港口雨水系統設計要點探討

張俊鋒 ，張守華 （中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

雨水排水系統是港口工程的重要組成部分，一方面港區積水造成正常生產中斷，影響整個港區運行；另一方面，港區長期積水會降低港區道路、堆場及一些大型生產場地的基土的強度，造成上層結構的整體破壞，影響整個港區生產安全。根據碼頭的使用功能，可以將港區分為散貨（主要指煤及礦石類）、集裝箱、件雜及旅游等類別。針對不同港區，科學合理的進行雨水系統設計是整個港口工程建設的重要組成部分。

1 港區徑流雨水量計算

散貨碼頭后方陸域因為工藝的特殊性，其徑流雨水量計算與其它形式港區的計算存在一定的差異。其場徑流雨水量計算公式：

式中：Q—徑流雨水量，m3；φ—徑流系數，取0.1～0.2；H—多年最大日降雨的最小值，m；F—匯水面積，m2。

其余港區的雨水設計流量，普遍采用的是推理公式：

式中：Q—雨水設計流量,L/s；q—設計暴雨強度,L/（s·hm2）；φ—徑流系數；F—匯水面積，hm2。

在進行散貨碼頭堆場徑流雨水量的計算時，徑流系數的選取人為因素影響較大。依據《港口工程環境保護設計規范》（JTS 149-1-2007）4.3.2規定，散貨堆場徑流系數取0.1～0.2。該徑流系數為堆場滿載工況下的數據，而實際中散貨堆場往往貨物不能滿載，甚至是空貨的狀態。目前，國內散貨堆場鋪面形式一般采用聯鎖塊或六面塊進行鋪面，在空貨狀態下，聯鎖塊或六面塊徑流系數可參照大塊石鋪砌路面取0.65。空貨與滿貨狀態的徑流系數差別較大，如果設計過程中，堆場徑流系數取滿貨狀態0.1～0.2，會導致計算雨水量較實際雨水量小，造成散貨堆場經常性積水。因此，散貨堆場雨水設計過程中，應盡量了解后期堆場運行情況，采用較為合理綜合徑流系數進行余量計算。

常用的管材對照表 表1

2 排水管渠系統設計

2.1 管渠系統選擇

目前，港區雨水排水設計普遍采用兩種形式,即采用雨水口收集，通過重力流埋地敷設排水管集中排放和采用排水溝收集排水的形式。前者適用范圍較廣泛，且由于排水管暗敷，占用地面空間較小，但該系統存在施工相對較復雜，后期維護管理較難，工程造價較高等缺點；在港口工程中，排水溝排水形式主要應用于散貨堆場雨水收集，排水明溝不但對散貨堆場的雨水收集效率較高，而且降低了運行期因物料堵塞雨水排水系統的工程量。

2.2 管材的選擇確定

對于港口工程中，排水管材的選用，應從管道綜合造價、地質條件、安全性能等方面考慮。目前，市場中管材種類較多，既有傳統鋼筋混凝土管材，又有新型塑料管及鋼塑復合管，因此，管材的選用應考慮各種管材優、缺點及項目情況而定。將港區排水工程中較為常用的管材種類的技術性能情況列表比較，見表1。

從表1中可以看出，傳統鋼筋混凝土類的管材綜合造價最低，而塑料排水管雖然造價較高，但塑料管施工及維護較方便、簡單。在要求嚴格控制投資的工程項目中，排水管道仍然優先考慮鋼筋混凝土管道。但新型管材有抗沉降性能、管材輕便以及施工快速等優點，在地質條件差的地方有自身的優越性。

3 雨水口的設計

3.1 雨水口的選型

常見雨水口類型主要有平箅式雨水口、立式雨水口及聯合式雨水口3種。平箅式雨水口又可以分為地面平箅式和有緣平箅式雨水口，其中地面式雨水口主要用于較為平坦的海工基地的總裝場地、港區生活區的廣場、無路緣石的道路及易積水的地勢低洼處，但平箅式雨水口設置于離車道邊緣，長期被港區流動機械碾壓而損壞，并且容易被散貨物料堵塞，影響港區道路使用；有緣平箅式雨水口主要應用于港內有路緣石的道路。立式雨水口亦適用于有路緣石且有較多雜物的路段或場地，該種雨水口的進水面一般低于道路路面，可以有效預防港區垃圾及散貨物料堵塞箅隙。聯合式雨水口適用于徑流量集中且雜物較多的帶路緣石的道路。

港口常見類型雨水口的應用情況 表2

3.2 雨水口的設置位置

雨水口的主要功能收集地面雨水，設置位置對雨水口的收集效率有較大影響，為保證雨水口迅速有效的收集地面雨水，其設置位置一般遵循以下原則：

①道路低洼處和匯水點。雙向坡路面應在路的兩邊設置，單向坡路面應在道路低的一面設置。

②道路的交匯處和側向支路上、能截留雨水徑流的位置。

③不宜設置在建筑物的入口、建筑物雨水落管地面排水點附近以及建筑物前后空地和綠地的低洼點等處。

④大板、總裝場地及停車場的適當位置及低洼處，地下車道的入口處。

⑤引橋的起點處。

3.3 雨水口泄水能力確定

3.3.1 平箅式雨水口

平箅式雨水口為頂部進水，雨水常常漫過雨水口箅隙，此種雨水口的泄水能力可以采用孔口出流公式計算：

其中：Q2為單個雨水口泄水能力，(m3/s)；μ為孔口流量系數，此處可取0.60；ω為雨水口箅隙有效面積，(m2)；h為允許雨水口箅前水深，一般為 0.02～0.06m；g為重力加速度，(m/s2)，c雨水口堵塞系數。

3.3.2 立式雨水口

立式雨水口為側向進水，因此計算其泄水能力時可以采用堰流公式：

其中：Q2為單個雨水口泄水能力，(m3/s)；σ為流量系數，此處可取0.40；L1為雨水口箅隙長度，m；H0為雨水口側箅水深，m；g為重力加速度，(m/s2)；c雨水口堵塞系數。

常見雨水口設計泄水能力 表3

3.4 雨水口截流效率確定

雨水口的截流效率與道路的縱坡有密切的聯系，當道路的縱坡小于0.3%時，路面雨水的縱向流動流速較小，路面雨水主要依靠路面雨水口排放，形成超越流量較難，此時可視雨水口的截流效率ξ可取值為100%。

當道路的縱坡0.3%與2%之間0.3%與2%之間時，路面雨水的縱向流動較大，一部分的雨水被雨水口截流，另一部分雨水越過雨水口順流向下，匯集至低洼處。此時雨水口的截流效率ξ可取值為75%～90%。在實際工程設計中，在此種情況下，需要對雨水口進行改造，采取必要措施，增加其截流效率，并在雨水匯集處增加雨水口的尺寸和數量。

當路面縱坡大于2%時，雨水沿道路縱向形成急流狀態，并在雨水口處部分雨水形成跳躍，該種狀態造成雨水口泄水能力大大降低，此種情況下雨水口的截流效率ξ一般低于75%，容易在港區低洼處形成較大面積的積水，若低洼處無有效的排水措施，將會出現嚴重積水現象。

3.5 雨水口間距的確定

雨水口設置間距的確定主要與單位面積雨水匯流流量Q1和雨水口的截流能力Q2有關。為簡化計算，視單個雨水口的排水面積形狀為矩形。假設雨水口服務區域垂直與道路縱坡方向的寬度為B；另根據《室外排水設計規范》2016版規定，雨水口設計泄流量應為雨水管渠設計重現期計算流量的1.5～3倍，則雨水口設置間距可表示為：

5 結語

總之，在進行港區雨水排水設計時，既要滿足現行各項設計規范的基礎上進行科學合理的設計，又要考慮工程項目的實際情況，這樣才能設計出服務于港區、安全可靠的排水系統。

[1]嚴煦世，劉遂慶.給水排水管網系統[M].2008.

[2]JTS149-1-2007，港口工程環境保護設計規范[S].北京:人民交通出版社，2012.

[3]李志勇.道路雨水口排水能力分析[J].西部探礦工程，2006.10.

[4]胡維芬.城市道路排水設施水力特性研究[D].天津大學，2009.

[5]GB 50014-2006，（2016 年版）室外排水設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2016.