無坡降地面式暗溝在珠江三角洲地區(qū)的應(yīng)用

無坡降地面式暗溝在珠江三角洲地區(qū)的應(yīng)用

1設(shè)計(jì)背景和雨水排水系統(tǒng)順德碧桂花園位于順德北港市。南與三桂市接壤，西與陳村水道接壤，北與廣東珠公路（n105國道）接壤。東與番禺區(qū)河接壤，靠近廣州番禺區(qū)。占地為160hm2,規(guī)劃人口為3萬人,共有1100余棟獨(dú)立式別墅,300余幢花園式洋房,配套有學(xué)校(住校生3600余人)、俱樂部、度假村、購物商城、寫字樓等。除原有27hm2自然山丘保留外,場地原為?；~塘,地形低洼而平緩,原狀標(biāo)高在2.20m(黃海高程,下同)左右。廣珠公路標(biāo)高為3.1m。當(dāng)?shù)孛磕?月—9月為洪水期,陳村水道高常水位為2.00m,低常水位為1.00m,歷史最高洪水位達(dá)4.66m,而枯水期水位可低至-0.30m。為了防洪,有關(guān)部門要求沿陳村水道河岸的區(qū)內(nèi)道路不低于5.4m,沿番禺河岸道路不低于4.5m。從排水角度考慮,理想方案是提高整個(gè)小區(qū)的地面標(biāo)高,實(shí)現(xiàn)排水工程重力自流排放,這需要運(yùn)進(jìn)大量的土方,而土方來源對(duì)位于珠江三角洲的順德來說是個(gè)最大難題,除造價(jià)高外,還影響工期,是業(yè)主最難以接受的。因此只有用筑堤的方法來防洪,即加高沿河道路的標(biāo)高。這就形成了小區(qū)周圍高而中間低的道路網(wǎng)絡(luò),造成了雨水在洪水期內(nèi)不能自流排入水體的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象在珠江三角洲地區(qū)新開發(fā)的居住小區(qū)中具有一定的代表性。場地內(nèi)原有一條寬約9m的自然河涌(河底標(biāo)高在-0.10m上下變化),連接陳村水道與番禺河,兩端各設(shè)一座簡易水閘和排漬流量不大的抽水泵站。受原有排水設(shè)施的啟發(fā),結(jié)合規(guī)劃設(shè)計(jì),改原有河涌為無坡降地面式暗溝,并兼作小區(qū)道路。這樣,將該暗溝視為自然水體的一部分,可減少區(qū)內(nèi)排水管渠進(jìn)入水體前的長度,相應(yīng)可減少區(qū)內(nèi)道路的設(shè)計(jì)標(biāo)高。雨水排水系統(tǒng)為:屋面雨水經(jīng)外排水系統(tǒng)或地面雨水經(jīng)雨水口進(jìn)入設(shè)于小區(qū)次道下的鋼筋混凝土管道,流經(jīng)設(shè)于小區(qū)干道下的磚墻矩形暗溝后,進(jìn)入無坡降地面式暗溝(以下簡稱為該暗溝),在該暗溝兩端各設(shè)一座水閘和雨水泵站,洪水季節(jié)關(guān)閉水閘,將雨水提升后排入水體,通常情況下水閘開啟,雨水可直接排入水體——陳村水道和番禺河。排入該暗溝的雨水排水管渠盡量以最小坡度設(shè)計(jì),達(dá)到自清流速即可。這樣,除沿河道路外,區(qū)內(nèi)道路和室外地面設(shè)計(jì)標(biāo)高控制在2.30~2.90m之間,建筑底層室內(nèi)地面高出室外地面0.30~0.45m,達(dá)到了減少外借土方量和降低管渠埋深的目的。2設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及布置該暗溝定線于居住區(qū)中部,呈東西走向,西連陳村水道,東接番禺河,全長為1830m,布置在車行道下。該暗溝深為2.4m,溝頂標(biāo)高為道路路面標(biāo)高,一般為2.3m(部分路段高于2.3m),溝底標(biāo)高為-0.10m(東西兩端離泵站20m范圍內(nèi)因水泵吸水的要求,適當(dāng)加寬設(shè)計(jì)成明渠,溝底標(biāo)高從-0.10m下降到-1.90m)。接入該暗溝的雨水管渠內(nèi)底標(biāo)高在0.63~1.00m之間,一般接入的斷面尺寸(最大管徑為1000mm,最大暗渠為1800mm×1000mm)越大,則內(nèi)底標(biāo)高越低。該暗溝寬度主要是結(jié)合車行道寬度來確定的,從陳村水道往東750m,由番禺河向西900m,合計(jì)長為1650m,因車行道寬度為7m,該暗溝軸線寬定為7m,采用磚墻砌筑,斷面凈寬為6.46m,作法見圖1。中間長為180m,車行道寬度為14m,該暗溝占路面的一半,軸線寬定為7m,側(cè)墻采用毛石砌筑,斷面凈寬上部為6.0m,作法見圖2。另外,該暗溝每隔90m設(shè)置1個(gè)檢查井,每30m設(shè)1個(gè)雨水口。3雨水強(qiáng)度及匯水面積順德碧桂園距廣州洛溪大橋約15km,故采用廣州市暴雨強(qiáng)度公式:q=2424.17(1+0.553lgP)(t+11)0.668t=t1+mt2q=2424.17(1+0.553lgΡ)(t+11)0.668t=t1+mt2設(shè)計(jì)基本參數(shù):設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P=2a,地面集水時(shí)間t1=8min,折減系數(shù)m=2(暗管、暗渠),管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間t2(min)盡量以接近自清流速設(shè)計(jì)。代入P=2a,暴雨強(qiáng)度公式可簡化為:q=2424.17(1+0.533lg2)/(t+11)0.668=2813.13/(t+11)0.668L/(s·hm2)。雨水設(shè)計(jì)流量公式:QS=qψF,經(jīng)分析計(jì)算后確定徑流系數(shù)ψ=0.44,F為匯水面積(hm2)。在設(shè)計(jì)過程中,將該暗溝與自然水體視為一體,通過對(duì)雨水系統(tǒng)中各條雨水管渠進(jìn)行水力計(jì)算,得出當(dāng)降雨歷時(shí)t=53min時(shí),匯水面積內(nèi)所有的雨水均到達(dá)了該暗溝,這時(shí)流入該暗溝的雨水流量最大,此即為本工程的雨水設(shè)計(jì)流量QS。q=2813.13/(53+11)0.668=174.85L/(s·hm2)。QS=qψF=174.85×0.44×160=12309L/s≈12.3m3/s。4雨水調(diào)蓄容積雨水泵站的排漬流量與該暗溝雨水調(diào)蓄容積密切相關(guān):雨水調(diào)蓄容積大,則排漬流量小,反之則排漬流量大。因水閘和雨水泵站由水利部門專業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),故經(jīng)多次協(xié)商、反復(fù)分析驗(yàn)算后確定排漬流量(即雨水水泵設(shè)計(jì)流量)取雨水設(shè)計(jì)流量的2/3,即Q=QS×2/3=12.3×2/3=8.2m3/s(兩端各設(shè)一座泵站,則每座泵站水泵設(shè)計(jì)流量為4.1m3/s),雨水水泵設(shè)計(jì)最低水位為0.50m,設(shè)計(jì)最高水位為1.70m。從廣州市暴雨強(qiáng)度公式可以看出,降雨歷時(shí)t越長,設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度q就越小,本工程地面集水時(shí)間t1=8min,理論上就是降雨8min后開始有雨水進(jìn)入該暗溝,隨著時(shí)間的推移進(jìn)入的匯水面積越來越大、雨水越來越多,經(jīng)分析計(jì)算當(dāng)降雨歷時(shí)t=33min時(shí),有F1=83hm2匯水面積的雨水進(jìn)入該暗溝,此時(shí)雨水設(shè)計(jì)流量QS1=8.2m3/s;到降雨歷時(shí)t=53min時(shí),全部匯水面積的雨水均到達(dá)了該暗溝,此時(shí)流量最大(QS=12.3m3/s);此后匯水面積不再增加,而暴雨強(qiáng)度越來越小,當(dāng)降雨歷時(shí)t=107min時(shí),雨水設(shè)計(jì)流量又降為QS2=8.2m3/s。故降雨歷時(shí)33~107min時(shí)段進(jìn)入該暗溝而又未被雨水泵站抽走的雨水量即為雨水調(diào)蓄容積,該時(shí)段進(jìn)入該暗溝的雨水量分兩段計(jì)算。一是33~53min時(shí)段,匯水面積從83hm2增加至160hm2,因匯水面積的劃分較為規(guī)則,將匯水面積視為均布增加,則F=83+[(160-83)/(53-33)](t-33)=3.85t-44.05(hm2),故在降雨歷時(shí)33~53min時(shí)段進(jìn)入該暗溝的雨水量為:V1=∫335360qψFdt=60ψ∫3353qFdt=60×0.44×∫3353[2813.13/(t+11)0.668]×(3.85t-44.05)dt=60×0.44×472713=12479623L=12480m3二是53~107min時(shí)段,經(jīng)分析,在降雨歷時(shí)53~107min時(shí)段進(jìn)入該暗溝的雨水量為:V2=∫5310760qψFdt=60ψF∫53107qdt=60×0.44×160×∫531072813.13/(t+11)0.668dt=60×0.44×160×7591.1=32064806L=32065m3故在33~107min時(shí)段進(jìn)入該暗溝的雨水量為V3=V1+V2=44545m3。在33~107min時(shí)段雨水泵站排出的雨水量為V4=Qτ=8.2×(107-33)×60=36408m3。故雨水調(diào)蓄容積V=V3-V4=8137m3。雨水調(diào)蓄容積在該暗溝的水深h=雨水調(diào)蓄容積/(該暗溝各段長×寬之和)=8137/(1650×6.4+180×6)=0.7m,疊加雨水水泵設(shè)計(jì)最低水位為0.50m,比設(shè)計(jì)最高水位1.70m低0.50m,這個(gè)高差用作壅水等安全高度,以彌補(bǔ)上游排水管道淹沒出流受水體頂托的影響。5解決了雨水水泵設(shè)置調(diào)節(jié)