浅析城市排水工程中几个设计误区

浅析城市排水工程中几个设计误区
摘要：本文针对一些年轻的设计人员在排水工程设计中容易步入的几个误区进行了简单分析，介绍了防洪、排涝、排水三个容易混淆的标准间的区别，列举了几种常见排水设施的设计标准和规模计算方法，举例分析了曼宁公式的适用条件及误用公式可能引起的后果。

关键词：排水工程；防洪；排涝；排水；设计标准；曼宁公式
Abstract: based on some of the young designers in the drainage engineering design easy to step into some pitfalls of makes a simple analysis, this paper introduces the flood control and drainage, water drainage three confusing the difference between the standard room, lists several common drainage facilities design standard size and calculation method, the paper illustrates the suitable condition and the formula petre manning the misuse of formula may cause the consequences.
Keywords: drainage engineering; Flood control; Drainage; Drainage; Design standards; Petre manning formula
1．前言
在我国有相当成熟的城市排水工程设计经验，并已成功运用在工程中许多年。

随着计算机技术的发展，计算机辅助软件的应用使得工程设计变得十分容易，如排水工程设计领域中集雨面积的自动划分、流量的自动计算，甚至雨水管网平、纵布置图的绘制都可以通过计算机辅助软件轻松完成。

设计人员在进行工程设计过程中太依赖计算机软件，只注重设计结果，对于设计过程中的原理和基本概念容易忽视，往往步入一些设计误区。

笔者在本文中对常见的设计误区进行分析和探讨，在此抛砖引玉，希望引起同行的重视。

2．容易混淆的几个标准
2.1 防洪、排涝和排水标准的区别
在排水工程设计中容易遇到防洪、排涝及排水三个设计标准。

在我国大部分城市，城市防洪与城市排水分别属于水务和市政两个行业，在学术研究上，两者也分别属于水利学科和城市给排水学科，而一个城市的防汛工作则由这两个行业共同合作完成，鲁航线等【1】提出对三个设计标准的理解。

通常市政部门采用较低的重现期标准，一般为1~5年一遇，水务部门采用的重现期标准较高，
可以是5~1万年一遇，且两者的计算方法也不相同。

根据国家行业标准《城市防洪工程设计规范》，防洪标准根据城市等别和洪灾类型确定【2】，如下表所示。

2.1在设计中的合理使用不同标准
一些年轻的技术人员在防洪、排涝和排水工程设计中往往不注意区分，容易步入设计误区。

比如在设计截洪沟和有坡面水汇入的排水明渠时往往按照市政排水标准，采用暴雨强度公式计算流量，实际应该根据当地防洪排涝规划的防洪标准设计。

笔者认为，在设计泵站时也应该根据泵站的功能区分为排水泵站和排涝泵站。

排水泵站可以理解为市政排水设施，其作用是将埋深太大或位于低洼区域的某一管渠雨水提升后排放到内湖、河道或者下游雨水管渠，因此其设计流量应该与进入泵站前池的雨水管渠设计流量一致。

排涝泵站往往是承担某一低洼片区的排涝任务，准确地讲应该属于水务行业或水利学科的范畴，应该根据当地的排涝标准确定设计流量（有条件的地区还应该考虑调蓄削峰的作用），而不能采用市政的暴雨强度公式计算流量。

笔者就截洪沟、小流域的排水明渠（河道）、市政排水管网、排水泵站、排涝泵站等常见排水设施的设计中宜采用的标准和流量计算方法列表如下。

3．容易忽略计算公式的适用条件
对于某一段管道、明渠、河道而言，在已知设计流量进行水力计算的时候，往往有计算过流能力和推算水面线两个方法。

《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）2006版规定排水管渠的流量，应按下式计算：
本公式有个限定条件，即在恒定流条件下适用。

在《室外排水设计规范》2011版中用下划线强调了这个限定条件【3】，之前的版本均未提及这个适用条件。

一些设计人员也容易忽略这个问题，在具体工程中不管条件是否适用，都盲目采用这个公式进行计算，结果工程在使用中会出现安全隐患。

尤其是在沿海城
市进行雨水管网设计时，排放口受潮位顶托，不满足恒定流条件，不能采用以上公式进行水力计算，而应该采用《涵洞》的淹没出流计算公式【4】：
在设计时应该特别注意。

为了进一步说明这两种情况的差别，笔者就这两种工况下采用不同计算方法对现状已设计的排水管道进行流量复核。

假设一设计的DN2000雨水管道直接排放入海，排放口管内顶高程为1.0m，管道长1000m，管道纵坡为3‰，上游管道内顶高程为4.0m。

当海水潮位低于1.0m时，可以将这段管的流态近似地看成恒定流，应采用曼宁公式计算，其过流量为8.34m3/s；当海水潮位大于1.0m时，管道流态为非恒定流，应采用涵洞淹没出流公式复核流量。

在上游水位不高于4.0m的前提下针对不同的潮位进行流量计算，结果如下图所示：
根据图表分析结果，对于一根已建的雨水管道，当对应排放口不同水位的工况时，管道过流量不同，且随排放口水位升高而递减。

因此，如果设计人员在设计时不考虑管道流态，一律采用曼宁公式计算过流能力以此确定排水管大小，则排放口处于淹没状态时，所设计的管道过流能力将大大降低，达不到设计要求，导致水淹灾害。

因此设计人员在设计过程中要根据实际情况确定输入边界条件，正确地选用计算公式，避免出现失误。

4. 结语
本文通过浅析几个容易混淆的标准和几个容易忽略适用条件的流量计算公式，举例简要说明了设计人员在设计过程中步入误区的后果。

希望能引起一些设计人员的注意，在设计过程中应该准确使用相关标准和法规，应掌握所使用计算公式的适用条件，避免出现重大的设计隐患。

参考文献：
鲁航线张开军陈微静, 城市防洪、排涝及排水三种设计标准的关系初探[J].城市道桥与防洪.2007.11
中华人民共和国建设部. 城市防洪工程设计规范[Z].1993-02-08
中华人民共和国建设部. 室外排水设计规范（2011年版）[Z].2006-01-18
管枫年洪仁济, 涵洞（第二版）[M].北京: 水利电力出版社, 1989: 98. 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。