規範說「同一排水系統可採用不同設計重現期」 到底怎麼做?

北極星水處理網訊:導讀：

隨著排水系統提標需求的日趨普遍，同一雨水系統採用不同雨水標準的情況日益增多。為此，針對分別計算法、節點流量法、鄧氏計算法、高標計算法等4類計算方法開展專題研究，通過對不同設計計算方法的適用性及排水效果比較，為採用不同雨水標準的雨水系統設計提供技術支撐。

引言

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

1 不同設計計算方法概述

目前，同一排水系統採用不同重現期，在計算匯流後的總管時，主要有分別計算法、節點流量法、鄧氏計算法、高標計算法等4類計算方法。

1.1 分別計算法

當一個雨水系統採用不同雨水設計標準，最為簡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間及各自的設計重現期分別計算雨水流量，然後系統總管和雨水泵站採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法排入雨水系統。但實際上，當降雨達到高標準時，低標區也承受同樣標準的降雨，此時低標準地區的雨水管道會呈現壓力流，而非設計計算時默認的重力流。這時低標準地區雨水管道的過流能力會超過設計計算值，從而擠佔匯合總管的排水能力，影響高標準地塊的排水安全。

這種方法對於高標區域是不安全的，一般不宜採用。只有當高標區可以優先進入總管，如高架排水時，才能高標、低標區同步達到不同的設計標準。

1.2 節點流量法

節點流量法即當高標區接入低標區時，將高標區接入點的雨水流量作為節點流量進行疊加計算，而不再考慮其雨水流量後續隨徑流時間的變化。這種方法適用範圍較小，一般適用於高標區以強排方式接入低標區時（例如地道泵站、社區泵站等）。但對於以自排方式連接高、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衝突的，高標區同樣存在排水能力受擠佔的隱患。由於本方法適用範圍比較固定且有限，不作為本研究的重點。

1.3 鄧氏計算法

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

式中

Q——總管雨水設計流量，L/s；

K——低標區流量調整係數；當Kq1<q2時，K=1.2；當Kq1≥q2時，Kq1=q2。其中1代表低標區，2代表高標區。

q——設計暴雨強度，L/(s·hm²)；

Ψ——徑流係數；

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，同時考慮了高標時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、低標區匯合後的總管進行計算時，總管管徑按照整個服務範圍（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，高標區可以有較好的排水條件，相對偏保守和安全。總管為低標區預留了較大的容量來應對高標時低標區管道實際輸送的流量明顯高於原設計流量的問題，相當於在一定程度上提高了低標區的標準。本方法由於主管留有部分富餘量，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。

1.5 同一系統不同標準的設計計算本質

結合上述分析和相關工程經驗，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，採用傳統的分別計算法是不安全和不適當的。從本質上，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）的設計規模進行放大。節點流量法、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。節點流量法主要適用於包含地道泵站等局部強排的系統設計，應用範圍較小且明確。鄧氏計算法和高標計算法是可供選擇的主要方法。從廣義範疇上講，高標計算法可視為鄧氏計算法的一個特例，即鄧氏計算法中低標區設計暴雨強度直接按照高標時計算，但此時鄧氏計算法K值的取值範圍應當進一步拓展。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，在進一步推廣運用時，應當對K值的取值進行進一步分析論證。

2 案例研究對象及方法

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

2.1 研究對象

選取的排水系統位於虹口區，是北外灘的重要組成部分，服務面積約201.85 h m²，採用合流制，排水泵站位於系統的南側，排放出路為黃浦江。該系統以進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後，沿公平路向南接入系統泵站。

圖1 研究排水系統的管網布局

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），總管位於低標區。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。

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