镇江市九华山路排水工程设计

1 镇江市九华山路排水工程设计镇江市九华山路排水工程设计 赵赵 明明 邹邹玉芹玉芹 镇镇江市江市规规划划设计设计研究院研究院 212001 摘摘 要要 九华山路排水工程设计紧密结合道路外土地性质 针对 不同的土地性质 景区山体 建设用地 采取不同的排 水工程设计 关关键词键词 暴雨强度 小流域 截洪沟 九华山路是镇江市新一轮城市总体规划确定的连接老城 南徐新城 丹徒新区的一条南北向城市干 道 道路总长 5 1km 红线宽 30m 生活性与交通性并重 东侧是南山风景名胜区 西侧是即将开发建设 的南徐新城 建成后的九华山路是南山风景名胜区和南徐新城的人工分隔带 道路东 西侧土地排水特 性明显不同 其排水工程设计也应针对各自的排水特性 采取相应的设计方法 对于道路东侧的景区山 体 采取山丘区小流域防洪工程设计方法 对于道路西侧的新建城区 采取城市排水工程设计方法 1 1 九华山路排水工程设计功能定性与定位 九华山路排水工程设计功能定性与定位 由于九华山路建设的特殊性 该路是南徐新城开发建设的前期工程 目前 道路两侧的土地主要以 农田和山体为主 道路东侧的山体还是作为南山风景名胜区的组成部分 不予开发建设的 因此 在九 华山路排水工程设计之初 对于该路的排水工程如何设计存在着多种设想 1 按照公路的做法 纵向排水设施均采用道路边沟形式 横向的雨水连管可以采用管道形式 2 按照城市道路排水工程的传统做法 均采用管道形式 3 管道与截洪沟结合的做法 这里又分两种形式 I 以管道形式为主 路外 全部路面的排水以管道排除 只在山体下设置截洪沟 II 管道与截洪沟并重 道路西侧以管道为主 路外 西侧路面排水以管道排除 道路东侧以截 洪沟为主 路外 东侧路面排水以截洪沟排除 面对如此多的 设想 我们对九华山路排水工程设计功能的定性与定位进行了分析 1 九华山路排水工程的设计功能应与九华山路功能 作用相匹配 2 九华山路的设计标准为城市次干道 II 级 从即将开发建设的南徐新城对该路的功能 作用要 求看 该路必须为南徐新城的建设提供交通 排水 给水等基础设施的支持 而且从道路设计中确定的 道路横断面来看 见下图 九华山路完全具备城市道路的特征 也必然很快成为一条城市道路 3 九华山路东侧主要是南山风景名胜区 大段道路绕山脚而行 有的路段甚至切山脚而行 有 大量的山体洪水直接排往九华山路 给九华山路的排水带来很大压力 2 4 九华山路位于南徐新城与南山风景名胜区的交界处 排水设计的标准宜适当提高 排水设施应 力求美观 5 鉴于以上分析 九华山路排水工程设计功能定性与定位宜为 a 对于道路外是即将开发土 地的情况的 排水工程设计采用城市排水工程设计方法 b 对于道路外是山体的 或者是规划景区 防护绿地的 排水工程设计采用山丘区防洪工程设计方法 c 全路面排水以管道排除 6 根据以上的分析 将九华山路排水设施布置见下图 2 2 道路东侧排水工程设施设计 道路东侧排水工程设施设计 2 12 1 山丘区小流域防洪工程设计 山丘区小流域防洪工程设计 2 1 1 应用条件和特点 1 因流域面积较小 可以认为雨量分布均匀 通常以流域中心点雨量代表面雨量 2 设计暴雨指某一频率 一定时段的暴雨量 点 单位是 mm hour 容易通过各地水文资料查 得 3 适用于面积小于 200km2 比降大于 0 001 的小汇水面积的洪水计算 4 山体排水具有量大流急 夹带泥砂 无组织排放 漫地流 的特点 2 1 2 排水设施的设计 排水设施以排洪明渠为主 山体排水具有量大流急 无组织排放的特点 在山脚下设置排洪明渠 截洪沟 可以很好地适应这些特点 2 1 3 设计洪峰流量的推求 1 属于以暴雨资料推求设计洪水形式 通常以推求洪峰流量为主 一般不推求洪水总量和过程 线 2 这类算法主要有两种 经验公式法 给水排水设计手册 第七册 城镇防洪分册 上介绍的有四种 其中水利 铁道 公路研究所 根据各自的研究成果制定的公式形式简单 易于采用 如公路科学研究所的公式 对于汇水面积 F 3km2 Q设 CSF 对于汇水面积 3Km2 F 10km2 Q设 CSF2 3 F 汇水面积 C 系数 石山区 C 0 6 0 55 丘陵区 C 0 5 0 4 黄土丘陵区 C 0 47 0 37 平原区 C 0 4 0 3 S 相当于设 计频率的一小时降雨量 推理公式 F S 278 0Q 2n m 式中 F 汇水面积 S 相当于设计频率的一小时降雨量 洪峰径流系数 3 流域汇流时间 n2 短历时暴雨衰减指数 2 22 2 东侧排水设施具体设计 东侧排水设施具体设计 2 2 1 在九华山路道路红线与山脚之间布置截洪沟 分段设置 截洪沟的汇水面积从 10ha 150ha 完 全符合山丘区小流域防洪工程设计条件 2 2 2 设计参数确定 相当于设计频率的一小时降雨量 S 按照 镇江市城市防洪规划 确定的标准 山洪防治标准为 20 年一遇 镇江市 20 年一日一遇暴雨 量为 211mm 折合面雨量为 197 91mm H24 1 1 H日 H24 232 1mm S 24n2 1 t1 n2 H24 24 0 69 1 11 0 69 232 1 86 66mm 也可以根据 江苏省暴雨洪水图集 得镇江市 20 年一遇 1 小时暴雨雨力 S 1 84x44 80 96mm 镇江地区多年平均一小时暴雨量 44mm 皮尔逊 III 型曲线 Cs 3 5Cv P 5 的摸比 系数 Kp 1 84 两个数据略有差别 经验参数 和 m 按超蓄产流 后期稳损 1 0mm 小时 m 0 271 0 20 n2 取 0 69 C 取 0 45 2 2 3 本次设计中 我们先后采用了这两种计算方法进行了计算 互相校核 互相比较 结果发现经验 公式计算简单 但对于大汇水面积计算所得数据偏大 所以本次设计流量主要以江苏省水文手册上的山 丘区小流域暴雨计算公式进行确定 该公式与本地气象条件结合紧密 适应性好 对于汇水面积小于 50ha 的截洪沟 为降低计算工作量 采用公路科学研究所的经验公式 2 2 4 由于山体下泄的洪水常常夹带一些泥砂 设计中 在截洪沟纵向上 每隔 15 米 设置一处下沉 落底 以沉积泥砂 同时也便于清理 2 2 5 路面雨水由雨水篦收集 其雨水连管可以直接接入排水明渠 但在排水明渠边墙上每隔 30m 左右 要开一个洞 不甚美观 所以仍然接入管道系统 3 3 道路西侧排水工程设施设计 道路西侧排水工程设施设计 3 13 1 城市排水工程设计方法 城市排水工程设计方法 3 1 1 应用条件和特点 1 汇水区域通常是城市建成区 地形相对简单 主要排除城市硬质地面的排水 2 设计暴雨强度指某一频率的 一定面积上的秒流量 单位是 L s ha 可以通过 给水排水设计 手册 第五册 城市排水分册 查得各地的暴雨强度公式 3 以屋面 地面的径流为主 在降雨流入排水设施的过程中 通常是有组织的排水 如沿设计好 的有坡屋面 带坡绿地 带坡路面 路牙 雨水篦 3 1 2 排水设施的设计 排水设施以管道为主 这是因为管道系统与明沟系统相比 保洁的工作量小 占用土地省 便于场 地内排水管道的接入 容易穿越交叉路口 容易与其他性质管线交叉 容易取得比较大的水力坡度 容 易适应急坡段与缓坡段的水位壅高 在行人多的地方 无跌落的安全隐患 3 1 3 设计流量的推求 城市排水管渠设计流量采用下式 Q q F 式中 Q 设计流量量 升 秒 径流系数 q 设计暴雨强度 升 秒 公顷 F 汇水面积 公顷 3 23 2 西侧排水设施具体设计 西侧排水设施具体设计 3 2 1 道路西侧为即将建设开发的行政中心区 是众多政府机关所在地 以道路为骨架 街坊互通 条 块分明 完全符合城市排水设计条件 3 2 2 设计参数的确定 设计暴雨强度q 4 78 0 21 5 10 787 0 116 2418 mtt LgP q 式中 q 设计暴雨强度 升 秒 公顷 p 设计降雨重现期 年 t 设计降雨历时 分钟 t t1 mt2 t1 地面集水时间 分钟 视距离长短 地形坡度和地面铺盖情况 取 5 15 分钟 m 折减系数 暗管 m 取 2 明渠 m 取 1 2 t2 管渠内雨水流行时间 分钟 由于该路处于未来的行政中心区 南徐新城 设计降雨重现期取 P 2 年 径流系数 道路路面取 0 90 非道路处取综合径流系数 0 60 4 4 相关问题的探讨 相关问题的探讨 两种系统的设计不同两种系统的设计不同 4 14 1 设计重现期的不同 设计重现期的不同 城市排水工程的设计重现期为 0 5 3 0 年 重要干道 重要地区或短期积水即能引起严重后果的 重现期为 2 0 5 0 年 可见 重现期取值与所要服务的对象的重要性有关 防洪工程的设计重现期更高 10 年 20 年 100 年 这与防洪工程的重要性是相匹配的 防洪工程涉及到的通常是区域性的截洪沟 河道 乃至跨省域的江河 这些工程一旦出现问题 往往引起严重后果 且涉及范围大 4 24 2 设计严密性的不同 设计严密性的不同 4 2 1 径流系数的取值 城市排水工程通常不考虑前期影响雨量 径流系数完全根据地面覆盖而定 是绿地的 径流系数就 是 0 15 而防洪工程不尽然 在这方面的计算中 通常要考虑前期影响雨量 仍以绿地为例 按超蓄产 流 后期稳损 1 1 5mm 小时 在小汇水面积 短汇流历时的小流域暴雨计算中 所有的降雨基本上 都形成了径流 故其径流系数取值一般较高 可高达 0 95 以上 4 2 2 出口水位的影响 城市排水工程中 通常要求出水口的内顶标高高于常水位 但在地形平坦 沟渠众多的南方地区 这种要求比较难以满足 排水管道的设计过水能力一般根据其敷设纵坡确定 但实际上 过水能力是由 水力坡度决定的 管道出水口淹没出流时 其过水能力实际上要小于计算的过水能力 单考虑该因素 防洪工程中排水明渠的出水口水位必须要考虑受纳水体的水位 设计过程中通常是从受纳水体的水位向 上游推算的 4 34 3 超高的影响 超高的影响 1 城市排水工程中 排水管道的 超高 通常较高 可以认为排水管道的 超高 地面标高 管内设计水位 地面标高 管内顶标高 管道覆土 管道壁厚 如此大的超高会使管道的实际水力坡度提高 从无压状态过渡到有压状态 从而直接提高设计重现期 2 较大的超高使得管道可以承受较高的壅水 比较容易满足急坡段向缓坡段的过渡 然而 防 洪工程中排水明渠的超高较小 一般在 0 3 0 5m 在急坡段向缓坡段的过渡处 很容易造成壅水外溢 3 因此 要求在防洪工程的设计过程中 直接取用较高的重现期 在急坡段向缓坡段的过渡处 取用超高的高限 参考文献参考文献 1 工程水文学 清华大学 王燕生 主编 2 水文学 马学尼 叶镇国 主编 3 水力学 吴持恭 主编 4 排水工程 重庆建筑工程学院主编 5 给水排水设计手册 第五册 城