雨水調(diào)蓄系統(tǒng)設(shè)計難點分析

周 君

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

近些年城市內(nèi)澇問題越來越受到人們關(guān)注，海綿城市建設(shè)已從試點城市推廣到全國。雨水調(diào)蓄是實現(xiàn)“海綿城市”的重要舉措之一，具有削減峰值流量的作用，對減少城市內(nèi)澇具有重大意義。但在實際設(shè)計過程中，由于設(shè)計失誤導(dǎo)致雨水調(diào)蓄池起不到應(yīng)有的作用，現(xiàn)對雨水調(diào)蓄系統(tǒng)的部分設(shè)計難點進行分析。

1 雨水調(diào)蓄池的有效容積計算

根據(jù)GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》第4.3.8條，蓄池容積宜根據(jù)設(shè)計降雨過程變化曲線和設(shè)計出水流量變化曲線經(jīng)模擬計算確定，資料不足時可采用式（1）計算：

式中，Vt為調(diào)蓄排放系統(tǒng)雨水儲存設(shè)施的儲水量（m3）；tm為調(diào)蓄池蓄水歷時（min），不大于120min；Q為調(diào)蓄池上游設(shè)計流量（L/s）；Q'為出水管設(shè)計排水流量（L/s）。

式中，ψ為流量徑流系數(shù)；q為設(shè)計暴雨強度，L（/s·hm2）；F為匯水面積，hm2；

Q'可通過公式（2）求出，并非唯一定值，可取下游管道收納能力，但tm調(diào)蓄池蓄水歷時取值隨意性較大，用此公式求出的調(diào)蓄池容積可選擇范圍較大。

根據(jù)規(guī)范GB 50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》（2016版）第4.14.5條，在計算削減排水管道洪峰流量時，雨水調(diào)蓄池的有效容積可按式（3）計算：

式中，V為調(diào)蓄池有效容積（m3）；a為脫過系數(shù)，為調(diào)蓄池下游設(shè)計流量和上游設(shè)計流量之比；Q為調(diào)蓄池上游設(shè)計流量（m3／min）；b、n 為暴雨強度公式參數(shù)；t為降雨歷時（min）。

根據(jù)此公式，Q、b、n為定值，但 a、t取值隨意性較大，用此公式求出的調(diào)蓄池容積可選擇范圍較大。

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，設(shè)計容積設(shè)計調(diào)蓄容積一般采用容積法進行計算，公式如下：

式中，V為設(shè)計調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計降雨量，mm；ψ為綜合雨量徑流系數(shù)，進行加權(quán)平均計算；F為匯水面積，hm2。

根據(jù)公式H、ψ、F均為定值，設(shè)計人員通過此公式求得的調(diào)蓄池容積較為明確。故推薦用此公式計算調(diào)蓄池容積，用其他兩個公式進行容積校核。

2 雨水調(diào)蓄池棄流井的設(shè)置

雨水調(diào)蓄池與雨水回用池均可收集雨水，但其作用及出發(fā)點完全不同。雨水調(diào)蓄池的主要作用是削減峰值流量，收集大于下游收納能力的雨水量，而雨水回用的主要作用是對雨水進行收集回用。因此雨水調(diào)蓄池與雨水回用選的棄流井應(yīng)該不同，如圖1，2所示，但很多設(shè)計人員在設(shè)計時并未加以區(qū)分，現(xiàn)對該兩種情況進行分析。

圖1 棄流井1

圖2 棄流井2

對于棄流井1，僅對最大流量超過下游管道收納能力的流量進行收集，則雨水調(diào)蓄池容積如圖 3a 陰影部分所示，這也是計算雨水調(diào)蓄池容積的計算公式，是使調(diào)蓄池具有削減洪峰的最小體積。若采用圖2所示棄流井2，雨水會優(yōu)先進入調(diào)蓄池，直到調(diào)蓄池充滿雨水，若此時滿足削減洪峰的作用，雨水調(diào)蓄池容積則，顯然V2遠大于V1，從工程建造成本上來說，建造V2大小的雨水調(diào)蓄池會造成巨大的成本浪費。實際上，很多設(shè)計人員在棄流井的選擇時采用棄流井2，而調(diào)蓄池體積采用V1則產(chǎn)生如圖3b所示情況，則會出現(xiàn)調(diào)蓄池在降雨歷時為t時充滿，此時雨水調(diào)蓄池V3=V1＜V2，對應(yīng)的降雨歷時t6位于t2與t4之間，則對應(yīng)的溢流量q3大于下游管道收納能力q1，此時調(diào)蓄池失去調(diào)節(jié)洪峰的作用。故在設(shè)置雨水調(diào)蓄池棄流井時需按照棄流井1設(shè)置。

圖3 流量降雨歷時關(guān)系

3 對調(diào)蓄池的有效高度理解有誤

根據(jù)《矩形鋼筋混凝土蓄水池》標準圖集得出調(diào)蓄池剖面如圖4所示，很多設(shè)計人員誤以為調(diào)蓄池的有效高度應(yīng)是從進水管至調(diào)蓄池底的高度，此部分被認為進水管之上的空間無法利用，這是不準確的，當室外檢查井的水面高度超過調(diào)蓄池頂高度時，則調(diào)蓄池進水管以上的空間會充滿，應(yīng)該算作調(diào)蓄池的有效容積。調(diào)蓄池的有效高度應(yīng)該為H，而非H3+H4，若把調(diào)蓄池的有效高度當作是H3+H4，則會增加工程造價。

圖4 調(diào)蓄池

4 雨水調(diào)蓄池出水管的設(shè)置

在對出水管設(shè)計時未進行嚴格計算，而是認為出水管徑越大越好，現(xiàn)對此情況進行分析。雨水調(diào)蓄池出水管分為壓力出水和重力出水2種情況。

4.1 壓力出水

對于壓力出水，管道出水流量Q如公式（5）所示：

式中，D為管道直徑，m；V為管道流速，m/s；q1為下游管道的收納能力，m3/s，根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》第4.2.9條，排水管道采用壓力流時，壓力管道的設(shè)計流速宜采用0.7～2.0m/s。

雨水調(diào)蓄池若要滿足削減雨水洪峰的作用，則需要滿足出水流量Q≤q1，則，故若在實際工程設(shè)計中，所取出水管管徑大于D，則Q＞q1，故在壓力出水的情況下出水管徑選擇過大會造成出水流量大于下游管道的收納能力。

4.2 重力出水

對于此時出水流量計算如式（6）所示：

式中，Q為調(diào)蓄池出水流量，m3/s；D為管道直徑，m；Cd為孔口流量系數(shù)，取μ=0.62；A為孔口過水斷面，m2；△H為孔口淹沒水深，m；g 為重力加速度，9.81m/s2。

雨水調(diào)蓄池若要滿足削減雨水洪峰的作用，則須保證出水流量 Q≤q1，即。若在實際工程設(shè)計中，所取出水管管徑大于管道直徑D，則Q＞q1。因此在重力出水的情況下，管徑選擇過大會造成出水流量大于下游管道的收納能力。

5 重力出水管與壓力出水管選擇

很多設(shè)計人認為若調(diào)蓄池底部標高低于室外溢流檢查井標高，則采用提升泵抽排，此種設(shè)計從技術(shù)上可行，但并不節(jié)能。由圖4可知，可在室外溢流檢查井之上的高度增加1條重力出水管，重力出水管以上水位的雨水可通過重力流出。現(xiàn)對此種情況進行分析，設(shè)調(diào)蓄池的長寬高分別為L、B、H，總排出時間為T，以廣州為例，根據(jù)《廣州市建設(shè)項目雨水徑流控制辦法》第10條雨水調(diào)蓄設(shè)施應(yīng)當具有削減雨水洪峰徑流功能，并可以在12h內(nèi)排到最低水位，則T≤12h，又根據(jù)管道出水流量需不大于下游管道收納能力q1，得出，則有，出水管的平均流量，設(shè)壓力出流管管徑為d1，重力出水管管徑為d2，則，則壓力出水管管徑，對于重力出水，此時出水流量，根據(jù)圖4，孔口淹沒水深H的取值為0≤H≤H2，當H=H2時，出水流量，則。

6 結(jié)語

雨水調(diào)蓄可有效防止城市內(nèi)澇，也是建設(shè)海綿城市的重要組成部分，雨水調(diào)蓄池合理化的設(shè)計不僅能起到削減洪峰的作用，還能降低工程總造價。為方便設(shè)計人員更好地設(shè)計雨水調(diào)蓄池，提出以下建議：①應(yīng)該選擇合理的棄流井；②調(diào)蓄池的有效高度與進水管的標高無關(guān)；③出水管管徑不能選擇過大；④在有條件的情況下增加一條重力出水管。