规范说“同一排水系统可采用不同设计重现期” 到底怎么做？

导读：

随着排水系统提标需求的日趋普遍，同一雨水系统采用不同雨水标准的情况日益增多。为此，针对分别计算法、节点流量法、邓氏计算法、高标计算法等4类计算方法开展专题研究，通过对不同设计计算方法的适用性及排水效果比较，为采用不同雨水标准的雨水系统设计提供技术支撑。

引言

近年来，为加强城市排水防涝工作，满足国家相关政策和标准的要求，很多城市面临排水系统提标的迫切需求。根据《室外排水设计规范》（GB 50014-2006，2016年版）：“同一排水系统可采用不同的设计重现期”。许多城市在旧城改造或新建城区时，兼顾区域重要性、排水安全及工程投资，在同一系统采用不同雨水标准，分期分区域进行提标。这使得推理公式法等传统雨水管网设计计算方法遇到挑战，难以很好地满足新情况下的设计需求。但目前国内针对采用不同雨水标准的雨水系统设计计算方法的研究较少，亟需开展专题研究，为城镇排水工程的设计提供技术支撑。

1 不同设计计算方法概述

目前，同一排水系统采用不同重现期，在计算汇流后的总管时，主要有分别计算法、节点流量法、邓氏计算法、高标计算法等4类计算方法。

1.1 分别计算法

当一个雨水系统采用不同雨水设计标准，最为简便的雨水管道流量设计方法是利用推理公式法，高标、低标地块按推算的径流时间及各自的设计重现期分别计算雨水流量，然后系统总管和雨水泵站采用两者计算流量的叠加值。这种计算方法默认的前提条件是低标准地块超出低标准的雨水应该无法排入雨水系统。但实际上，当降雨达到高标准时，低标区也承受同样标准的降雨，此时低标准地区的雨水管道会呈现压力流，而非设计计算时默认的重力流。这时低标准地区雨水管道的过流能力会超过设计计算值，从而挤占汇合总管的排水能力，影响高标准地块的排水安全。

这种方法对于高标区域是不安全的，一般不宜采用。只有当高标区可以优先进入总管，如高架排水时，才能高标、低标区同步达到不同的设计标准。

1.2 节点流量法

节点流量法即当高标区接入低标区时，将高标区接入点的雨水流量作为节点流量进行叠加计算，而不再考虑其雨水流量后续随径流时间的变化。这种方法适用范围较小，一般适用于高标区以强排方式接入低标区时（例如地道泵站、社区泵站等）。但对于以自排方式连接高、低标区域的排水系统，这种计算方法与推理公式假定的一些边界条件是有冲突的，高标区同样存在排水能力受挤占的隐患。由于本方法适用范围比较固定且有限，不作为本研究的重点。

1.3 邓氏计算法

邓氏计算法是1985年同济大学邓培德先生提出一种计算方法，考虑到高标设计重现期时，低标区域管道流量会超过设计流量，这部分增量约为原有流量的1.2倍，计算见式（1）：

式中

Q——总管雨水设计流量，L/s；

K——低标区流量调整系数；当Kq1

q——设计暴雨强度，L/(s·hm²)；

Ψ——径流系数；

F——汇水面积，h m²。

这种方法从理论上分析符合推理公式假定的边界条件，同时考虑了高标时低标管道的流量增量，相比分别计算法更加合理。

1.4 高标计算法

高标计算法即在对高标区、低标区汇合后的总管进行计算时，总管管径按照整个服务范围（含高标压区和低标区）的高标标准计算确定。本方法计算的管径偏大，在高重现期降雨时，高标区可以有较好的排水条件，相对偏保守和安全。总管为低标区预留了较大的容量来应对高标时低标区管道实际输送的流量明显高于原设计流量的问题，相当于在一定程度上提高了低标区的标准。本方法由于主管留有部分富余量，土建投资较高，可能存在一定的浪费，尤其是在低标区面积较大时。

1.5 同一系统不同标准的设计计算本质

结合上述分析和相关工程经验，本文认为：在高标区、低标区地面标高等条件基本一致的情况下，采用传统的分别计算法是不安全和不适当的。从本质上，为保证高标区、低标区同步达标，同一系统不同标准的设计计算需要对汇总总管及末端排口（含泵站）的设计规模进行放大。节点流量法、邓氏计算法、高标计算法3种方法从原理上都在一定程度上实现了汇总总管和末端排口放大的目标，只是放大计算的方式和程度不同。节点流量法主要适用于包含地道泵站等局部强排的系统设计，应用范围较小且明确。邓氏计算法和高标计算法是可供选择的主要方法。从广义范畴上讲，高标计算法可视为邓氏计算法的一个特例，即邓氏计算法中低标区设计暴雨强度直接按照高标时计算，但此时邓氏计算法K值的取值范围应当进一步拓展。因为K值原先1.2的最高取值主要为针对上海地区的情况确定，在进一步推广运用时，应当对K值的取值进行进一步分析论证。

2 案例研究对象及方法

为对4种计算方法进行较深入的分析评价，本研究选取上海某排水系统进行分别计算，并建立InfoWorks ICM 排水管网模型，对采用不同计算方法时低标区、高标区的排水效果进行对比分析，从而为评价和选择计算方法提供参考依据。

2.1 研究对象

选取的排水系统位于虹口区，是北外滩的重要组成部分，服务面积约201.85 h m²，采用合流制，排水泵站位于系统的南侧，排放出路为黄浦江。该系统以进泵站公平路总管为界，划分为东西两片，如图1所示。东西两片合流总管汇合后，沿公平路向南接入系统泵站。

图1 研究排水系统的管网布局

本研究假设西侧为低标区（P1=2年），东侧局部为高标区（P2=10年），总管位于低标区。其中高标区面积=57.5 h m²，低标区面积=144.35 h m²，高、低标区的面积比约为1∶2.5。公平路总管为二种重现期区域的汇合总管，是本次研究的主要对象。