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2020 1 27 本部分的主要内容 给水排水管网系统概论给水排水管网工程规划污水管网设计与计算雨水管网设计与计算给水排水管道材料和附件给水排水管网管理与维护 2020 1 27 第一章给水排水管网系统概论 第一节给水排水系统的功能与组成一 给水 用水量大 用水点集中 保障居民身体健康的条件 用水量随诸多因素变化 2020 1 27 市政和消防用水 道路清洗 绿化浇灌 消防用水等 2020 1 27 排水工程的概念 指为保护环境而建设的一整套用于收集 输送 处理和排放工程设施 排水工程的内容 一是污水的收集 输送部分 排水管网 二是污水的处理 利用部分 污水处理 本课程内容 二 排水 污水的概念与分类 2020 1 27 在使用过程中受到不同程度的污染 改变原来的化学成分和物理性质的水 叫污水 污染严重 重复利用 冶金建材 食品业石油业 焦化厂氮肥厂洗毛厂等 须及时排泄可直接排入水体 2020 1 27 三 给水排水系统的功能保障水量 提供用户所需的用水量 排除废水 保障水质 提供符合要求的用水 达排放标准 保障水压 提供符合标准的用水压力 四 给水排水系统的组成1 给水部分水源取水系统 包括水资源 取水设施 输水管渠 给水处理系统 包括水质处理设备和构筑物 给水管网系统 输配水系统 输水和配水的作用 2020 1 27 2 排水部分排水管网系统 起收集和输送污水的作用 包括水量调节池 提升泵站 附属构筑物等设施 废水处理系统 包括净化设备和构筑物 排放和重复利用系统 包括废水受纳体和处置设施 2020 1 27 污水泵站或压力管道 街坊 街道污水管道 附属构筑物等 街坊 街道污水管道 附属构筑物等 2020 1 27 第二节城市用水量和用水量变化是决定水资源使用量 建设规模 投资额的依据 包括 城市给水工程统一供给的部分 城市给水工程统一供给以外的所有用水量的总和 一 用水量定额1 用水量表示 综合生活用水量 包括居民生活用水和公共设施用水 工业企业生产用水量和工作人员生活用水量 消防用水量 市政用水量 主要指浇洒道路和绿地用水量 未预见水量及给水管网漏失水量 2020 1 27 2 用水量标准 居民生活用水定额 L cap d 2020 1 27 综合生活用水定额 L cap d 2020 1 27 二 用水量及其变化1 表示方法最高日用水量 用水量最多一年内 用水量最多一天的总用水量 确定给水系统中各类设施的规模 最高日平均时用水量 最高日用水量 24h 平均日用水量 用水量最多一年内平均每天用水量 水资源规划和确定城市污水量的依据 最高时用水量Qh 用水量最多一年内 用水量最多一天中 用水量最大的一小时的用水量 给水管网工程规划与设计的依据 2020 1 27 Kd一般为1 1 2 0 Kh一般为1 3 2 5 用水量变化系数 1 日变化系数Kd 2 用水量变化的表示 2 时变化系数Kh 2020 1 27 用水量变化曲线 表示一天24小时变化情况 2020 1 27 第三节给水排水系统工作原理一 流量关系 2020 1 27 二 水质关系1 水质标准原水水质标准 给水水质标准 排放水质标准2 水质变化过程给水处理 用户用水 废水处理 给水管网水质变化三 水压关系 水压 给排水输送的能量来源 用户用水所要求的 层高约3m左右的多层建筑城市管网须保持最小服务水头 2020 1 27 1 全重力给水 最经济的方式 完全利用原水位能克服输水能量损失和转换成为用户所要求的水压 2 一级加压给水 水源水厂用户 取水加压用户 水源水厂用户 3 二级加压给水 采用最多的方式水源水厂用户 4 多级加压给水 长距离输水 用水区域大或窄长型 重力 加压 加压1 加压2 2020 1 27 第四节给水排水管网系统的功能与组成一 功能与特点功能 水量输送 满足用水与排水的地点要求 水量调节 解决供水 用水与排水的水量不平衡问题 水压调节 满足水输送 使用和排放的能量要求 特点 具有分散性 连通性 传输性 扩展性 隐蔽性 外部干扰因素多 易发生事故 投资费用大 运行管理复杂 扩建改建频繁等特点 2020 1 27 二 给水管网系统的组成输水管渠 长距离内输送水量的管道或管渠 一般不沿线向外供水 敷设成两条并行管线 中间加连通和切换阀门 一般由铸铁管 钢管 钢砼管 PVC U管配水管网 分布在供水区域内的配水管道网络 由主干管 干管 支管 连接管等构成 两者的总要求是 供给用户所需水量 保证配水管网足够的水压 保证不间断给水 2020 1 27 泵站 是输配水系统中的加压设施 水量调节设施 清水池 水塔等 调节供水与用水的流量差 也可贮备用水量 保证事故停水的用水 减压设施 避免高压造成漏水 爆裂 水锤等 三 排水管网系统的组成收集设施 排水系统的起始点 通过连接窨井的排水支管将废水收集到排水管道系统中 排水管网 将收集的污水等输送到处理地点或排放口 以便于集中处理或排放 2020 1 27 a 雨水口作用 雨水经雨水口和连接管流入管道上的窨井 设置地点 应能保证迅速有效地收集地面雨水 设在交叉路口 路侧边沟的一段距离 没有道路边石的低洼地方 防止积水而防碍交通 型式和数量 按汇水面积上所产生的径流量和雨水口的泄水能力来确定 一般一个平篦雨水口每秒可排泄15 20L地面径流量 道路上雨水口间距25 50m 2020 1 27 b 检查井 窨井 作用 检查 清通和连接沟道 管道 组成 由井基和井底 井身 井盖和盖座组成 2020 1 27 井底材料 低标号混凝土 宜设置半圆形或弧形流槽 井身材料 砖 石 砼或钢砼 一般为圆形 但管径大的管道连接处或交汇处成方形 矩形等 井盖用铸铁管或钢砼 车道上采用铸铁材料 设置点 管道交汇处 转弯 管道直径或坡度变化处 相隔一定距离的直线管段上 其最大间距规定如下表 室外排水设计规范规定 2020 1 27 检查井最大间距 2020 1 27 c 跌水井 设有消能设施 作用 克服水流跌落时产生的巨大冲击力 设置点 宜设在直线管段上 且上 下游管段落差较大时 大于1m时 室外排水设计规范规定 管道跌水水头为1 2m时 宜设跌水井 跌水水头大于2 0m时 必须设跌水井 管道转弯处不宜设跌水井 跌水井进水管管径不大于200mm时 一次跌水水头高度不得大于6m 管径300 400mm时一次不宜大于4m 2020 1 27 2020 1 27 d 水封井作用 阻隔易燃气体的流通 防止火蔓延 设置点 当生产污水能引起爆炸或火灾的气体时 其废水管道系统中必须设水封井 设置的位置应在产生上述废水生产装置 贮罐区等的废水排出口以及适当距离的干管上 不宜设在车行道和行人众多的地段 2020 1 27 e 溢流井 2020 1 27 例 已知最大流量为340l s 最小流量120l s 倒虹管长度为60m 共4只15 弯头 上游流速v 1 0m s 下游v 1 24m s 求倒虹管管径和全部水头损失 解 考虑2条同管径管道平行敷设 所以Qmax 170l s 查水力计算表得D 400mm 水力坡度i 0 0065 流速v 1 37m siL 0 0065 60 0 39m全部水头损失 1 1 0 39 0 1 0 529m f 倒虹管 2020 1 27 规范规定 通过河道的倒虹管一般不宜少于两条 通过谷地 旱沟或小河的倒虹管可采用一条 倒虹管的设计应符合 最小管径宜为200mm 管内设计流速应大于0 9m s 倒虹管管顶距规划河底一般不宜小于0 5m 排水调节池 贮存设施 调节差值 均化水质 提升泵站 通过水泵提升排水高程使排水加压输送 2020 1 27 废水输水渠 长距离输送废水的压力管道或管渠 废水排放口 与接纳水体相连接 第五节给水排水管网系统类型与体制一 给水管网类型1 水源数目分类单水源给水管网系统 适用于较小的给水管网系统 多水源给水管网系统 适用于大中城市甚至跨城镇的给水管网系统 可降低系统造价与供水能耗但复杂 2020 1 27 多水源给水管网系统示意图 2020 1 27 2 系统构成方式分类统一给水管网系统 同一管网按相同的压力供应生活生产 消防各类用水 按水源数目不同可为单水源给水系统和多水源给水系统 系统简单 投资较少 管理方便 适用在工业用水量占总水量比例小 地形平坦的地区 分区给水系统 因用户对水压的要求不同而分成两个或两个以上的系统 分别供给各类用户 分为串联分区 并联分区和混合分区三种类型 2020 1 27 2020 1 27 3 水源种类分类 分为地表水 江河 湖泊等 和地下水 浅层地下水 深层地下水 给水系统 4 输水方式分类 重力输水管网系统 水源处地势较高 清水池中的水依靠重力进入管网系统 无动力消耗 比较经济 压力输水管网系统 依靠泵站加压输水 给水管网需消耗动力 混合输水管网系统 根据地形条件 一段采用压力 一段采用重力输水方式 是给水管网最常用的方式 2020 1 27 5 使用目的分类 生活饮用水管网系统 生产给水管网系统 消防用水管网系统 可使城市水厂规模缩小 特别是可以节约大量药剂费用和动力费用 但管道和设备增多 管理较复杂 2020 1 27 6 服务对象分类 城镇给水管网 工业给水管网 直流给水系统 循环给水系统和复用给水系统三种 水资源缺乏地区不宜用直流系统 多采用循环系统 二 排水管网系统的体制及其选择1 定义 是指在一个地区内收集和输送废水的方式 简称排水体制 即污水的不同排除方式所形成的排水系统2 类型 合流制 分流制和混合制三种形式 2020 1 27 2020 1 27 管道系统的布置就近坡向水体 分若干排出口 混合的污水未经处理直接排入水体 我国许多老城市的旧城区大多采用的是这种排水体制 对水体污染严重 系统简单 该系统目前不宜采用 2020 1 27 截流式合流制系统是在沿河的岸边铺设一条截流干管同时在截流干管上设置溢流井并在下游设置污水处理厂 截流式合流制 2020 1 27 当混合污水的流量 截流干管的输水能力 特点 比直排式有了较大的改进 但在雨天时 仍有部分混合污水未经处理而直接排放 成为水体的污染源而使水体遭受污染 适用于对老城市的旧合流制的改造 2020 1 27 特点 卫生条件较好在街道下 管道综合比较方便 但工程量大 初期投资大 污水厂的运行管理不便采用者不多 完全合流制 2020 1 27 生活污水工业废水 污水厂 排入水体或再利用 雨水 排入水体 雨水排水系统 污水排水系统 特点 既有污水管道系统又有雨水管渠系统 比较符合环境保护的要求 但对城市管渠的一次性投资较大 适用于新建城市 完全分流制 2020 1 27 不完全分流制只有污水排水系统 没有完整的雨水排水系统各种污水通过污水排水系统送至污水厂 经过处理后排入水体 雨水沿道路边沟 地面明 不完全分流制 渠和小河 然后进入较大的水体 如城镇地势适宜 不易积水或初建小区可采用不完全分流制 先解决污水的排放问题 既节省初期投资 又利于城镇逐步发展 2020 1 27 2020 1 27 3 选择 室外排水设计规范 明确规定 体制的选择应根据城镇和工业企业规划 当地降雨情况和排放标准 原有排水设施 污水处理和利用情况地形和水文条件 综合考虑确定 同一城镇的不同地区可用不同排水体制 新建地区排水系统宜采用分流制 1 从城市规划方面看 合流制仅有一条管渠系统 对地下建筑相互间的矛盾较小 占地少 施工方便 分流制管线多 对地下建筑的竖向规划矛盾较大 2020 1 27 2 从环境保护方面看 直排式合流制不符合卫生要求 新建的城镇和小区已不再采用 完全合流制排水系统卫生条件较好 但工程量大 初期投资大 污水厂的运行管理不便 特别是在我国经济实力还不雄厚的城镇和地区 更是无法采用 在老城市的改造中 常采用截流式合流制 充分利用原有的排水设施 与直排式相比 减小了对环境的危害 但仍有部分混合污水通过溢流井直接排入水体 2020 1 27 分流制排水系统的管线多 但卫生条件好 有利于环境保护 虽然初降雨水对水体有污染 但它比较灵活 容易适应社会发展的需要 又能符合城镇卫生的要求 是城镇排水系统体制发展的方向 不完全分流制排水系统 初期投资少 有利于城镇建设的分期发展 在新建城镇和小区可考虑采用这种体制半分流制卫生情况比较好 但管渠数量多 建造费用高一般仅在地面污染较严重的区域采用 2020 1 27 3 从投资方面看 分流制比合流制高 合流制只敷设一条管渠 管道总投资较分流制低20 40 但合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高 如果是初建的城镇和小区 初期投资受到限制时可以考虑采用不完全分流制 先建污水管道而后建雨水管道系统 以节省初期投资且工期短 见效快 随着工程建设的发展 逐步建设雨水排水系统 2020 1 27 4 从排水系统的管理上看 合流制管道系统在晴天时只是部分流 流速较低 容易产生沉淀 据经验 管中的沉淀物易被暴雨水流冲走因而可以使合流制管道系统的维护管理费用降低 但流入污水厂的水量变化较大 污水厂运行管理复杂 分流制管道系统可以保证管内的流速 不致发生沉淀 同时 污水厂的运行管理也易于控制 2020 1 27 新建的城镇和小区宜采用 总结 分流制 老城镇可采用 截流式合流制 在干旱少雨地区 或修建污水和雨水两条管线有困难的地区 可考虑采用 合流制 工业企业一般采用 分流制排水系统 2020 1 27 2020 1 27 53 2020 1 27 注册考试题1 下列属于生产废水的是 a 某车间浴池的排水 b 某屠宰厂的有机废水 c 某热电厂冷却塔排水 d 某造纸厂的造纸废水 2 过河道的倒虹吸管哪个选项是错误的 a 倒虹管流速采用1 2m s b 倒虹管管径采用200mm c 倒虹管管底距河床垂直距离为0 5m d 在上游管渠靠近进水井的检查井底部做沉泥槽 2020 1 27 3 管网设置水塔 水池 的目的是 a 减少管网末端管径 b 减少水厂二级泵房最高时供水量 c 减少水厂出厂管径 d 降低水厂晚间供水压力 2020 1 27 第二章给水排水管网工程规划 第一节给水排水工程规划原则和工作程序给水排水系统规划是城市总体规划工作的重要组成部分 必须与城市总体规划相协调 一 规划内容 给水水源规划 给水处理厂规划 给水管网规划 排水管网规划 排水处理厂规划 废水排放与利用规划 2020 1 27 二 规划任务 确定服务范围与规模 水资源利用与保护措施 系统的组成与体系结构 确定主要构筑物位置 水处理工艺流程与水质保证措施 管网规划和干管定线 废水处置方案与环境影响评价 工程规划的技术经济比较 三 规划原则执行相关政策 法规 GB 国标 CJ 建设部标准 DB 地方标准 2020 1 27 城镇及工业企业规划时应兼顾给排水工程 服从城镇发展规划 以城市规划作为给排水系统规划的依据 合理确定远近期规划与建设范围 一般按远期规划 按近期设计和分期建设 合理利用水资源和保护环境 规划方案尽可能经济 高效 2020 1 27 四 规划工作程序 1 明确规划任务 确定规划编制依据 2 调查 收集资料 现场勘察 3 合理确定用水定额 估算用水量和排水量 4 制定工程规划方案 5 根据规划期限提出分期实施规划的步骤和措施 6 编制规划文件 绘制规划图纸 完成规划成果文本 2020 1 27 第二节城市用水量预测计算 1 分类估算法 按照用水的性质分类 确定用水量标准 确定各自用水量 总用水量 适用于设计阶段 不宜规划阶段 2 单位面积法 根据城市用水区域面积估算用水量 104m3 km2 d 3 人均综合指标法 城市人口平均总用水量称为人均综合用水量 2020 1 27 4 年递增率法 指数曲线的外推模型 2020 1 27 5 线性回归法 一元线性回归模型 6 生长曲线法 2020 1 27 一 布置原则技术经济比较 主次明确 先布输水管渠与主干管 再布一般管线与设施 力求以最短距离敷设管线 协调好与其他管道关系 保证供水安全可靠 保证用户有足够的水量和水压 尽量减少拆迁 少占农田 施工 运行和维护方便 远近期结合 留有发展余地 二 布置形式分为树状网和环状网两种形式 第三节给水管网系统规划布置 2020 1 27 1 树状网 适用于对供水安全可靠性要求不高的小城市和小型工矿企业 管线长度短 构造简单 投资省 安全可靠性差 水力条件差 易产生 死水区 末端水流停滞影响水质 2020 1 27 2 环状网 管线长度长 投资大 安全可靠性好 水力条件较好 不易产生 死水区 水锤危害轻 适用于对供水安全可靠性要求较高的大 中城市和大型工矿企业 2020 1 27 三 输水管渠定线 水源到水厂或水厂到相距较远的给水管网的管道或渠道叫输水管渠 1 输水管渠的特点 1 距离长 2 障碍物多 地形 地质复杂 3 易损坏 维修困难 4 一旦出现故障 易引起供水中断 5 一般很少接出支管 2020 1 27 2 定线基本原则 1 与城市建设 规划相结合 2 尽量缩短管线长度 减少拆迁 少占农田 3 选择最佳的地形和地质条件 尽量沿现有道路定线 以利施工和检修 4 减少与铁路 公路和河流的交叉 5 避免穿越滑坡 岩层 沼泽 高地下水位和河水淹没冲刷地区 降低造价 2020 1 27 3 输水方式 2020 1 27 四 给水管网定线 包括干管和连接管 干管之间 不包括从干管到用户的分配管和进户管 2020 1 27 1 管网定线要点 以满足供水要求为前提 尽可能缩短管线长度 干管延伸方向与管网的主导流向一致 主要取决于二级泵站到大用水户 水塔的水流方向 沿管网的主导流向布置一条或数条干管 干管应从两侧用水量大的街道下经过 双侧配水 减少单侧配水的管线长度 2020 1 27 干管之间的间距根据街区情况 宜控制在500 800m左右 连接管间距宜控制800 1000m左右 干管一般沿城市规划道路定线 尽量避免在高级路面或重要道路下通过 管线在街道下的平面和高程位置 应符合城镇或厂区管道的综合设计要求 2020 1 27 分配管 敷设在每一街道或工厂车间的路边 将干管中的水送到用户和消火栓 直径由消防流量决定 防止火灾时分配管中的水头损失过大 最小管径为100mm 大城市一般150mm 200mm 进户管 一般设一条 重要建筑设两条 从不同方向引入 2 分配管 进户管 2020 1 27 第四节排水管网系统规划布置一 布置原则和形式1 原则 1 按照城市的总体规划 结合实际布置 2 先确定排水区域和排水体制 然后布置排水管网 按从主干管到干管到支管的顺序进行布置 3 充分利用地形 采用重力流排除污水和雨水 并使管线最短和埋深最小 4 协调好与其他管道关系 5 施工 运行和维护方便 6 远近期结合留发展余地 2020 1 27 2 布置形式 排水管网一般布置成树状网 根据地形 竖向规划 污水厂的位置 土壤条件 河流情况以及污水种类和污染程度等分为多种形式 以地形为主要考虑因素的布置形式有以下几种 2020 1 27 正交式 在地势向水体适当倾斜的地区 各排水流域的干管可以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置 干管长度短 管径小 较经济 污水排出也迅速 由于污水未经处理就直接排放 会使水体遭受严重污染 影响环境 适用于雨水排水系统 2020 1 27 截流式 沿河岸再敷设主干管 并将各干管的污水截流送至污水厂处理 是正交式发展的结果 特点 减轻水体污染 保护环境 适用于分流制污水排水系统 2020 1 27 平行式 在地势向河流方向有较大倾斜的地区 可使干管与等高线及河道基本上平行 主干管与等高线成一倾斜角敷设 保证干管较好的水力条件 避免因干管坡度过大以至于管内流速过大 使管道受到严重冲刷或跌水井过多 适用于地形坡度大的地区 2020 1 27 分区式 在地势高差大的地区 不能采用重力排水方式 分别在高低地区敷设独立的管道系统高地区的污水靠重力流直接流入污水厂 而低地区的污水用水泵抽送至高地区干管或污水厂 能充分利用地形排水 节省电力 适用于个别阶梯地形或起伏很大的地区 2020 1 27 分散式 当城镇中央部分地势高 且向周围倾斜 四周又有多处排水出路时 各排水流域的干管常采用辐射状布置 各排水流域具有独立的排水系统 干管长度短 管径小 管道埋深浅 便于污水灌溉等但污水厂和泵站 如需设置时 的数量将增多 适用于在地势平坦的大城市 2020 1 27 环绕式 可沿四周布置主干管 将各干管的污水截流送往污水厂集中处理 这样就由分散式发展成环绕式布置 特点 污水厂和泵站 如需设置时 的数量少 基建投资和运行管理费用小 2020 1 27 二 污水管网布置 主要内容包括 确定排水区界 划分排水流域 选定污水厂和出水口的位置 进行污水管道系统的定线 确定需要抽升区域的泵站位置 确定管道在街道上的位置等 一般按主干管 干管 支管的顺序进行布置 2020 1 27 1 确定排水区界 划分排水流域 排水区界是污水排水系统设置的界限 在排水区界内 一般根据地形划分为若干个排水流域 1 丘陵和地形起伏地区 流域分界线与地形分水线基本一致 由分水线所围成的地区即为一个排水流域 2 平坦无明显分水线地区 按面积大小划分 使各流域的管道系统合理分担排水面积 并使干管在最大合理埋深的情况下 各流域的绝大部分污水能自流排出 每一排水流域内可布置若干条干管 根据流域地势标明水流方向和污水需要抽升的地区 2020 1 27 2 选定污水厂和出水口位置 布置时应遵循如下原则选定污水厂和出水口位置 1 出水口应位于城市河流下游 当城市采用地表水源时 应位于取水构筑物下游100m以上的距离 2 出水口不应设在回水区 3 污水厂要位于河流下游 并与出水口尽量靠近 4 污水厂应设在城市夏季主导风向的下风向 并与城市 工矿企业和农村居民点保持300m以上的卫生防护距离 5 污水厂应设在地质条件较好 并有扩建余地的地方 2020 1 27 3 污水管道定线 在城市规划平面图上确定污水管道的位置和走向 称为污水管道系统的定线 主要原则 采用重力流排除污水和雨水 并且尽可能在管线最短和埋深较小的情况下 让最大区域的污水能自流排出 影响因素 城市地形 竖向规划 排水体制 污水厂和出水口位置 水文地质 道路宽度 大出水户位置等 2020 1 27 1 主干管地形平坦或略有坡度 主干管一般平行于等高线来布置 在地势较低处 沿岸边敷设 以便收集干管来水 地形较陡 主干管可与等高线垂直 这样布置主干管坡度较大 但可设置数量不多的跌水井 使干管的水力条件改善 避免受到严重冲刷 避开地质条件差的地区 2020 1 27 2 干管尽量设在地势较低处 以便支管顺坡排水 地形平坦或略有坡度 干管与等高线垂直 地形较陡 干管与等高线平行 减少跌水井数量 一般沿城市街道布置 通常设置在污水量较大 地下管线较少 地势较低一侧的人行道 绿化带或慢车道下 并与街道平行 当街道宽度 40m 可考虑在街两侧设两条污水管 以减少连接支管的长度和数量 2020 1 27 低边式 当街坊面积较小而街坊内污水又采用集中出水方式时 支管敷设在服务街坊较低侧的街道下 3 支管取决于地形和街坊建筑特征 并应便于用户接管排水 布置形式有 2020 1 27 周边式 当街坊面积较大而且地势平坦时 宜在街坊四周的街道下敷设支管 2020 1 27 当街坊或小区已经按规划确定 其内部的污水管网已按建筑物需要设计 组成一个系统时 可将该系统穿过其它街坊 并与所穿街坊的污水管网相连 穿坊式 2020 1 27 4 泵站位置 中途泵站 当管道的埋深超过最大允许埋深时 应设置泵站以提高下游管道管位 干管或主干管中途 局部泵站 地形复杂的城市 需要将地势较低处的污水抽升至地势较高地区的污水管道中 总泵站 污水管道系统终点埋深一般都很大 而污水厂第一个处理构筑物埋深较浅 这就需要将管道系统输来的污水抽升到第一个处理构筑物中 2020 1 27 三 雨水管渠布置 1 布置内容 确定流域与方式 定线 确定泵房位置 2 布置原则 使雨水能顺畅及时地