排水设施中设计降雨重现期的研究

温新有

降雨重现期是指某一强度的降雨重复出现的平均周期，如10年重现期即为平均10年出现1次不小于该强度的降雨。频率为重现期的倒数。在公路排水系统设计中，排水设施的设计降雨重现期是一个非常重要的参数。公路排水设施应以适当降雨重现期或频率的流量作为设计依据，根据公路等级、设施的重要性以及经济性、安全性等因素，综合考虑确定设计重现期。

1、国内外公路排水设施的现行设计降雨重现期

现行《公路排水设计规范》中，路界内地表排水设施的设计降雨量重现期如表1-1所示。与《城市道路设计规范》（CJJ37—9O），法国、日本道路协会及我国台湾省规定的道路排水设施设计降雨重现期，相比较，我国现行公路排水规范的要求偏高，使用上缺乏灵活性。

2、设计降雨重现期的应用及影响因素分析

我国公路排水设计降雨重现期偏大，尤其是坡面排水要求过高。与高速公路对应的我国城市快速路，其设计降雨重现期为2～5年。排水设施的设计降雨重现期，从3年提高到5年，排水设施的泄水能力需提高16%～40%；从5年提高到10年，排水设施的泄水能力需提高17%～44%；从5年提高到l5年，排水设施的泄水能力需提高27%～72%。就梯形和矩形边沟而言，沟底宽度增加0.1m，其泄水能力增加10%一50%。例如，沟渠侧面坡比为1：1.5、水深0.2m、底宽0.4m等腰梯形沟的泄水能力约比相同的坡比和水深，底宽0.3m沟的泄水能力大20%左右。也就是说，在其他条件相同的情况下，边沟的设计降雨重现期提高一个等级（从3年提高到5年，或从5年提高到l0年，或从10年提高到15年），边沟底宽至少增加0.1m，甚至更多。

另外，现行规范的设计降雨重现期是按路面和路肩表面排水、路界内坡面进行分级的，而不是按排水设施的类型分类，有时在使用上容易造成混乱。例如，公路排水设施中的边沟，一般情况下均兼排路面雨水和路堤或路堑边坡雨水，若按规范的规定，分别按路面表面排水和路界内坡面排水的不同要求，取不同设计降雨重现期计算路面表面径流和路界内坡面径流的设计流量，再将两者叠加后得到总流量，则该总流量已失去了设计重现期的概念。

公路排水设施的设计降雨重现期的大小，还取决于排水沟渠损坏的后果及修复的难易程度。对于一般公路排水沟渠（如边沟、截水沟、急流槽等）来说，若降雨径流量超过沟渠设计泄水能力，将出现不利后果，如雨水溢出沟渠并对周围地表造成冲刷，流速过大对沟渠造成冲刷。就其危害性而言，不同环境条件下造成损害的性质和规模存在很大差异。

3、排水设施设计降雨重现期建议值

在地势平坦、植被良好的地区，少量雨水溢出不会造成很大的问题；但在坡面较高的陡坡且易冲刷地区，雨水溢出沟渠可能对坡面和坡脚造成严重冲刷，有时会危及边坡和路基的稳定。沟渠流速超过沟渠壁面加固材料的抗冲刷允许流速，沟壁和沟底可能被冲刷，严重时可能造成沟渠损坏，而沟渠的损坏不仅使排水功能失效，还会对边坡和路基形成集中冲刷，从而导致更严重的水毁损失。另外，沟渠失效后的危害程度，也与公路所在地区的地形、地貌有关，植被良好地区的危害程度远小于陡坡、植被较少易冲刷地区。同时，沟渠冲刷损坏后修复的难易程度也存在较大差异，边沟的修复比截水沟、急流槽容易很多。因此，路界表排水设施的设计降雨重现期不宜简单地以路表（路面和路肩）雨水和路界内坡面雨水分类，而是需综合考虑排水设施类型，公路所在地区的地形、地貌，以及损坏的后果及修复的难易程度等因素，按排水沟渠的不同功能、损坏后果及修复的难易程度进一步划分其设计降雨重现期。设计降雨重现期应是一个可供设计人员选择的范围值，当地形、地貌、植被等环境条件较好时，可以取下限，反之取上限。建议值见表1-3。

表1-3中，路面边缘浅沟是指在路面或硬路肩边缘设置拦水带或缘石形成的浅三角形沟，主要用于高路堤且路堤坡面易冲刷的场合，以减少路面雨水沿路堤邊坡漫流引起的坡面冲刷。一般来说，按平均1～3年发生1次强降雨（高速公路、1级公路）或0.5～1年发生1次强降雨（2级及2级以下公路）标准设置的路面边缘浅沟，因水流溢出浅三角形沟后，顺路堤边坡坡面的漫流冲刷造成的损坏作用将很小，即便发生了轻微的局部冲刷破坏，维修很容易。对于边沟，一般情况下需兼排路面雨水和路堤或路堑边坡雨水，而较深的路堑边坡为增加坡体稳定性，通常做成台阶形，在边坡平台上往往设有平台截水沟。所以，边沟的设计降雨重现期除考虑排除路面表面水外，还应考虑部分坡面径流。加之边沟的维修相对容易，故取边沟的设计降雨重现期为3～10年（高速公路、l级公路）和2～5年（2级及2级以下公路）。

对于截水沟、急流槽及相应的消能设施，一般情况下水流流量大、速度快、冲刷能力强，受周围环境因素影响明显，损坏后修复难度较大，故其设计降雨重现期应考虑多种因素并采用较高的标准。建议截水沟、急流槽及相应的消能设施的设计降雨重现期为10～l5年（高速公路、1级公路）和5～10年（2级及2级以下公路）。

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