第35卷第1期2021年)月
Vol.35No.1
Feb.2021黑龙江工程学院学报JournalofHeilongjiangInstituteofTechnology
引用著录：冯杭华，郭帅，王秋萍，等•城市道路雨水口泄流的水力特性分析黑龙江工程学院学报"021"5(1):34-38. DOI：10.19352/jki.issnl671-4679.2021.01.007 城市道路雨水口泄流的水力特性分析
冯杭华】，郭帅2，王秋萍2，陈国芬】，马文潼1
(1.中国电建集团华东勘测设计研究院，浙江杭川310014#.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009) 摘要：近年来，城市内涝灾害频发，提高市政排水设施的排水能力是缓解城市内涝的最有效措施。道路雨水口是地表径流与地下雨水管网之间的连接点，其泄流效率是决定市政排水系统排水能力的关键指标。以道路雨水口为研究对象，结合对雨水口类型和构造特点、雨水口泄流过程、雨水口设计思路和明渠流水力分析，推导雨水口泄流量的理论计算公式。该公式说明雨水口泄流量与多因素相关，包括雨水
口进水篦子的开孔面积(雨水篦子型式)、路面粗糙程度、路面径流量和道路坡度，同时验证现行标准中对国标型雨水口泄流能力值定义的局部性。 关键词：城市内涝；排水系统；雨水口；路面径流
中图分类号:TU992文献标识码：A文章编号：1671-4679(2021)01-0034-05
Analysis of hydraulic characteristics of urban street inlets FENG HanghuJ，GUO Shut，WANG Qiuping?, CHEN Guofen2，MA Wenyin g2
(1.Power-China Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou310014，China；2.College of Civil Engineering，Hefei UniversityofTechnology"Hefei230009"China)
Abstract:In recent years，urban waterlogging disasters occur frequently in China.Therefore，improving the drainage e f iciency of existing municipalfacilitiesisthe moste f ective measure to a l eviate urban waterlogging?The streetinlets serve asthelinkage between the surface drainage system and the undergroundsewersystem and the hydraulic e f iciency is the key element to determine the drainage capacity of municipal drainage system.This paper takes the street inlet's types，structural characteristics，thedischargeprocess thedesignprocedureaswe l asitshydrauliccharacteristicsduringd
ischargeinto consideration andthetheoreticalformulaforcalculatingthecapturedruno f bythestreetinletisderived. This formula shows that the captured runo f is related to many factors includingtheopenareaofstreet inlet theroughnessofroadsurface theruno f flowrateandthelongitudinalandcrossslopeoftheroad. Meanwhile itindicatesthelimitationofdischargecapacitydefinedinexistingnationalstandardstreetinlet standards.
Keywords：urbanwaterlogging；drainagesystem；streetinlet；surfaceruno f
全球城镇面积的扩张和工业技术的发展逐渐改变了自然的水文循环和全球气候，“城市看海”等极端天气越来越频繁，城市排涝防洪能力正经历着巨大的挑战口3$。城市快速扩张和发展导致了路面硬化率提高和下垫面条件改变，研究表明，2017年
收稿日期：2020-05-13
基金项目：安徽省自然科学基金项目(1908085QE211)
第一作者简介：冯杭华％981—)，男，高级工程师，研究方向：市政排水系统优化设计.
通信作者简介：郭帅(1984—)，男，副研究员，博士，研究方向：城市水力学；海绵城市优化设计与建模分析.中国城镇地表入渗率相比于2000年下降了10%左右⑷。入渗率下降伴随的不透水面积增加、
路面径
流量增加、径流历时延长等现象加重了道路积水问题，从而加剧城市内涝灾害囚，并造成行车安全隐患雨水口作为市政排水系统的关键组成部分，是地面径流进入市政排水系统的入口，是连接地上径流和地下排水管道的枢纽，其排水效率直接影响路面积水程度。国家建筑标准设计图集《雨水口(05S518)》#$提出雨水口的泄流能力与道路坡度、雨水口型式、篦前水深等因素有关，但只给出了雨
第1期冯杭华，等：城市道路雨水口泄流的水力特性分析・35・
在理想工况下的最大 ，并未给出不同
降 件、不同 坡度情况下 的指导设计公式。本文以
为 ，探 坡
、 、 型式等因素 的水
性的影响。 果可为市 排水系统的优化、、 排水系统的
、 市
的
等提供参照。
1雨水口的构造及泄流过程1.1雨水口的构造
(%
盖)、井筒、连接管
组成"一般设置在
的位置" 盖的高程略低于 表面以利于其收集
照
安装 的不同分为 、平
、立式(立孔 立 )和联合式，其中，偏沟
、立孔式和联合 市 用的 型
，
示
1。
1・1・1偏沟式雨水口
安装在道路表面的形式如
1(a)所示，其 子
置，平铺在道
"
一侧，其余侧设置适当的汇水
坡度述 子略低于 表 程，利于 ：进入 。
主要从
子的上游和
不
的侧边汇入
。
1.1.2立式雨水口
立
的
在
，其示
见图1(b )" 的 明显低于道路表，部分立 的
置格栅，以 物
入 导致堵塞。立孔 孔的开
孔 与
直"
只能从一 入雨
" 件
，但是立 i 水
构影响小"
的响小，相比其他
类型的
不易损坏。1・1・3联合式雨水口
联合 的
和立
的组合形式，其示
1()
与单篦的
和立 ，联合式
的
大。
(a)偏沟式 (b)立孔式
(c)联合式
图1雨水口类型
12道路雨水口泄流过程
的
被上一个 :
的 、从
入 的 以及路
段内降雨形成的
，在 坡和横坡作用下"
形
断面为三角形的
，直 入
将全部或大部分流入雨水口 ，只有少量
下游；随着
增大H f H s 中过 子
下 的 增加。图2(b)描绘了立孔式 的示 ，从图中可以看出，立孔 i 的
与 的不 全 同" 从一
子，进入汇流井室中。偏沟式雨水口和立孔 时的
分布 2所示。图2(a )
侧进入立孔式雨水口，且流速方向均需与立孔开孔
，由此可见立孔
的 性能较偏
中 时"
从 子的
和侧
，可分
Q f 和侧
。 当
较 速 角较 时"立孔 的 ; 当 大时"
边流Q s ，当总径流量较小且流速较慢时,Q f H s 都
立孔边缘的水深较高，进入雨水口的流量增大。
住 SZiZSSSSSS S EES 芦 SEE 厶至固
前端流a
-侧边流@ /
(a)偏沟式
(b)立孔式
图2雨水口泄流示意
图
• 36 •黑龙江工程学院学报第35卷
雨水口的泄流量(Q nt )是指路面径流量(Q )穿
过 子进入 的 ，即
的总
减去未被 的
表 为
Q int = Q a — Q p . (1)
2雨水口泄流的水力特性分析
2.1雨水口泄流能力设计
市政排
中
的描
述较少"较 。女叫室外排
GB50014— 2006》中对雨水口设计的
有：“雨水的型式、数量和布置，应按汇 所产生的流
量) 的
和 形 。(+ □间 为25〜50 m ( +
坡坡度不
于
1.5%，平篦式雨水口的 标 标高低3〜5 cm 。”“当 坡大于0. 02时" 3的间距可大于50 m 0(#$随着全 的变化，很多
市的最大年降雨量增加，各城市的
强度公式
也在更新" 中 布置的 却几乎没
有 ，这也是导致 不满足要求的
原因之一。 不仅与 子的宽
、雨水口的布置间距有关，而且受
坡度以及
程
响〔1011$。《4
(05S518)》也提
出 受 素影响，并且给出了在
坡为0. 3%〜3. 5%、横坡为1. 5%)
深
为40 mm 的条件下"
标型雨水口的 ：能
具体值见表1。显然，表1没有反映
与关键影响因素间的 系，不能给工程
提供
的指导。
表1雨水口泄流能力
型
l/(L/s)
平篦式雨水口 /偏沟式雨水口 /
单
20
立篦式雨水口
双篦35
多篦15(每篦)
单篦
30联合式雨水口双篦50
多篦
20(每篦)
2. 2雨水口泄流的水力特性分析
道路上的
属于明
动，在道路坡度
的影响下，其过流断面为三角形，如图3所示。
当流程较长时" 形 ，此时
U 和水深=的值沿程不变(U >>h ,
w=h/S c )，则可以根据明
的 公式和
公式，利用图中所示几何关系，得出各参数间
的
系，见式(2)其中S l 为 坡S c 为
道路横坡"为道路粗糙系数。
Q
0. 315h 8/3S L /2
()
2)对理解与分
性具有较好
的指示
，表明在相同
下，纵坡越大，水深越
"
减小；横坡越大，水深越大，水
大。然而，由于
的 作用，径流
态在 其下 发生 的变化，径
与沿程水深的变化
过试验，测
Q 可根据汇 、径流系数与当地
强度公式，采用式(3)
算
Q a = $qF .
⑶
式中！为设计暴雨强度.m 3/(s • m2)；$为径流系
数;G 为汇
,m 2o
2.3雨水口实际泄 推导
将式(2)改写为水深h 的函数，得到
表明" 子的
Q *与水深
，可根据孔口出流公
算
Q nt " C 0A 槡2gh .
(5)
式中:C 。为孔口出流系数8为出流孔口的面积°
过耦合式(4)与式(5)可得 的理论
算公
Q nt " C 0A 72gCnQ a )0■1D S C 19S —0■0D =
CQ *19S C 19S —0 09.
(6)
式中:c 为综合
雨水口
系数。
从式(6)可以看出，雨水口的泄流量与雨水口 的 孔 % 型 )、 程 、
的 )
坡和纵坡因素有关。
子 孔 、
、
系数)
坡的增大而增大" 坡的
增大而减小。因此，在某一 段上的雨水口
型 ) 和 坡 ),
不考虑堵塞情况下其
主
决定。
于工程 来说，应该针对具体
具
体分析肩 合考虑 素、降雨情况和
:
型
的布置间 。 某一给 坡的路段 布置，可以用式(6)进行理论
算 ，若
不足
50%，可以
第1期冯杭华，等：城市道路雨水口泄流的水力特性分析・37・
减布置间距，或使用联篦式雨水口。
2.4雨水口实际泄证
为验证本文提出的算式的正性，选取国标型试验"平面结构寸4所示。试验装
置模拟一段长12m、宽3m表的道，模可调节纵、横坡度，设置在的
引水箱向模提供平缓、流量可调节的径，待测试置在距离入10m的位置，试验装置5所示。试验在横坡坡度为1・5%、纵坡坡度分别为2%、3%，彳为0〜70m3/h的条件下，并在稳
路面上不同断、的水深度以被的。
图4试验的雨水口型式
引水管道詩流量［十
引水箱、丄
模拟道路、
雨水口\丿
电动阀门
千斤顶
F非水箱
图5试验装置
纵坡坡度为2%、横坡坡度为1・5%时
程水深在不同响下的变化曲线I 6、图7所示。从图6中可发现，模从模拟道
断入后，在横坡的影响下，流
一侧"发生明显地减小，但
在下游段较稳定。7可看出深度自入模发生的波动，然后在下
趋于稳定，在7〜10m之间水深几恒值。纵坡坡度为3%、横坡坡度为1.5%时到同现象。由以上分析可知，实验过程中，径流在都态。
Q a=15m3/h—Q a=50m3/h
&=30m3/h■Q a=60m3/h
O a=40m3/h―O a=10m3/h
距离道路起始端长度/m
图6不同流量下的径流宽度变化(£=2%,S c=1.5%)
—0°=15m3/h■Q a=50m3/h
亠2=30m3/h亠Q a=60m3/h
—6=40m3/h—O a=10m3/h
图7不同流量下的径流深度变化(£=2%,S c=1.5%)将试验中的H nt值代入式％)计算国标型子的C值C n，发现C n与，且两种实验坡合中C的差值在4%以内。相同下，取两种坡度下C的值，拟合其与Q 的数学关系，结果8，表为式(7)则国标型
的E可用式(8)计算。为校验式(8)的性，在S l=4%、S c d1.5%条件下试验验证，其结果9。值与实测值在4%以内，说明式(8)能较地标型雨水篦子。
C—2.44Q^9(7)
H nt—2.44Q^-78S C19S-0-09.(8)
30
25
•Co实测值(2%,1.5%)
二禺綁3%丄5%)
O20
15
10
10203040506070
2«/(m7h)
图8C n与'的关系
3结论
1)雨水口的泄流效果可以用雨水口泄流量评估。
2)时"的横断面为三角形，作分析时，
应当用横断面为三角形的明渠
・38・黑龙江工程学院学报第35卷
图9式(8)校核(S l=4%,#%=1.5%)
流理其分析。
3&可以用公式、谢才公式以孔口出流公导出理算公式"与雨的开孔(％型式)、、程、的、道路横坡和纵坡因素有关。
4&工程设计时，应该针对具体问题具体分析"合考虑素、降雨情况和型的布置间距。
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