規(guī)范說(shuō)“同一排水系統(tǒng)可采用不同設(shè)計(jì)重現(xiàn)期” 到底怎么做？

　　導(dǎo)讀：

　　隨著排水系統(tǒng)提標(biāo)需求的日趨普遍，同一雨水系統(tǒng)采用不同雨水標(biāo)準(zhǔn)的情況日益增多。為此，針對(duì)分別計(jì)算法、節(jié)點(diǎn)流量法、鄧氏計(jì)算法、高標(biāo)計(jì)算法等4類計(jì)算方法開(kāi)展專題研究，通過(guò)對(duì)不同設(shè)計(jì)計(jì)算方法的適用性及排水效果比較，為采用不同雨水標(biāo)準(zhǔn)的雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

　　引言

　　近年來(lái)，為加強(qiáng)城市排水防澇工作，滿足國(guó)家相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)的要求，很多城市面臨排水系統(tǒng)提標(biāo)的迫切需求。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2006，2016年版）：“同一排水系統(tǒng)可采用不同的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期”。許多城市在舊城改造或新建城區(qū)時(shí)，兼顧區(qū)域重要性、排水安全及工程投資，在同一系統(tǒng)采用不同雨水標(biāo)準(zhǔn)，分期分區(qū)域進(jìn)行提標(biāo)。這使得推理公式法等傳統(tǒng)雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法遇到挑戰(zhàn)，難以很好地滿足新情況下的設(shè)計(jì)需求。但目前國(guó)內(nèi)針對(duì)采用不同雨水標(biāo)準(zhǔn)的雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的研究較少，亟需開(kāi)展專題研究，為城鎮(zhèn)排水工程的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

　　1 不同設(shè)計(jì)計(jì)算方法概述

　　目前，同一排水系統(tǒng)采用不同重現(xiàn)期，在計(jì)算匯流后的總管時(shí)，主要有分別計(jì)算法、節(jié)點(diǎn)流量法、鄧氏計(jì)算法、高標(biāo)計(jì)算法等4類計(jì)算方法。

　　1.1 分別計(jì)算法

　　當(dāng)一個(gè)雨水系統(tǒng)采用不同雨水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最為簡(jiǎn)便的雨水管道流量設(shè)計(jì)方法是利用推理公式法，高標(biāo)、低標(biāo)地塊按推算的徑流時(shí)間及各自的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期分別計(jì)算雨水流量，然后系統(tǒng)總管和雨水泵站采用兩者計(jì)算流量的疊加值。這種計(jì)算方法默認(rèn)的前提條件是低標(biāo)準(zhǔn)地塊超出低標(biāo)準(zhǔn)的雨水應(yīng)該無(wú)法排入雨水系統(tǒng)。但實(shí)際上，當(dāng)降雨達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，低標(biāo)區(qū)也承受同樣標(biāo)準(zhǔn)的降雨，此時(shí)低標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)的雨水管道會(huì)呈現(xiàn)壓力流，而非設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)默認(rèn)的重力流。這時(shí)低標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)雨水管道的過(guò)流能力會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算值，從而擠占匯合總管的排水能力，影響高標(biāo)準(zhǔn)地塊的排水安全。

　　這種方法對(duì)于高標(biāo)區(qū)域是不安全的，一般不宜采用。只有當(dāng)高標(biāo)區(qū)可以優(yōu)先進(jìn)入總管，如高架排水時(shí)，才能高標(biāo)、低標(biāo)區(qū)同步達(dá)到不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.2 節(jié)點(diǎn)流量法

　　節(jié)點(diǎn)流量法即當(dāng)高標(biāo)區(qū)接入低標(biāo)區(qū)時(shí)，將高標(biāo)區(qū)接入點(diǎn)的雨水流量作為節(jié)點(diǎn)流量進(jìn)行疊加計(jì)算，而不再考慮其雨水流量后續(xù)隨徑流時(shí)間的變化。這種方法適用范圍較小，一般適用于高標(biāo)區(qū)以強(qiáng)排方式接入低標(biāo)區(qū)時(shí)（例如地道泵站、社區(qū)泵站等）。但對(duì)于以自排方式連接高、低標(biāo)區(qū)域的排水系統(tǒng)，這種計(jì)算方法與推理公式假定的一些邊界條件是有沖突的，高標(biāo)區(qū)同樣存在排水能力受擠占的隱患。由于本方法適用范圍比較固定且有限，不作為本研究的重點(diǎn)。

　　1.3 鄧氏計(jì)算法

　　鄧氏計(jì)算法是1985年同濟(jì)大學(xué)鄧培德先生提出一種計(jì)算方法，考慮到高標(biāo)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期時(shí)，低標(biāo)區(qū)域管道流量會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)流量，這部分增量約為原有流量的1.2倍，計(jì)算見(jiàn)式（1）：

式中

　　Q——總管雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；

　　K——低標(biāo)區(qū)流量調(diào)整系數(shù)；當(dāng)Kq1

　　q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)；

　　Ψ——徑流系數(shù)；

　　F——匯水面積，h m2。

　　這種方法從理論上分析符合推理公式假定的邊界條件，同時(shí)考慮了高標(biāo)時(shí)低標(biāo)管道的流量增量，相比分別計(jì)算法更加合理。

　　1.4 高標(biāo)計(jì)算法

　　高標(biāo)計(jì)算法即在對(duì)高標(biāo)區(qū)、低標(biāo)區(qū)匯合后的總管進(jìn)行計(jì)算時(shí)，總管管徑按照整個(gè)服務(wù)范圍（含高標(biāo)壓區(qū)和低標(biāo)區(qū)）的高標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算確定。本方法計(jì)算的管徑偏大，在高重現(xiàn)期降雨時(shí)，高標(biāo)區(qū)可以有較好的排水條件，相對(duì)偏保守和安全?？偣転榈蜆?biāo)區(qū)預(yù)留了較大的容量來(lái)應(yīng)對(duì)高標(biāo)時(shí)低標(biāo)區(qū)管道實(shí)際輸送的流量明顯高于原設(shè)計(jì)流量的問(wèn)題，相當(dāng)于在一定程度上提高了低標(biāo)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。本方法由于主管留有部分富余量，土建投資較高，可能存在一定的浪費(fèi)，尤其是在低標(biāo)區(qū)面積較大時(shí)。

　　1.5 同一系統(tǒng)不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)計(jì)算本質(zhì)

　　結(jié)合上述分析和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，本文認(rèn)為：在高標(biāo)區(qū)、低標(biāo)區(qū)地面標(biāo)高等條件基本一致的情況下，采用傳統(tǒng)的分別計(jì)算法是不安全和不適當(dāng)?shù)?。從本質(zhì)上，為保證高標(biāo)區(qū)、低標(biāo)區(qū)同步達(dá)標(biāo)，同一系統(tǒng)不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)計(jì)算需要對(duì)匯總總管及末端排口（含泵站）的設(shè)計(jì)規(guī)模進(jìn)行放大。節(jié)點(diǎn)流量法、鄧氏計(jì)算法、高標(biāo)計(jì)算法3種方法從原理上都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了匯總總管和末端排口放大的目標(biāo)，只是放大計(jì)算的方式和程度不同。節(jié)點(diǎn)流量法主要適用于包含地道泵站等局部強(qiáng)排的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍較小且明確。鄧氏計(jì)算法和高標(biāo)計(jì)算法是可供選擇的主要方法。從廣義范疇上講，高標(biāo)計(jì)算法可視為鄧氏計(jì)算法的一個(gè)特例，即鄧氏計(jì)算法中低標(biāo)區(qū)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度直接按照高標(biāo)時(shí)計(jì)算，但此時(shí)鄧氏計(jì)算法K值的取值范圍應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步拓展。因?yàn)镵值原先1.2的最高取值主要為針對(duì)上海地區(qū)的情況確定，在進(jìn)一步推廣運(yùn)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)K值的取值進(jìn)行進(jìn)一步分析論證。

　　2 案例研究對(duì)象及方法

　　為對(duì)4種計(jì)算方法進(jìn)行較深入的分析評(píng)價(jià)，本研究選取上海某排水系統(tǒng)進(jìn)行分別計(jì)算，并建立InfoWorks ICM 排水管網(wǎng)模型，對(duì)采用不同計(jì)算方法時(shí)低標(biāo)區(qū)、高標(biāo)區(qū)的排水效果進(jìn)行對(duì)比分析，從而為評(píng)價(jià)和選擇計(jì)算方法提供參考依據(jù)。

　　2.1 研究對(duì)象

　　選取的排水系統(tǒng)位于虹口區(qū)，是北外灘的重要組成部分，服務(wù)面積約201.85 h m2，采用合流制，排水泵站位于系統(tǒng)的南側(cè)，排放出路為黃浦江。該系統(tǒng)以進(jìn)泵站公平路總管為界，劃分為東西兩片，如圖1所示。東西兩片合流總管匯合后，沿公平路向南接入系統(tǒng)泵站。

圖1 研究排水系統(tǒng)的管網(wǎng)布局

　　本研究假設(shè)西側(cè)為低標(biāo)區(qū)（P1=2年），東側(cè)局部為高標(biāo)區(qū)（P2=10年），總管位于低標(biāo)區(qū)。其中高標(biāo)區(qū)面積=57.5 h m2，低標(biāo)區(qū)面積=144.35 h m2，高、低標(biāo)區(qū)的面積比約為1∶2.5。公平路總管為二種重現(xiàn)期區(qū)域的匯合總管，是本次研究的主要對(duì)象。

　　2.2 研究方法

　　由于本研究主要是針對(duì)不同設(shè)計(jì)計(jì)算方案的假定性研究，工程未實(shí)施且不具備數(shù)據(jù)采集條件，因此模型的驗(yàn)證主要根據(jù)前期研究成果進(jìn)行便捷校驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合部分歷史積水資料進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

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編輯：王媛媛