關于城鎮道路雨水口布置間距、數量設計計算的探討

王紀軍

（鄭州市市政工程勘測設計研究院，河南 鄭州450046）

0 引言

雨水口是城鎮道路上常見的排水設施，是城市雨水排放系統的收集裝置。雨水首先要經雨水口收集后才能進入雨水口連接管，通過雨水主管渠排放至下游水體。雨水口布置數量、位置直接影響路面雨水的排除。數量不足、布置不當，易造成路面積水，給市民出行造成不便，帶來安全隱患，影響城市形象。

有關城鎮道路雨水口的數量、布置間距，我國《室外排水設計規范》（GB500 14—2006）（2016 版）規定：“雨水口的型式、數量和布置，應按匯水面積所產生的流量、雨水口的泄水能力及道路型式確定”“雨水口和雨水連接管流量應為雨水管渠設計重現期計算流量的1.5～3 倍（本文以下稱該系數為Kh）”“雨水口的間距宜為25～50 m”。

一般具體設計時：首先采用推理公式法計算雨水設計流量，考慮系數Kh后，根據所采用雨水口的設計過流量，確定雨水口數量；雨水口間距按照規范規定的范圍選取，沿道路縱向每隔一定距離布置，同時在道路縱向、交叉口、單位小區出入口等局部最低點處布置雨水口。

推理公式法雨水流量計算公式為[1]：

式中：Ψ 為徑流系數；q為設計降雨強度，L/（s·hm2）；F為匯水面積，hm2。

近年來，關于設計重現期標準、匯水面積、徑流系數等與設計雨水流量相關的因素已進行了大量的研究并引起高度重視，本文不再贅述。本文擬在已確定合理設計重現期標準、匯水面積、雨水流量的前提下，為進一步精細化設計，改善市民出行體驗，減少安全隱患，在參考相關規范進行理論計算分析的基礎上，結合實際工程設計需要，對雨水口布置間距、數量定量計算等進行分析探討。

1 雨水口間距與橫向水面寬度

1.1 橫向水面寬度

雨水口是按一定的間距布置，其收水是一種點狀收水方式。降雨期間，其匯水區內雨水沿道路橫向、縱向坡度以地面徑流的形式匯入雨水口。

橫向，雨水口布置于道路橫向最低點，一般位于主路面路緣石邊緣。

縱向，按其功能可分為二類：一類為沿道路縱向每間隔一定距離布置的雨水口，主要截留該雨水口上游沿道路縱向匯流的雨水，縱向只收集一個方向的雨水，稱截水點雨水口；另一類為布置于道路局部最低點的雨水口，縱向接收兩個方向的雨水，稱匯水點雨水口。常見的道路局部最低點有道路縱向局部最低點，道路交叉口、單位小區出入口交叉口形成的局部最低點等。圖1 為雨水地面徑流平面示意。

雨水地面徑流沿道路橫向縱向坡度匯流至道路橫向最低點路緣石邊緣，在道路邊緣部分會形成一定的水面寬度，以三角形淺邊溝的地面徑流形式，沿道路縱向坡度流向雨水口。常見淺邊溝在橫斷面上，一條邊為豎直方向的側邊石，另一條邊為路面。路面線形可能是單一坡度型、復合坡度型或者拋物線型。圖2 為淺邊溝過水斷面示意。

圖1 雨水地面徑流平面示意圖

圖2 淺邊溝過水斷面示意圖

雨水地面徑流沿道路邊緣三角形淺邊溝的水面寬度T稱為橫向水面寬度。兩雨水口之間橫向水面寬度由窄變寬，至下游雨水口前達到最大值，如圖1 路緣石邊緣填充部分所示。

1.2 橫向水面寬度的計算方法和主要影響因素

有關淺邊溝的水力計算，《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）[2]給出了單一橫坡的淺三角形溝或過水斷面的排水能力計算公式：

式中：h為溝或過水斷面的水深，m；I為水力坡度，可取道路縱向坡度Si；ih為溝或過水斷面的橫向坡度，可取道路橫向坡度Sx；n為溝粗糙系數，瀝青路面（光滑）0.013。

深寬比小于1∶6 的淺溝計算泄水能力乘以1.2。以路面線形為單一坡度型為例，橫向水面寬度

根據該公式計算，相同道路橫向坡度，相同邊溝流量（Qc=20 L/s），不同道路縱向坡度，橫向水面寬度、淺溝水深見表1。

表1 相同邊溝流量不同道路縱向坡度，橫向水面寬度、淺溝水深計算結果

相同道路橫向坡度、縱向坡度，不同邊溝流量時，橫向水面寬度、淺溝水深見表2。

表2 相同縱向坡度不同邊溝流量，橫向水面寬度、淺溝水深計算結果

由計算公式可知，影響橫向水面寬度的主要因素有邊溝流量、道路橫向坡度、道路縱向坡度。由表1、表2 的計算結果可見：相同道路橫向坡度，相同設計流量（邊溝流量）情況下，道路縱向坡度越小，橫向水面寬度越寬；相同道路橫向坡度，相同道路縱向坡度情況下，邊溝流量越大，橫向水面寬度越寬。工程實際常見設計流量0.02～0.05 m3/s之間，道路橫向坡度0.015，縱向坡度0.003～0.03之間，橫向水面寬度1.623～3.523 m。

1.3 分析與探討

（1）雨水口間距，是兩個雨水口之間的距離，也是下游雨水口匯水區的長度，與匯水面積正相關，也與設計雨水流量（邊溝流量）正相關。雨水口滿足其流量要求，可以通過增加一個位置雨水口的數量（設計過流量）來實現，但較大的設計雨水流量意味著道路邊緣三角形淺邊溝較寬的水面寬度，因此雨水口布置間距與橫向水面寬度密切相關。

（2）《室外排水設計規范》（GB500 14—2006）（2016 版）中沒有設計重現期標準狀態下有關雨水地面徑流橫向水面寬度的規定。規范對城市內澇防治重現期標準狀態下，規定了“道路中一條車道的積水深度不超過15 cm”的地面積水標準，但城市內澇防治重現期和設計重現期是兩個不同的標準，前者比后者高很多。《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）有類似規定，規定“設計降雨條件下，高速公路及一級公路的設計積水寬度不得超過右側車道外邊緣;二級及二級以下公路不得超過右側車道中心線”。一級公路其右側車道外硬路肩的寬度一般值為3 m,最小值為1.5 m,主要通行小客車時右側硬路肩也可采用2.5 m，公路車道寬度一般是3 m，則規定設計降雨條件下，一級公路積水寬度不超過1.5～3 m，二級及二級以下公路3～4.5 m。因此，為保障安全，減少對交通出行的影響，城鎮道路地面徑流橫向水面寬度，在設計重現期標準狀態下也應控制在一定范圍。在相關規范明確之前，筆者建議，參考公路規范，結合目前工程實際（常見雙箅多箅布置，不同縱向坡度橫向水面寬度）以及圖集《雨水口》[3]中設計過流量為對應箅前水深40 mm 的情況，對于雨水口位于機動車道的城鎮道路，橫向水面寬度控制在2.67 m 以內。

（3）具體工程設計中，重現期標準、道路寬度（匯水面積）、徑流系數一定的情況下，可以通過設定的橫向水面寬度指標定量計算出雨水口布置間距。首先根據橫向水面寬度控制指標，通過公式（2），計算出邊溝流量；再根據公式（1）計算出設計重現期標準狀態下匯水面積，由是確定雨水口的間距。對應的設計雨水流量的變化通過增減雨水口數量（設計過流量）來滿足。

（4）根據橫向水面寬度定量計算確定雨水口間距，由以上公式（1）、（2）可知，雨水口間距與道路縱向坡度正相關，與設計降雨強度、道路寬度（匯水面積）、徑流系數、道路橫向坡度負相關。這與《室外排水設計規范》（GB500 14—2006）（2016版）中有關雨水口布置間距原則的規定是一致的。

（5）雨水口收水是一種點狀收水的方式，地面徑流橫向水面寬度的控制標準與道路類型、出行需求有密切關系。對于雨水口位于通行機動車道路面的城鎮道路類型，參照公路規范，將橫向水面寬度控制在2.67 m 以內，正常情況下是可以接受的，一般也能同時滿足更高標準的內澇高重現期狀態下規范要求的“道路中一條車道的積水深度不超過15 cm”的要求。但是，對于像步行街、雨水口位于非機動車道等這一類城鎮道路，設計重現期標準狀態下，橫向水面寬度若扔控制在2.67 m,顯然會對行人、非機動車通行造成較大影響，橫向水面寬度宜選取較小的數值。以上情況如何確定適宜的雨水口布置方式，乃至是否采用線狀排水、優化道路斷面等措施，以盡可能改善雨天市民出行的體驗，減少安全隱患，是設計時應引起高度重視，需要重點考慮的問題。

2 雨水口數量與截流率

2.1 截流率

雨水口的型式常見的有立箅式、平箅式、偏溝式、聯合式，目前工程設計中，大多選用國家建筑標準設計圖集《雨水口》中的型式。聯合式雨水口為立箅式和偏溝式雨水口的組合，本文以常見的有代表性立箅式、偏溝式雨水口的情況進行分析。雨水口尺寸、設計過流量等均采用圖集《雨水口》的數值。

由前文所述，雨水口收水時，雨水地面徑流沿道路邊緣有一定的橫向水面寬度和一定的流速。對于立箅式雨水口，邊溝導向雨水口的水流一部分進入雨水口，一部分從箅子側面超越流過。對于偏溝式雨水口，當邊溝水面擴展超過箅子寬度時，邊溝導向雨水口的水流一部分從箅子側面超越流過。從箅子的正上游部位流來正面水流，由于有一定的流速，一部分進入雨水口，也有一部分從箅子正上方超越通過。若完全截留需要雨水口有足夠的長度、寬度。雨水口收水流量與來水流量（即邊溝流量、設計雨水流量）的比值為雨水口截流率。

劉雷斌等[4]通過水工模擬平臺模擬，主路路面11.5 m 寬，道路橫向坡度1.5%，道路縱向坡度0.3%。實測，立箅式單箅雨水口：模擬降雨量為15 L/s時，收水量為12 L/s；偏溝式單箅雨水口：模擬降雨量為25 L/s 時，收水量為20 L/s。

2.2 截流率計算方法和主要影響因素

《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）中有截流率的概念。對于開口式泄水口（型式與立箅式雨水口接近），規范沒有給出計算公式，并因公式較繁瑣，規范僅在附錄C 給出“開口式泄水口截流率計算諾模圖”查取。對于格柵式泄水口（型式與偏溝式雨水口接近），規范中“格柵的泄水量可利用淺三角形溝或過水斷面的流量計算公式，先確定其過水斷面后，按格柵寬度所截取的過水斷面面積確定”的規定，僅設定正面流截流率為1，沒有考慮側面收水，反映不出道路縱向坡度對截流率的影響，是一種簡化的計算方式。

同濟大學李志勇[5]、李樹平[6]等學者對國內外有關雨水口截流率的計算方法進行了研究，與他們類似，本文采用美國華盛頓特區聯邦公路管理局公路路面排水水力計算公告[7]中截流率的計算公式。

立箅式雨水口截流率計算公式：

式中：L為截留全部流量所需立箅式雨水口長度，m；LT為實際雨水口長度，m。

截留全部流量所需立箅式雨水口長度：

式中：K為單位轉換常數0.817；Q為設計雨水流量，m3/s；Si為道路縱向坡度；Sx為道路橫向坡度；n為曼寧系數。

根據以上公式計算，計算立箅式雙箅雨水口，設計雨水流量相同，雨水口長度相同LT=1580 mm（此時，雨水口設計過流量為設計雨水流量的1.5倍），不同道路縱向坡度情況下截流率見表3。

表3 立箅式雙箅雨水口相同設計雨水流量不同道路縱向坡度截流率計算結果

根據以上公式計算立箅式四箅雨水口，設計雨水流量相同（T不大于2.667 m），雨水口長度LT= 3160 mm 相同（此時，雨水口設計過流量為設計雨水流量的2 倍），不同道路縱向坡度情況下截流率見表4。

表4 立箅式四箅雨水口相同設計雨水流量不同道路縱向坡度截流率計算結果

偏溝式雨水口截流率計算公式：

式中：Rf為雨水口正面截流率；Rs為雨水口側面截流率；E0為雨水口處正面流量與邊溝流量的比值，m/s。

其中雨水口正面截流率：

式中：v為邊溝流速，m/s；v0為出現濺越時的臨界邊溝流速，v0= 6 m/s。

邊溝流速v：

側面截流率：

式中：L為箅子長度，m。

正面流量與邊溝流量的比值：

式中：T為路面橫向水面寬度，m；W為箅子寬度，m。

根據以上公式，計算偏溝式雙箅雨水口，設計雨水流量（邊溝流量）相同（T不大于2.667 m），雨水口長度LT=1500 mm 相同（此時，雨水口設計過流量為設計雨水流量的1.5 倍）。不同道路縱向坡度,截流率見表5。

表5 偏溝式雙箅雨水口相同設計雨水流量不同道路縱向坡度截流率計算結果

計算偏溝式四箅雨水口，設計雨水流量（邊溝流量）相同（T不大于2.667 m），雨水口長度LT=3000 mm 相同（此時，雨水口設計過流量為設計雨水流量的2 倍），不同道路縱向坡度情況下截流率見表6。

表6 偏溝式四箅雨水口相同設計雨水流量不同道路縱向坡度截流率計算結果

以上計算“雨水口設計過流量”采用的是圖集《雨水口》中“箅前水深40 mm，道路橫坡0.15，道理縱坡0.002～0.035 之間”推薦的常規數值。

由以上計算結果可見，工程實際中常見的截水點雨水口雙箅及四箅的布置，均不能全部收水，有跨越流量。相同雨水口數量（長度），截流率隨道路縱向坡度增大而降低，雨水口設計過流量為設計雨水流量的1.5 倍、2 倍時，較大縱坡的雨水口截流率也是較低的數值。

由計算公式可知，對于立箅式、偏溝式雨水口，影響截流率的主要因素有設計雨水流量、道路橫向坡度、道路縱向坡度、雨水口型式。截流率與設計雨水流量、道路縱向坡度負相關，與道路橫向坡度、雨水口長度正相關。偏溝式雨水口截流率還與橫向水面寬度負相關。

2.3 分析與探討

（1）截水點雨水口沒有截流的雨水，沿路邊緣三角邊溝流向下一雨水口，因此，下一雨水口設計匯流水量除其本身間距范圍雨水流量外還應包括上一截水點雨水口未截流雨水流量，路段局部低點匯水點雨水口更應如此。若雨水口數量計算時沒有考慮未截流水量，整個匯水區各截水點雨水口未截流雨水流量逐步累積，最終全部匯集至道路局部低點。設計降雨強度標準狀態下，設Ep為平均截流率，則有接近（1-Ep）倍主管渠設計流量的雨水匯聚至最低點，從表3～表6 截流率數值可以看出，這是一個較高的比例，這也是實際中道路縱向坡度較大、收水距離較長的路段較易出現短時積水現象的主要原因。

（2）在由橫向水面寬度控制指標，通過公式（2）計算出允許邊溝流量（設計雨水流量）的基礎上，再通過公式（3）～（9），計算出此邊溝流量，一定截流率下，所需的雨水口長度，由是得出所需的雨水口數量。未截流雨水量計入下一雨水口設計雨水流量。

（3）截水點雨水口具體的截流率控制數值，應根據下游特別是最低點即匯水點雨水口負荷、布置條件（需要雨水口數量過多，無法布置）、路段長短、積水風險大小以及工程經濟等因素綜合考慮。理想的布置情況是從第一個截水點雨水口開始，控制合適的截流率，雨水口間距逐漸減少，數量逐漸增加，以合適的水面寬度，較小的未截流水量，至最低點匯水點雨水口；也可采取接近最低點的截水點雨水口增加雨水口數量（長度），減少間距（設計流量），提高截流率，減輕最低點負荷的方法；若路段較短，還可以采取在最低點集中收水的方式，具體可以按照公式一步步計算評估，最終根據計算出的所需要雨水口長度，確定雨水口數量。由于隨重現期標準、道路情況、雨水口型式等不同，類型較為繁雜，本文不再展開討論。

（4）從以上計算及分析可以看出，將通過截流率公式計算出的雨水口數量，折算成對應的單箅多箅雨水口的設計過流量，與設計雨水流量對比，其數值大于1。這與《室外排水設計規范》（GB500 14—2006）（2016 版）“雨水口和雨水連接管流量應為雨水管渠設計重現期計算流量的1.5～3 倍”的規定是一致的。在考慮堵塞因素（平箅50%，立箅10%）之外，通過截流率公式，計算確定需要的雨水口數量（長度），定量考慮了設計雨水流量、道路橫向坡度、道路縱向坡度、雨水口寬度等因素，比憑經驗在1.5～3 之間選取Kh值，通過固定的雨水口設計過流量換算來確定數量，減少了盲目性。

3 結 語

（1）雨水口收水是一種點狀收水的方式，雨水地面徑流匯入雨水口時沿道路邊緣形成的三角形淺溝有一定的橫向水面寬度。為保障交通出行，減少安全隱患，設計重現期標準狀態下，應根據道路類型，將橫向水面寬度控制在一定范圍。設計重現期標準、道路形式一定的情況下，橫向水面寬度與雨水口間距密切相關。以橫向水面寬度作為主要控制指標計算確定的雨水口間距，和室外排水等規范所規定的雨水口間距布置原則是一致的，定量考慮了設計雨水流量、道路橫向坡度、道路縱向坡度等因素，減少了憑經驗取值的盲目性。橫向水面寬度可按照《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）中相關公式計算。

（2）沒有足夠的寬度與長度，一般雨水口不能完全收水，有跨越水量，雨水口收水流量與來水流量（設計雨水流量、邊溝流量）的比值為雨水口截流率。通過截流率公式計算雨水口數量，和室外排水等規范中有關雨水口設計過流量應Kh倍設計雨水流量的規定、意圖是一致的。其定量考慮了設計雨水流量、道路橫向坡度、道路縱向坡度、雨水口長度、寬度等因素，減少了憑經驗取值的盲目性。在目前尚無成熟計算公式的情況下，雨水口截流率可以參考本文中公式（3）～（9）計算。

（3）設計降雨強度標準狀態下，截水點雨水口沒有截流的雨水，沿路邊緣三角邊溝流向下一雨水口。下一雨水口設計雨水流量除其本身間距范圍匯流雨水流量外，還應包括上一截水點雨水口未截流雨水流量，確定路段局部最低點的匯水點雨水口（包括雨水口連接管）設計流量時更應特別注意。

（4）雨水口布置間距、數量還受其他諸多因素的影響，由于篇幅所限，本文僅計算分析至設計雨水流量的層次。本文計算公式也是參考的相關規范，其和城鎮道路的情況會有一些差異。具體設計，雨水口數量、布置間距還需結合各地具體的重現期標準、暴雨強度、道路形式、雨水口型式、做法等情況分析計算。希望本文能起到拋磚引玉的作用，在加強水力模型研究和水工試驗的基礎上，總結制定出城鎮道路排水的橫向水面寬度、雨水口截流率控制標準、計算方法，定量計算確定雨水口布置間距、數量，以更加精細的設計，盡可能減少路面積水，盡量改善市民出行體驗，減少安全隱患。

（5）通過本文以上的分析與探討也可以看出，執行低影響開發策略，采用海綿城市建設中下沉式綠化帶、排水U 型槽、生態邊溝等措施，是解決城鎮道路橫向水面寬度、雨水口截流率等問題的合理有效途徑。