摘 要：雨水口是城镇雨水排放系统的收集装置，如数量不足、位置布置不当易造成路面积水。为进一步精细化设计，避免设计重现期标准状态下路面积水，改善市民出行体验，减少安全隐患，在参考相关规范进行理论计算分析的基础上，结合实际工程设计需要，提出以横向水面宽度为控制指标，定量计算确定雨水口布置间距，以截流率为主要指标之一，定量计算确定雨水口布置数量（长度）的设计计算思路和方法，以减少凭经验取值的盲目性。

0 引言

雨水口是城镇道路上常见的排水设施，是城市雨水排放系统的收集装置。雨水首先要经雨水口收集后才能进入雨水口连接管，通过雨水主管渠排放至下游水体。雨水口布置数量、位置直接影响路面雨水的排除。数量不足、布置不当，易造成路面积水，给市民出行造成不便，带来安全隐患，影响城市形象。

有关城镇道路雨水口的数量、布置间距，我国《室外排水设计规范》（GB500 14—2006）（2016 版）规定：“雨水口的型式、数量和布置，应按汇水面积所产生的流量、雨水口的泄水能力及道路型式确定”“雨水口和雨水连接管流量应为雨水管渠设计重现期计算流量的1.5～3 倍（本文以下称该系数为K h）”“雨水口的间距宜为25～50 m”。

一般具体设计时：首先采用推理公式法计算雨水设计流量，考虑系数Kh 后，根据所采用雨水口的设计过流量，确定雨水口数量；雨水口间距按照规范规定的范围选取，沿道路纵向每隔一定距离布置，同时在道路纵向、交叉口、单位小区出入口等局部最低点处布置雨水口。

推理公式法雨水流量计算公式为[1]:

式中：Ψ为径流系数；q 为设计降雨强度，L/（s•hm2）；F 为汇水面积，hm2。

近年来，关于设计重现期标准、汇水面积、径流系数等与设计雨水流量相关的因素已进行了大量的研究并引起高度重视，本文不再赘述。本文拟在已确定合理设计重现期标准、汇水面积、雨水流量的前提下，为进一步精细化设计，改善市民出行体验，减少安全隐患，在参考相关规范进行理论计算分析的基础上，结合实际工程设计需要，对雨水口布置间距、数量定量计算等进行分析探讨。

1 雨水口间距与横向水面宽度

1.1 横向水面宽度

雨水口是按一定的间距布置，其收水是一种点状收水方式。降雨期间，其汇水区内雨水沿道路横向、纵向坡度以地面径流的形式汇入雨水口。

横向，雨水口布置于道路横向最低点，一般位于主路面路缘石边缘。

纵向，按其功能可分为二类：一类为沿道路纵向每间隔一定距离布置的雨水口，主要截留该雨水口上游沿道路纵向汇流的雨水，纵向只收集一个方向的雨水，称截水点雨水口；另一类为布置于道路局部最低点的雨水口，纵向接收两个方向的雨水，称汇水点雨水口。常见的道路局部最低点有道路纵向局部最低点，道路交叉口、单位小区出入口交叉口形成的局部最低点等。图1 为雨水地面径流平面示意。

图1 雨水地面径流平面示意图

雨水地面径流沿道路横向纵向坡度汇流至道路横向最低点路缘石边缘，在道路边缘部分会形成一定的水面宽度，以三角形浅边沟的地面径流形式，沿道路纵向坡度流向雨水口。常见浅边沟在横断面上，一条边为竖直方向的侧边石，另一条边为路面。路面线形可能是单一坡度型、复合坡度型或者抛物线型。图2 为浅边沟过水断面示意。

图2 浅边沟过水断面示意图

雨水地面径流沿道路边缘三角形浅边沟的水面宽度T 称为横向水面宽度。两雨水口之间横向水面宽度由窄变宽，至下游雨水口前达到最大值，如图1 路缘石边缘填充部分所示。

1.2 横向水面宽度的计算方法和主要影响因素

有关浅边沟的水力计算，《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）[2]给出了单一横坡的浅三角形沟或过水断面的排水能力计算公式：

式中: h 为沟或过水断面的水深，m；I 为水力坡度，可取道路纵向坡度Si；ih 为沟或过水断面的横向坡度，可取道路横向坡度Sx；n 为沟粗糙系数，沥青路面（光滑）0.013。

深宽比小于1∶6 的浅沟计算泄水能力乘以1.2。以路面线形为单一坡度型为例，横向水面宽度T = h/Sx。

根据该公式计算，相同道路横向坡度，相同边沟流量（Qc=20 L/s），不同道路纵向坡度，横向水面宽度、浅沟水深见表1。

表1 相同边沟流量不同道路纵向坡度，横向水面宽度、浅沟水深计算结果

相同道路横向坡度、纵向坡度，不同边沟流量时，横向水面宽度、浅沟水深见表2。

表2 相同纵向坡度不同边沟流量，横向水面宽度、浅沟水深计算结果

由计算公式可知，影响横向水面宽度的主要因素有边沟流量、道路横向坡度、道路纵向坡度。由表1、表2 的计算结果可见：相同道路横向坡度，相同设计流量（边沟流量）情况下，道路纵向坡度越小，横向水面宽度越宽；相同道路横向坡度，相同道路纵向坡度情况下，边沟流量越大，横向水面宽度越宽。工程实际常见设计流量0.02～0.05 m3/s之间，道路横向坡度0.015，纵向坡度0.003～0.03之间，横向水面宽度1.623～3.523 m。

1.3 分析与探讨

（1）雨水口间距，是两个雨水口之间的距离，也是下游雨水口汇水区的长度，与汇水面积正相关，也与设计雨水流量（边沟流量）正相关。雨水口满足其流量要求，可以通过增加一个位置雨水口的数量（设计过流量）来实现，但较大的设计雨水流量意味着道路边缘三角形浅边沟较宽的水面宽度，因此雨水口布置间距与横向水面宽度密切相关。

（2）《室外排水设计规范》（GB500 14—2006）（2016 版）中没有设计重现期标准状态下有关雨水地面径流横向水面宽度的规定。规范对城市内涝防治重现期标准状态下，规定了“道路中一条车道的积水深度不超过15 cm”的地面积水标准，但城市内涝防治重现期和设计重现期是两个不同的标准，前者比后者高很多。《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）有类似规定，规定“设计降雨条件下，高速公路及一级公路的设计积水宽度不得超过右侧车道外边缘;二级及二级以下公路不得超过右侧车道中心线”。一级公路其右侧车道外硬路肩的宽度一般值为3 m,最小值为1.5 m,主要通行小客车时右侧硬路肩也可采用2.5 m，公路车道宽度一般是3 m，则规定设计降雨条件下，一级公路积水宽度不超过1.5~3 m，二级及二级以下公路3~4.5 m。因此，为保障安全，减少对交通出行的影响，城镇道路地面径流横向水面宽度，在设计重现期标准状态下也应控制在一定范围。在相关规范明确之前，笔者建议，参考公路规范，结合目前工程实际（常见双箅多箅布置，不同纵向坡度横向水面宽度）以及图集《雨水口》[3]中设计过流量为对应箅前水深40 mm 的情况，对于雨水口位于机动车道的城镇道路，横向水面宽度控制在2.67 m 以内。

（3）具体工程设计中，重现期标准、道路宽度（汇水面积）、径流系数一定的情况下，可以通过设定的横向水面宽度指标定量计算出雨水口布置间距。首先根据横向水面宽度控制指标，通过公式（2），计算出边沟流量；再根据公式（1）计算出设计重现期标准状态下汇水面积，由是确定雨水口的间距。对应的设计雨水流量的变化通过增减雨水口数量（设计过流量）来满足。

（4）根据横向水面宽度定量计算确定雨水口间距，由以上公式（1）、（2）可知，雨水口间距与道路纵向坡度正相关，与设计降雨强度、道路宽度（汇水面积）、径流系数、道路横向坡度负相关。这与《室外排水设计规范》（GB500 14—2006）（2016版）中有关雨水口布置间距原则的规定是一致的。

（5）雨水口收水是一种点状收水的方式，地面径流横向水面宽度的控制标准与道路类型、出行需求有密切关系。对于雨水口位于通行机动车道路面的城镇道路类型，参照公路规范，将横向水面宽度控制在2.67 m 以内，正常情况下是可以接受的，一般也能同时满足更高标准的内涝高重现期状态下规范要求的“道路中一条车道的积水深度不超过15 cm”的要求。但是，对于像步行街、雨水口位于非机动车道等这一类城镇道路，设计重现期标准状态下，横向水面宽度若扔控制在2.67 m,显然会对行人、非机动车通行造成较大影响，横向水面宽度宜选取较小的数值。以上情况如何确定适宜的雨水口布置方式，乃至是否采用线状排水、优化道路断面等措施，以尽可能改善雨天市民出行的体验，减少安全隐患，是设计时应引起高度重视，需要重点考虑的问题。

2 雨水口数量与截流率

2.1 截流率

雨水口的型式常见的有立箅式、平箅式、偏沟式、联合式，目前工程设计中，大多选用国家建筑标准设计图集《雨水口》中的型式。联合式雨水口为立箅式和偏沟式雨水口的组合，本文以常见的有代表性立箅式、偏沟式雨水口的情况进行分析。雨水口尺寸、设计过流量等均采用图集《雨水口》的数值。

由前文所述，雨水口收水时，雨水地面径流沿道路边缘有一定的横向水面宽度和一定的流速。对于立箅式雨水口，边沟导向雨水口的水流一部分进入雨水口，一部分从箅子侧面超越流过。对于偏沟式雨水口，当边沟水面扩展超过箅子宽度时，边沟导向雨水口的水流一部分从箅子侧面超越流过。从箅子的正上游部位流来正面水流，由于有一定的流速，一部分进入雨水口，也有一部分从箅子正上方超越通过。若完全截留需要雨水口有足够的长度、宽度。雨水口收水流量与来水流量（即边沟流量、设计雨水流量）的比值为雨水口截流率。

刘雷斌等[4]通过水工模拟平台模拟，主路路面11.5 m 宽，道路横向坡度1.5%，道路纵向坡度0.3%。实测，立箅式单箅雨水口：模拟降雨量为15 L/s时，收水量为12 L/s；偏沟式单箅雨水口：模拟降雨量为25 L/s 时，收水量为20 L/s。

2.2 截流率计算方法和主要影响因素

《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）中有截流率的概念。对于开口式泄水口（型式与立箅式雨水口接近），规范没有给出计算公式，并因公式较繁琐，规范仅在附录C 给出“开口式泄水口截流率计算诺模图”查取。对于格栅式泄水口（型式与偏沟式雨水口接近），规范中“格栅的泄水量可利用浅三角形沟或过水断面的流量计算公式，先确定其过水断面后，按格栅宽度所截取的过水断面面积确定”的规定，仅设定正面流截流率为1，没有考虑侧面收水，反映不出道路纵向坡度对截流率的影响，是一种简化的计算方式。

同济大学李志勇[5]、李树平[6]等学者对国内外有关雨水口截流率的计算方法进行了研究，与他们类似，本文采用美国华盛顿特区联邦公路管理局公路路面排水水力计算公告[7] 中截流率的计算公式。

立箅式雨水口截流率计算公式：

式中：L 为截留全部流量所需立箅式雨水口长度，m；LT为实际雨水口长度，m。

截留全部流量所需立箅式雨水口长度：

式中：K 为单位转换常数0.817；Q 为设计雨水流量，m3/s；Si 为道路纵向坡度；Sx 为道路横向坡度；n 为曼宁系数。

根据以上公式计算，计算立箅式双箅雨水口，设计雨水流量相同，雨水口长度相同LT=1 580 mm（此时，雨水口设计过流量为设计雨水流量的1.5倍），不同道路纵向坡度情况下截流率见表3。

表3 立箅式双箅雨水口相同设计雨水流量不同道路纵向坡度截流率计算结果

根据以上公式计算立箅式四箅雨水口，设计雨水流量相同（T 不大于2.667 m），雨水口长度LT = 3 160 mm 相同（此时，雨水口设计过流量为设计雨水流量的2 倍），不同道路纵向坡度情况下截流率见表4。

表4 立箅式四箅雨水口相同设计雨水流量不同道路纵向坡度截流率计算结果

偏沟式雨水口截流率计算公式：

式中：Rf 为雨水口正面截流率；Rs 为雨水口侧面截流率；E0 为雨水口处正面流量与边沟流量的比值，m/s。

其中雨水口正面截流率：

式中：v 为边沟流速，m/s；v0 为出现溅越时的临界边沟流速，v0 = 6 m/s。

边沟流速v：

侧面截流率：

式中：L 为箅子长度，m。

正面流量与边沟流量的比值:

式中：T 为路面横向水面宽度，m；W 为箅子宽度，m。

根据以上公式，计算偏沟式双箅雨水口，设计雨水流量（边沟流量）相同（T 不大于2.667 m），雨水口长度LT =1 500 mm 相同（此时，雨水口设计过流量为设计雨水流量的1.5 倍）。不同道路纵向坡度,截流率见表5。

表5 偏沟式双箅雨水口相同设计雨水流量不同道路纵向坡度截流率计算结果

计算偏沟式四箅雨水口，设计雨水流量（边沟流量）相同（T 不大于2.667 m），雨水口长度LT=3 000 mm 相同（此时，雨水口设计过流量为设计雨水流量的2 倍），不同道路纵向坡度情况下截流率见表6。

表6 偏沟式四箅雨水口相同设计雨水流量不同道路纵向坡度截流率计算结果

以上计算“雨水口设计过流量”采用的是图集《雨水口》中“箅前水深40 mm，道路横坡0.15，道理纵坡0.002~0.035 之间”推荐的常规数值。

由以上计算结果可见，工程实际中常见的截水点雨水口双箅及四箅的布置，均不能全部收水，有跨越流量。相同雨水口数量（长度），截流率随道路纵向坡度增大而降低，雨水口设计过流量为设计雨水流量的1.5 倍、2 倍时，较大纵坡的雨水口截流率也是较低的数值。

由计算公式可知，对于立箅式、偏沟式雨水口，影响截流率的主要因素有设计雨水流量、道路横向坡度、道路纵向坡度、雨水口型式。截流率与设计雨水流量、道路纵向坡度负相关，与道路横向坡度、雨水口长度正相关。偏沟式雨水口截流率还与横向水面宽度负相关。

2.3 分析与探讨

（1）截水点雨水口没有截流的雨水，沿路边缘三角边沟流向下一雨水口，因此，下一雨水口设计汇流水量除其本身间距范围雨水流量外还应包括上一截水点雨水口未截流雨水流量，路段局部低点汇水点雨水口更应如此。若雨水口数量计算时没有考虑未截流水量，整个汇水区各截水点雨水口未截流雨水流量逐步累积，最终全部汇集至道路局部低点。设计降雨强度标准状态下，设Ep为平均截流率，则有接近（1-Ep）倍主管渠设计流量的雨水汇聚至最低点，从表3~ 表6 截流率数值可以看出，这是一个较高的比例，这也是实际中道路纵向坡度较大、收水距离较长的路段较易出现短时积水现象的主要原因。

（2）在由横向水面宽度控制指标，通过公式（2）计算出允许边沟流量（设计雨水流量）的基础上，再通过公式（3）～（9），计算出此边沟流量，一定截流率下，所需的雨水口长度，由是得出所需的雨水口数量。未截流雨水量计入下一雨水口设计雨水流量。

（3）截水点雨水口具体的截流率控制数值，应根据下游特别是最低点即汇水点雨水口负荷、布置条件（需要雨水口数量过多，无法布置）、路段长短、积水风险大小以及工程经济等因素综合考虑。理想的布置情况是从第一个截水点雨水口开始，控制合适的截流率，雨水口间距逐渐减少，数量逐渐增加，以合适的水面宽度，较小的未截流水量，至最低点汇水点雨水口；也可采取接近最低点的截水点雨水口增加雨水口数量（长度），减少间距（设计流量），提高截流率，减轻最低点负荷的方法；若路段较短，还可以采取在最低点集中收水的方式，具体可以按照公式一步步计算评估，最终根据计算出的所需要雨水口长度，确定雨水口数量。由于随重现期标准、道路情况、雨水口型式等不同，类型较为繁杂，本文不再展开讨论。

（4）从以上计算及分析可以看出，将通过截流率公式计算出的雨水口数量，折算成对应的单箅多箅雨水口的设计过流量，与设计雨水流量对比，其数值大于1。这与《室外排水设计规范》（GB50014—2006）（2016 版）“雨水口和雨水连接管流量应为雨水管渠设计重现期计算流量的1.5～3 倍”的规定是一致的。在考虑堵塞因素（平箅50%，立箅10%）之外，通过截流率公式，计算确定需要的雨水口数量（长度），定量考虑了设计雨水流量、道路横向坡度、道路纵向坡度、雨水口宽度等因素，比凭经验在1.5～3 之间选取Kh 值，通过固定的雨水口设计过流量换算来确定数量，减少了盲目性。

3 结语

（1）雨水口收水是一种点状收水的方式，雨水地面径流汇入雨水口时沿道路边缘形成的三角形浅沟有一定的横向水面宽度。为保障交通出行，减少安全隐患，设计重现期标准状态下，应根据道路类型，将横向水面宽度控制在一定范围。设计重现期标准、道路形式一定的情况下，横向水面宽度与雨水口间距密切相关。以横向水面宽度作为主要控制指标计算确定的雨水口间距，和室外排水等规范所规定的雨水口间距布置原则是一致的，定量考虑了设计雨水流量、道路横向坡度、道路纵向坡度等因素，减少了凭经验取值的盲目性。横向水面宽度可按照《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）中相关公式计算。

（2）没有足够的宽度与长度，一般雨水口不能完全收水，有跨越水量，雨水口收水流量与来水流量（设计雨水流量、边沟流量）的比值为雨水口截流率。通过截流率公式计算雨水口数量，和室外排水等规范中有关雨水口设计过流量应Kh 倍设计雨水流量的规定、意图是一致的。其定量考虑了设计雨水流量、道路横向坡度、道路纵向坡度、雨水口长度、宽度等因素，减少了凭经验取值的盲目性。在目前尚无成熟计算公式的情况下，雨水口截流率可以参考本文中公式（3）～（9）计算。

（3）设计降雨强度标准状态下，截水点雨水口没有截流的雨水，沿路边缘三角边沟流向下一雨水口。下一雨水口设计雨水流量除其本身间距范围汇流雨水流量外，还应包括上一截水点雨水口未截流雨水流量，确定路段局部最低点的汇水点雨水口（包括雨水口连接管）设计流量时更应特别注意。

（4）雨水口布置间距、数量还受其他诸多因素的影响，由于篇幅所限，本文仅计算分析至设计雨水流量的层次。本文计算公式也是参考的相关规范，其和城镇道路的情况会有一些差异。具体设计，雨水口数量、布置间距还需结合各地具体的重现期标准、暴雨强度、道路形式、雨水口型式、做法等情况分析计算。希望本文能起到抛砖引玉的作用，在加强水力模型研究和水工试验的基础上，总结制定出城镇道路排水的横向水面宽度、雨水口截流率控制标准、计算方法，定量计算确定雨水口布置间距、数量，以更加精细的设计，尽可能减少路面积水，尽量改善市民出行体验，减少安全隐患。

（5）通过本文以上的分析与探讨也可以看出，执行低影响开发策略，采用海绵城市建设中下沉式绿化带、排水U 型槽、生态边沟等措施，是解决城镇道路横向水面宽度、雨水口截流率等问题的合理有效途径。

摘自：城市道桥与防洪