分级分梯次排水在屋面雨水排水系统中的理论探讨

赵筱阳， 陈爱军

（1.湖南工程学院 基建处，湘潭411104；2.湖南工程学院 建筑工程学院，湘潭411104）

0 引 言

针对上述问题，笔者提出可在进行屋面虹吸雨水排水系统设计时考虑分级分梯次排水，即可参考溢流挡水板的设置方式，设置导流板将一些汇水分区的雨水排至相邻分区的天沟内，同时该部分分区的天沟停止工作.其中导流板的高度可设置为该区雨水斗临界水深的高度，这样可保证雨水流量较少、屋面水深较浅时，雨水能被导流至相邻分区实现分级分梯次排水，而流量较大时该分区雨水系统可正常工作.

1 研究背景

以湖南工程学院体育馆（虹吸）压力流雨水排水系统作为研究背景.由表1可得出屋面虹吸压力流雨水排水系统对应不同管径雨水斗的的斗前临界水深hL1.定义降雨历时5min，天沟内水深达到临界水深的降雨强度为临界降雨强度，对应的降雨重现期为临界重现期.

表1 （虹吸）压力流雨水斗临界水深

湖南工程学院体育馆屋面所设计的天沟尺寸（长×宽）为72m×0.5m，底面积S为36m2.系统所采用的暴雨强度公式中参数A1、C、n、b分别为6.635、0.95、0.623、0.首先按屋面分区计算各区对应的临界降雨强度和临界重现期.

临界重现期 P1＝10－0.98≈0.1（年）

同样的可求得S2区临界降雨强度和临界重现期，计算结果如表2所示.

表2 体育馆屋面各汇水分区临界降雨强度和临界重现期

2 理论计算分析

由表2可知，各分区的临界重现期相差很小，约等于0.1年.按屋面总面积（10097m2）和所有天沟的面积（144m2）来计算总的临界降雨强度和临界重现期，以总的临界重现期作为分界标准，斗前临界水深采用最小雨水斗斗径对应的最低临界水深.计算过程如下：

雨量重现期＜临界重现期，即降雨强度低于临界降雨强度时，按《建筑给水排水设计规范》（GB50015－2003）规定的重现期设计的天沟所形成的水深会低于临界水深，系统难以形成虹吸.可考虑屋面部分雨水分区设置导流板（导流板高度设置为临界水深高度），将雨水引至相邻分区的天沟内，同时该部分分区天沟停止工作，使天沟能够收集到更大面积的雨水.例如在湖南工程学院体育馆屋面（虹吸）压力流雨水排水系统中，可考虑设置导流板将S2区的雨水汇集到S1区的天沟内，同时S2区的天沟停止工作；设置导流板将S3区的雨水汇集到S4区的天沟内，同时S3区的天沟停止工作.当雨量重现期为0.09年时，对应的降雨强度为2.655L／（s·104m2）），S1区的雨水流量为：

S2区的雨水流量为：

S3区的雨水流量为：

S4区的雨水流量为：

若不采取任何措施，S1区天沟水深：

S2区天沟水深：

S3区天沟水深：

S4区天沟水深：

设置导流板，将S2区的雨水汇集到S1区的天沟，S3区的雨水汇集到S4区的天沟，S1区天沟水深h≈8（mm），S4区天沟水深h≈15（mm）.在此必须注意，使天沟内雨水保持在临界水深高度所对应的降雨强度和重现期较小，原有的暴雨强度公式将不再适用，此时应该选择相应重现期范围的暴雨强度公式进行计算.由于湖南工程学院体育馆所使用的株洲市暴雨强度公式在低重现期的范围内并不准确，因此以上计算仅对设置导流板进行分级分梯次排水后，同一汇水时间天沟内水深的增加进行定性的说明.

3 工程应用

临界降雨强度（单位L／（s·104m2））：

根据暴雨强度公式，可依据下式结果进一步求得临界重现期：

4 结束语

根据上述求得的临界重现期推导公式（3），针对具体工程情况计算得到临界重现期PL1，与雨量重现期P进行对比，当雨量重现期P＜PL1时，可考虑屋面部分雨水分区设置导流板，将雨水引至相邻分区的天沟内，同时关闭该部分分区的天沟，使天沟能够收集到更大面积的雨水，以增加斗前水深；当雨量重现期P＞PL1时，所有的屋面雨水分区正常收集雨水，以保证雨水迅速收集排出，防止雨水停留时间过长导致的屋面荷载增大.同时也应当注意到，当雨量重现期很小（≪PL1）时，屋面所汇集的雨水量较少，且前期虹吸雨水排水系统以重力流的方式运行也能排出一部分雨水.

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