中常用的断面形式大多为圆形，即：A＝1/4πD 2，推导得：
（5）
在实际应用中，是参照地面坡度i，假定管底坡度I，从水力计算图或表中求得D及v值，并使所求得的D、v、I各值符合规范的有关规定。
3 城市雨水管网排水系统设计方法
城市雨水管网设计主要包括3个方面的工作，首先是根据城市总体规划图，按实际情况划分排水流域，然后根据管道的具体位置，设置检查井，管段设计流量的计算和各管段所需的管径、坡度、流速等的确定。
3.1 确定排水分区
在排水区界内，根据地形及城镇和工业区的竖向规划，划分排水流域。在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致；在地形平坦无显著分水线的地区，可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，尽量使绝大部分雨水能以自流排水为原则。
3.2 管道定线及雨水管道平面布置
在总体图上确定雨水管道的位置和走向，正确的定线是合理的、经济的设计雨水管道系统的先决条件，是雨水管道系统设计的重要环节。管道定线一般按主干管、干管、支管顺序依次进行。定线应尽可能的在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的雨水能自流排出。定线时通常考虑的几个因素是，地形、竖向规划和路网地块的设计标高等；排水体制和线路数目；雨水渠出水口的位置；水文地质条件；道路宽度等。
3.3 高程控制点确定
雨水管网的控制点标高一方面应根据城市的竖向规划保证排水区域内各点的雨水都能排除，并考虑以后的发展，在埋深上适当留有余地。另一方面，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。
4 提高城市雨水管网排水能力的对策
适当提高雨水管网设计的参数标准。目前我国的城市排水设计标准整体偏低，设计重现期和径流系数的选择对城市雨水管网设计的影响较大。城市排水设计的重现期一般是一年一遇。但在实际设计中，不考虑地块的实际情况，千篇一律的按一个标准进行设计，则易造成暴雨时局部地区产生内涝积水。因此，首要的工作是根据实际情况适当提高设计重现期。雨水管网的设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期，在重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5年，并应与道路设计协调。特别重要地区和次要地区应酌情增减，如火车站、道路交叉口、快速路、地质灾害较严重的地区等，设计重现期需提高至2年及2年以上。另外，径流系数的选择必须与实际工程情况相结合，必须充分了解设计范围上游及周边的整体情况后再通过加权平均法确定。
4.1 修订暴雨公式
降雨资料的增加，对暴雨强度公式必定产生一定的影响。各城镇应根据已有的暴雨资料进行分析、研究、计算，对暴雨强度公式进行修订、完善，使之符合实际情况，从而使计算的排水流量符合实际。城镇产流、汇流条件的变化，降雨入渗面积和入渗水量均减少，将使排水流量发生较大的变化。因此，应根据当前城镇各类建筑、交通、绿化、公共设施及其他有关用地的具体情况，研究降雨与入渗的关系，合理确定径流系数，根据产流、汇流情况合理确定排水区域的设计排水流量。
4.2 工程措施
新建城区的排水规划和排水系统建设必须依据《室外排水设计规范》确定城市排水重现期。排水系统规划设计应考虑未来20～25年，把对未来人口和水文状况的预测作为排水工程设计中不可缺少的组成部分，修建高起点的排水系统。旧城改造时，将排水系统纳入旧城改造的范畴，对排水流量小、布置不合理、排水不满足要求的排水系统结合旧城改造对其进行改造或重建，提高城区雨水排除能力。对规划不当、设计不合理的雨水管道系统，实施扩建、改建，甚至重建，使其排水能力满足要求。
4.3 雨水下渗设施
雨水下渗设施的主要目的是通过增加城市地面的透水性，使得城市雨水径流入渗量增大，起到减小城市地表径流系数和地表洪峰流量的作用。雨水渗透设施是西方发达国家暴雨管理措施的基本内容之一。日本一直在研究和采用透水铺面透水管道、治绿地等雨水下渗措施降低地表径流系数，并取得成效。增加城市绿地，建设生态护坡，采用透水铺面的技术比较简单，在城市市政建设中应大力推广。
5 结束语
综上所述，城市雨水管网是保证城市生产活动和人民生活的重要设施，是城市防洪和保护环境的，也是维护和促进国民经济发展的重要手段。因此，在进行雨水管网设计时必须严格控制设计的合理性和科学性，提高城市雨水管网排水能力，随着城市化进程的加快，关于城市雨水管网设计的探讨会不断深入。
参考文献
1 李阳.城市雨水管网系统优化设计研究［D］.合肥工业大学，2010.04
2 汪云霞.宣城市排水工程规划研究［D］.合肥工业大学，2011.04
Analysis of the Drainage System Design for Urban Rain Water Pipe Network
Wen Yifan
Abstract: The drainage system of urban rain water pipe network is an important urban infrastructure, thus whether the rain water pipe network design is reasonable and science is related to the development of the whole city. The article, based on the perspective of urban development, describes the parameters calculation and design methods of drainage system design for urban rain water pipe network, and proposes the measures of drainage capability for urban rain water pipe network, which has a certain reference.
Key words: infrastructure; urban rain water pipe network; drainage system; design parameters; flow rate; methods; measures