阶梯式跌水工程应用于山地城市排水系统

doi：1O．3969／j．issn．1671-9107．2014．07．016i阶梯式跌水工程应用于山地城市排水系统’lApplicationofStepWaterDropinDrainageSysteminMountainousCityi张平。敖良*11’，黄炜曦■～～⋯⋯⋯．一一一一一一⋯⋯o,--⋯·、摘要：由于山地城市地形复杂。雨水系统出水口接入下游排水系统时面临大高差陡坡，合理选择跌水消能工是山地城市排水系统陡坡跌水研究的重点通过介绍山地城市阶梯急流槽水流流态及工艺计算，并结合理论及案例进行了分析，为山地城市排水系统跌水消能设计研究提供参考。关键词：山地城市；排水系统；陡坡跌水；跌水消能工；阶梯急流槽；消能池中图文类号：TU992．03文献标识码：A文章编号：1671—9107(2014)07—0016—03Abstract：Duetothecomplexlandscapeofmountainouscity，there’Sabigheightdiferenceinlowerdrainagesystemfromthewateroutletofrainwaterdrainagesystem，SOreasonableselectionofwaterdropenergydissipateristhekeypartofthestudyonsteepslopedropofthedrainagesysteminmoun—tainouscity．ByintroducingtheflowpaRemandtechniquecalculationofsteptorrentgutterinmountainouscityandanalyzingpracticalcasescombinedwitlltheories．thispapercalloffersomereferencesforsimilarprojects．Keywords：mountainouscity；seweragesystem；steepdrop；waterdropenergydissipater；steptorrentguter；energydissipationpoor山地城市地形复杂山势起伏。道路纵坡变化大。雨水系统边坡出水口接入下游排水系统时往往面临距离短、高差大的陡坡．如何结合地形合理地选择跌水消能工是山地城市排水系统设计时必然面临的问题常规竖井跌水消能应用于陡坡段时由于存在较大土石方开挖量问题．跌落高差有限，造价较高。而在陡坡地段采用阶梯急流槽跌水工艺处理排水系统高跌差问题则能较好地解决1阶梯急流槽流态阶梯急流槽流态根据急流槽坡度、阶梯高度、单宽流量不同分为三种流态：滑移流、跌落流、过渡流【l】。滑移流发生在陡坡较陡、单宽流量较大的阶梯急流槽上；跌落流也称为水舌流。当阶梯急流槽坡度大、阶梯高时，跌落水舌与阶梯水垫之间形成空腔．空腔内形成自由水面。主流水面形成紊动。过渡段介于滑行水流与跌落水流之间．滑行水流和跌落水流形成很强的水力波动．产生过渡段水流现象．由于过渡水流不稳定，在设计中应予以避免2阶梯急流槽跌水工艺构造急流槽一般坡度大于临界坡度．目的是在很短的距离内在水面落差很大情况下解决跌水消能问题。阶梯急流槽由进口、陡坡槽身、消能设施和出口四部分组成，见图1。进口部分主要衔接上游排水出水口与下游陡坡槽身，对进水流态进行调整。阶梯急流槽自身具备消能效果，对于小单宽流量和较浅水深时采用阶梯式急流槽消能效果良好，消能率达到70％～97％．但水深和单宽流量增加时，效能率相应下降闭。阶收稿日期：2013一l2—23作者简介：张平(197O一)，男，重庆人，本科，高级工程师，注册土木工程师(道路)，主要从事山地城市道路、立交、水工结构等方面设计和研究。■田ChongqIngArchiteclure20l4．NO．7梯高度结合陡坡自然地形坡度进行设置，一般取0．3～0．6。急流槽为挖方工程，为减少土石方量，槽身宽度采用缩小断面，渠道宽度根据单宽流量、进口宽度、下游渠道宽度等决定，单宽流量越小，消能效果越好，掺气浓度越大，空蚀风险越小。对于矩形横断面，单宽流量建议取1O一15mg(s·m)。3工程案例分析3．1工程概况项目位于重庆市渝北区．为典型山地城市雨水出口接入河道高落差处理工程。设计雨水管道出口需接入跳蹬河，管道断i~d1200，i=O．O1，Q=5．3m3／s，雨水出口位于跳蹬河大桥南桥头，距桥台约lOm出水口处地面高程约315．20m，河底高程263．70m．常水位266．49m，河底岸高程267．50m，50年一遇洪水位约269．20m。河岸高差约48m，出水口距河道岸边105m，河岸平均坡度约O．45。3．2设计思路一般山地城市排水高落差处理有竖井跌水、斜管跌落、急