張孝忠¹，張舒¹，韋學玉²

（1.徐州市水利建筑設計研究院，江蘇徐州，221000；2.安徽工程大學 建筑工程學院，安徽蕪湖，241000）

摘  要：臺風及其強降雨造成內陸地區(qū)道路水患嚴重。本文以徐州為例對五種泄流構筑物進行優(yōu)選，結果發(fā)現(xiàn)平行式雨水口對臺風引發(fā)的強降雨水量控制能力最好，泄流能力最強，是實際工況的最佳選擇；透水混凝土隨著表面泥膜的生成，泄水能力直線下降；建議平行式雨水口內置可拆卸的一體化截污裝置，當降雨結束后，堰上水頭低于20cm后人工裝回截污掛籃；建議實際工況中在平行式雨水口設置30cm的沉泥槽，且加裝流量儀以便動態(tài)監(jiān)控并清理淤堵位置。

關鍵詞：臺風；平行式雨水口；水量控制；水質凈化

1. 背景

中國是最易受臺風影響的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，全球每年會產(chǎn)生24-30次臺風，其中約40%的臺風會影響到我國。臺風往往伴隨著強風和強降雨，其在國內行走路徑一般是先在沿海地區(qū)登陸后北上內陸。臺風影響下，內陸地區(qū)內澇頻發(fā)，“城市看海”對內陸地區(qū)現(xiàn)有排水系統(tǒng)和設施帶來嚴峻挑戰(zhàn)[1, 2]。

臺風影響下道路快速泄流是解決積水問題的唯一路徑，而以“滲、蓄、滯、凈、用、排”為排水理念的海綿城市在應對臺風引發(fā)的驟時強降雨問題上效果甚微[3, 4]。

臺風影響下城市雨量倍增，排除水患是第一要務。雨水口作為城市排水系統(tǒng)的起點，對水量控制至關重要[5]。筆者認為，考慮到降雨的時空不均勻性和堰上水頭的高低，在合理控制水情的前提下，不能忽視惡化水質對終端河流的污染[6]（雨水一般排河）。前人的研究大多針對臺風對地表水及水廠水處理的影響[7-9],鮮有筆者站在內陸的角度去分析臺風降雨與泄流構筑物之間的聯(lián)系。

徐州作為內陸地區(qū)的代表城市，每年7月至11月平均會受到1-2次臺風間接的侵襲，臺風過境期間，道路水患頻發(fā)。因此，有必要研究現(xiàn)狀道路泄流構筑物應對臺風季節(jié)存在問題和針對性地提出解決方案，在緩解水情和控制水質污染的基礎上，開展臺風影響下雨水口的優(yōu)選試驗并提出管控建議，以期為以徐州為代表且頻受臺風影響的內陸地提供技術支撐和理論指導。

2.近年來徐州臺風情況

表12018-2020年徐州臺風情況

從表1可以看出，徐州每年都會間接受到臺風侵襲，強風往往伴隨著強降雨。風力一般在7-8級，最大降雨強度在90mm/h以上，降雨時長分布在3.5-6h左右，雨水口最大堰上水頭最大可達442mm。

3. 泄流構筑物優(yōu)選試驗

3.1模擬試驗裝置設計和方法

3.1.1模擬試驗裝置及雨水收集

降雨模擬裝置采用泵送模式，利用計量泵控制降雨強度，模擬雨水通過噴水喇叭口送出；下墊面采用混凝土道路，單箅雨水口設計尺寸150mm×90mm，匯水面積控制在60m²（按孔口溢流公式計算所得）；在收到降雨信息以后，根據(jù)以往歷次臺風過境期間出現(xiàn)的降雨強度和降雨時間，推算出模擬降雨所需用水量，富裕水量按1.2倍收集水量計，雨水水質見表2。為確保試驗結果的客觀性，雨水收集完成后12h內進行試驗，并設3組平行試驗。

表2收集雨水水質指標

3.1.2試驗方法

實際工況中，臺風引發(fā)的降雨復雜多變。為了減弱降雨強度和降雨時間對試驗結果的影響，降雨強度控制在120mm/h；試驗模擬降雨持續(xù)時間設計為5h，考慮到構筑物泄流能力的強弱，試驗持續(xù)時間設計為12h，且每隔一定時間取樣測量一次堰上水頭及出水水質。為了對比不同泄流構筑物排水能力，本試驗選用篦面平行式雨水口（篦條平行于水流方向，記作平行式）、篦面垂直式雨水口（篦條垂直于水流方向，記作垂直式）、篦面交叉式雨水口（進水流向與篦條交叉，記作交叉式）、環(huán)保雨水口（內置可自行拆卸的一體化截污裝置）、透水混凝土等五種泄流構筑物進行降雨模擬試驗。

3.2 試驗結果

3.2.1泄流構筑物堰上水頭（mm）隨時間的變化規(guī)律

由圖1可知，平行式雨水口對堰上水頭的綜合控制能力最佳，在試驗的第7h即降雨結束后2h內將地面雨水排干；透水混凝土構筑物在降雨的前2h堰上水頭最低，隨后堰上水頭直線上升，原因是地面徑流攜帶大量顆粒物附著在透水混凝土表面，阻礙其空隙的進一步泄水；平行式、垂直式、交叉式及環(huán)保雨水口在降雨的前3h排水能力相當，堰上水頭未出現(xiàn)明顯的差異性，3h以后平行式雨水口堰上水頭開始逐漸降低，而其它三種雨水口堰上水頭仍存在升高的趨勢。

3.2.2泄流構筑物泄流量（L/s）隨時間的變化規(guī)律

圖2泄流構筑物泄流量（L/s）隨時間的變化規(guī)律

由圖2可知，平行式和交叉式雨水口分別在7h和9h時泄流量為0mg/L，其余三種構筑物在12h內均未排干地面積水。透水混凝土在降雨開始的3h內泄流量最大，在4h及以后泄流量斷崖式下降，原因在于徑流雨水含有較多雜質，雜質下沉堵塞透水孔隙致使水量外排能力下降；環(huán)保雨水口在截污裝置正常工作情況下，泄流能力影響不大，后期顆粒物富集量超過其受納能力時，泄流量逐漸降低，但其泄流能力依舊是透水混凝土的3倍。

3.2.3泄流構筑物淤泥深度（cm）隨時間的變化規(guī)律

圖3泄流構筑物淤泥深度（cm）隨時間的變化規(guī)律

由圖3可知，五種不同的構筑物淤泥深度在降雨的5h內隨時間的增加，深度增加速度較降雨結束后的地面徑流攜帶的泥質導致淤泥升高的速度快，但總體深度都在25cm以下。排水結束后，構筑物內淤泥深度不再增加；5h后透水混凝土淤泥厚度最高且峰值達到24cm。

3.2.4泄流構筑物出水濁度（NTU）隨時間的變化規(guī)律

圖4泄流構筑物出水濁度（NTU）隨時間的變化規(guī)律

由圖4可知，環(huán)保雨水口在降雨前三小時內出水濁度可以控制3NTU以下，在4-7h濁度

突變是由于徑流雨水攜帶大量顆粒物將內側截污掛籃堵塞，致使其截污能力變差；7h以后凈流量減小，截污掛籃又部分恢復其截污能力；其次透水混凝土對濁度也具有一定的控制能力；平行式、交叉式、垂直式雨水口對濁度幾乎無控制能力。

3.2.5泄流構筑物出水懸浮固體SS（mg/L）隨時間的變化規(guī)律

圖5泄流構筑物出水懸浮固體SS（mg/L）隨時間的變化規(guī)律

由圖5可知，對出水SS控制最好的是環(huán)保雨水口其次是透水混凝土，其他三種雨水口不具有去除能力。在環(huán)保雨水口截污能力不受影響時，出水值SS在52-73mg/L，約是其他三種雨水口出水SS的1/2；但環(huán)保雨水口出水水質易受泄流能力的影響，一旦內部截污裝置表層出現(xiàn)泥膜，出水水質會立刻變差。

3.2.6泄流構筑物出水懸浮固體COD（mg/L）隨時間的變化規(guī)律

由圖6可知，在降雨的前3h內，環(huán)保雨水口對出水COD具有較高去除率,透水混凝土具有一定的過濾能力，其他三種雨水口對COD無去除效果，出水COD濃度相差不大。環(huán)保雨水口截污能力受影響顆粒物富集影響嚴重，6h出水COD濃度是3h出水COD濃度的8倍。

4. 管控建議

1）臺風過境之前: 嚴密監(jiān)控臺風動態(tài)，在預測臺風路徑大概率登陸徐州，且收到強降雨信息之后，提前將雨水口內截污掛籃移出，并保持雨水口周圍暢通。

2）臺風過境時：臺風帶來的降雨特點是短時急促，大量雨水呼嘯而至，首先要解決的就是水量的問題。強降雨沖刷周圍下墊面，攜帶大量顆粒物及雜質在雨水口周圍堆積，影響雨水口的泄流能力。臺風過境時，堰上水頭高于100mm時，雨水中攜帶的顆粒物沉降時間較長，可不清理雨水口；當堰上水頭低于100mm時需每隔12h時間疏通井口周圍淤泥。建議后續(xù)雨水口改造，務必設置沉泥槽，且加裝流量儀以便動態(tài)監(jiān)控雨水口流量大小，一旦發(fā)現(xiàn)雨水口失去泄流能力，及時清淤排泥恢復其泄洪能力。

3）臺風離開后：降雨逐漸較小，堰上水頭也逐漸降低。當堰上水頭低于20cm后，人工裝回截污掛籃，對徑流雨水水質進行凈化處理。

5. 工程實例

徐州云龍區(qū)某道路寬度14-16m, 雨水口間距55-70m，雙側布置,篦條垂直于水流方向，篦面尺寸250mm×450mm，小雨積水大雨內澇；將現(xiàn)狀雨水口廢棄新建，每隔40m新建一座設計箅面尺寸750mm×450mm平行式雨水口，并設置30cm沉泥槽。2021年7月臺風煙花過境，收到降雨信息后取出截污裝置降雨持續(xù)時間6h，期間雨水口最大堰上水頭307mm，槽內沉泥17cm，堰上水頭低于20cm以后加裝一體化截污裝置，出水濁度36NTU，，COD濃度8.2mg/L，SS濃度45.3mg/L，道路在降雨結束后1.5h內泄空地面雨水。

6.結論與建議

1）平行式雨水口在7h內排干地面徑流，對臺風引發(fā)的強降雨水量控制能力最好，泄流能力最強，是實際工況的最佳選擇,透水混凝土隨著表面泥膜的生成，泄水能力直線下降；

2）環(huán)保雨水口對COD、SS去除效果較好，可以凈化徑流水質；平行式、垂直式及交叉式雨水口對其無處理效果；

3）建議雨水口加裝一體化截污掛籃，平時降雨時用來凈化水質；極端降雨時，前期可以摘除利于泄流；后期降雨結束當堰上水頭低于20cm后，人工裝回截污掛籃，對徑流雨水水質進行凈化處理；

4）五種構筑物淤泥深度均在25cm以下，建議在實際工況中雨水口設置30cm的沉泥槽；且連接管內加裝流量儀以便第一時間找到淤堵位置。

參考文獻

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作者簡介：張孝忠（1992-），男，江蘇徐州，碩士，助理工程師，城市給排水及水處理領域。聯(lián)系電話：15205196605，郵箱：1403691909@qq.com，通訊地址：徐州銅山區(qū)千禧城