導讀：

　　隨著(zhù)排水系統提標需求的日趨普遍，同一雨水系統采用不同雨水標準的情況日益增多。為此，針對分別計算法、節點(diǎn)流量法、鄧氏計算法、高標計算法等4類(lèi)計算方法開(kāi)展專(zhuān)題研究，通過(guò)對不同設計計算方法的適用性及排水效果比較，為采用不同雨水標準的雨水系統設計提供技術(shù)支撐。

　　引言

　　近年來(lái)，為加強城市排水防澇工作，滿(mǎn)足國家相關(guān)政策和標準的要求，很多城市面臨排水系統提標的迫切需求。根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006，2016年版）：“同一排水系統可采用不同的設計重現期”。許多城市在舊城改造或新建城區時(shí)，兼顧區域重要性、排水安全及工程投資，在同一系統采用不同雨水標準，分期分區域進(jìn)行提標。這使得推理公式法等傳統雨水管網(wǎng)設計計算方法遇到挑戰，難以很好地滿(mǎn)足新情況下的設計需求。但目前國內針對采用不同雨水標準的雨水系統設計計算方法的研究較少，亟需開(kāi)展專(zhuān)題研究，為城鎮排水工程的設計提供技術(shù)支撐。

　　1 不同設計計算方法概述

　　目前，同一排水系統采用不同重現期，在計算匯流后的總管時(shí)，主要有分別計算法、節點(diǎn)流量法、鄧氏計算法、高標計算法等4類(lèi)計算方法。

　　1.1 分別計算法

　　當一個(gè)雨水系統采用不同雨水設計標準，最為簡(jiǎn)便的雨水管道流量設計方法是利用推理公式法，高標、低標地塊按推算的徑流時(shí)間及各自的設計重現期分別計算雨水流量，然后系統總管和雨水泵站采用兩者計算流量的疊加值。這種計算方法默認的前提條件是低標準地塊超出低標準的雨水應該無(wú)法排入雨水系統。但實(shí)際上，當降雨達到高標準時(shí)，低標區也承受同樣標準的降雨，此時(shí)低標準地區的雨水管道會(huì )呈現壓力流，而非設計計算時(shí)默認的重力流。這時(shí)低標準地區雨水管道的過(guò)流能力會(huì )超過(guò)設計計算值，從而擠占匯合總管的排水能力，影響高標準地塊的排水安全。

　　這種方法對于高標區域是不安全的，一般不宜采用。只有當高標區可以?xún)?yōu)先進(jìn)入總管，如高架排水時(shí)，才能高標、低標區同步達到不同的設計標準。

　　1.2 節點(diǎn)流量法

　　節點(diǎn)流量法即當高標區接入低標區時(shí)，將高標區接入點(diǎn)的雨水流量作為節點(diǎn)流量進(jìn)行疊加計算，而不再考慮其雨水流量后續隨徑流時(shí)間的變化。這種方法適用范圍較小，一般適用于高標區以強排方式接入低標區時(shí)（例如地道泵站、社區泵站等）。但對于以自排方式連接高、低標區域的排水系統，這種計算方法與推理公式假定的一些邊界條件是有沖突的，高標區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 鄧氏計算法

　　鄧氏計算法是1985年同濟大學(xué)鄧培德先生提出一種計算方法，考慮到高標設計重現期時(shí)，低標區域管道流量會(huì )超過(guò)設計流量，這部分增量約為原有流量的1.2倍，計算見(jiàn)式（1）：

式中

　　Q——總管雨水設計流量，L/s；

　　K——低標區流量調整系數；當Kq1

　　q——設計暴雨強度，L/(s·hm2)；

　　Ψ——徑流系數；

　　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)考慮了高標時(shí)低標管道的流量增量，相比分別計算法更加合理。

　　1.4 高標計算法

　　高標計算法即在對高標區、低標區匯合后的總管進(jìn)行計算時(shí)，總管管徑按照整個(gè)服務(wù)范圍（含高標壓區和低標區）的高標標準計算確定。本方法計算的管徑偏大，在高重現期降雨時(shí)，高標區可以有較好的排水條件，相對偏保守和安全?？偣転榈蜆藚^預留了較大的容量來(lái)應對高標時(shí)低標區管道實(shí)際輸送的流量明顯高于原設計流量的問(wèn)題，相當于在一定程度上提高了低標區的標準。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，尤其是在低標區面積較大時(shí)。

　　1.5 同一系統不同標準的設計計算本質(zhì)

　　結合上述分析和相關(guān)工程經(jīng)驗，本文認為：在高標區、低標區地面標高等條件基本一致的情況下，采用傳統的分別計算法是不安全和不適當的。從本質(zhì)上，為保證高標區、低標區同步達標，同一系統不同標準的設計計算需要對匯總總管及末端排口（含泵站）的設計規模進(jìn)行放大。節點(diǎn)流量法、鄧氏計算法、高標計算法3種方法從原理上都在一定程度上實(shí)現了匯總總管和末端排口放大的目標，只是放大計算的方式和程度不同。節點(diǎn)流量法主要適用于包含地道泵站等局部強排的系統設計，應用范圍較小且明確。鄧氏計算法和高標計算法是可供選擇的主要方法。從廣義范疇上講，高標計算法可視為鄧氏計算法的一個(gè)特例，即鄧氏計算法中低標區設計暴雨強度直接按照高標時(shí)計算，但此時(shí)鄧氏計算法K值的取值范圍應當進(jìn)一步拓展。因為K值原先1.2的最高取值主要為針對上海地區的情況確定，在進(jìn)一步推廣運用時(shí)，應當對K值的取值進(jìn)行進(jìn)一步分析論證。

　　2 案例研究對象及方法

　　為對4種計算方法進(jìn)行較深入的分析評價(jià)，本研究選取上海某排水系統進(jìn)行分別計算，并建立InfoWorks ICM 排水管網(wǎng)模型，對采用不同計算方法時(shí)低標區、高標區的排水效果進(jìn)行對比分析，從而為評價(jià)和選擇計算方法提供參考依據。

　　2.1 研究對象

　　選取的排水系統位于虹口區，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，排水泵站位于系統的南側，排放出路為黃浦江。該系統以進(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泵站。

圖1 研究排水系統的管網(wǎng)布局

　　本研究假設西側為低標區（P1=2年），東側局部為高標區（P2=10年），總管位于低標區。其中高標區面積=57.5 h m2，低標區面積=144.35 h m2，高、低標區的面積比約為1∶2.5。公平路總管為二種重現期區域的匯合總管，是本次研究的主要對象。

　　2.2 研究方法

　　由于本研究主要是針對不同設計計算方案的假定性研究，工程未實(shí)施且不具備數據采集條件，因此模型的驗證主要根據前期研究成果進(jìn)行便捷校驗，同時(shí)結合部分歷史積水資料進(jìn)行進(jìn)一步驗證。

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編輯：王媛媛