摘要：总结沙特扎瓦尔项目雨水系统设计的经验教训，为后续项目该系统设计提出指导和建议方案。
关键词：雨强度；径流系数；积水设计
该论文的主要目的是通过对雨水系统设计过程的回顾，总结出沙特该地区雨水系统设计的一些经验和深刻的教训，供后续的类似项目工程进行参考。
1.论文正文：
1.1 雨水系统设计的基础数据（Basic Parameters）分析：
1.1.1 设计重现期(Recurrence Interval)：
该项目根据合同要求雨水系统设计按照100年重现期来考虑，远远超过国内常规的3-5年的设计重现期要长很多。设计重现期对于相关雨水系统的设计参数影响非常大，设计重现期要求越长，其相关参数就越趋于保守，导致雨水系统选型设计非常庞大和浪费。作者根据电厂的运行使用年限，建议S&L在开始阶段按照25年重现期进行设计计算的1号雨水池（01UGF）的高峰流量Qpeak=2.84m3/s，而后期根据业主咨询师意见采用50年重现期设计的01UGF的高峰流量Qpeak=3.46m3/s，提高20%多，从这个结果可以比较直白的看出重现期的确定对于整个雨水系统设计的重大影响。
作者根据在若干项目的经验，一般电厂的使用寿命在30年左右，对于雨水系统设计的重现期选择一般确定在25年左右比较合适，即在25年一遇的暴雨情况下，雨水对电厂运行没有影响或者影响很小，在24小时内即可消除影响，在这种情况下，积水情况（Ponding Scenario）应该被考虑，即在设计工况下，部分雨水无法通过雨水泵站抽出，从而积蓄在厂区部分地段，但低于基础和室内地面标高，从而能够雨水系统设计更加优化。
1.1.2 暴雨强度(Rainfall Intensity):
作者认为，该数据是整个雨水系统设计的最关键和最核心的数据，该数据直接影响到了整个雨水系统设计的准确性。结合沙特扎瓦尔项目的工程实际经验，作者将对暴雨强度的确定谈谈一下几点的看法：
1）暴雨强度不是一个简单的数值，并不是简单的一个数值如75mm/h（该项目合同建议值）就能准确表达该地区的暴雨强度，准确的说，暴雨强度是一系列的数值，一般表述为若干个暴雨强度曲线或者暴雨强度公式，每个曲线代表不同重现期（Return Period）的暴雨强度与时段（Time Duration）的关系，按照重现期不同，一般分为5年，10年，25年，50年等，每个曲线下其横坐标为为时段，纵坐标为暴雨强度。
2）在缺少所在地区准确的暴雨强度的情况下，针对工程的特点和相关地区资料对暴雨强度进行分析和估算是一个比较切实可行的解决办法。美国SL公司在接手项目以后，首先对雨水设计的暴雨强度进行了一系列的分析，分别采用其原先的沙特工程经验、阿美石油公司（SAUD ARAMCO）和沙特国王大学（SAUD King University）的暴雨强度计算公式对该项目暴雨强度进行计算，最终采用国王大学的算法得出暴雨强度作为该项目的雨水系统暴雨强度的设计值，需要指出该公式为： I=216*Tr0.27/Td0.7, 其中I为暴雨强度（mm/h），Tr为重现期（year），Td为时段（minute）。得出的暴雨强度值如下表格：
最终其设计采用50年重现期的暴雨强度。
在工程后期与当地设计院的交流过程中，我们得到了我们所在地区的精确暴雨强度曲线，从这个曲线上来看，美国SL公司应用沙特国王大学公式所推导出来的数值是偏于保守但安全的，也间接证明了该设计公司暴雨强度计算的严谨性和准确性。该项目所在的沙特Jubail Industrial City管辖政府Royal Commission（以下简称RC）给出了设计指导手册。
1.1.3 径流系数（Runoff Coefficient）
径流系数是对在不同类型的区域内将有多少雨水通过雨水收集系统汇入到管道系统中的一个比例表述，其直接决定了雨水管道系统的设计选型。径流系数针对不同类型的区域有着不同的规定，各国的规范针对本国具体情况对此也有相应的表述。厂区的布置和建筑设计直接决定了径流系数的取值，比如厂区回填平整区域和厂区硬化地面区域取值就差距很大，厂区建筑物采用雨水收集系统和采用散排系统的取值也很不相同，即使单单对回填平整区域，不同的回填平整做法也会导致径流系数会有所不同。以沙特扎瓦尔项目为例，按照RC颁布的设计手册，加渗透系数小的回填材料回填（如当地的MARL的材料）后，回填区域的径流系数达到0.65，若采用普通细砂回填，则系数相应减少为0.40，减少幅度达40%，这样会大大减少雨水汇入到雨水系统中去，相应的管道选型就会大大优化。建筑物的径流系数与建筑物的雨水排放方式也是密切相关的，如果采用中东常用的雨水管末端接入雨水收集系统的方式，则径流系数应按照硬化地面和道路类型考虑，达到0.95左右；如果采用我们国内常用的方式在雨水管末端散排到周围地面上，则径流系数应该能显著减少，作者认为，应按照其排放区域的类型对应的径流系数进行考虑，假设排放到有完善雨水收集系统的硬化地面，应考虑按照硬化地面的径流系数，若排放到回填区域，则按照回填区域的径流系数考虑，可以适当放大，如0.65左右的径流系数。
1.1.4 集水时间（Time of Concentration）
集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到设计的管道断面所需时间（min）。确定最远端雨水管路系统雨水收集点所在的最远点的集水时间Tc，这是雨水管道计算的基础起始点，雨水管道系统的设计应该从Tc加上雨水汇流到设计断面的时间为起算点，其间的历时取对应的暴雨强度来计算径流量。在国内规范中，集水时间一般不予计算，取5-15min之间，一般雨水口设置较为密集的取集水时间短一些，稀疏地段取集水时间长一些，但根据美国S&L公司的设计，其集水时间是通过计算得到了，其计算公式如下：Tc=3.26*(1.1-C)*D1/2/S1/3 C-径流系数（视具体情况可取加权径流系数）；D-最远端汇水距离，m；S-坡度，%；计算出较为精确的结果后可考虑适当简化，如计算结果大约为8分钟，可取10分钟考虑。雨水在管路内流动时间考虑两个设计断面的距离除以管道内设计流速，或者偏低于设计流速即可。FS在设计该项目的雨水系统时，完全没有考虑集水时间因素，这种设计计算从根本上是错误的。
1.4效益分析：
a)雨水管道系统的优化经济性分析：经过上述的分析，该项目的雨水管道系统设计可以判定偏于保守，为方便比较得出直观的经济价值，按照1000mm管径对全厂GRP管道进行当量转化，全厂当量长度约9000m，每米综合造价668美元，可以优化的比率按照50年重现期设计考虑，为23%左右，可以节省大约140万美元左右；按照25年重现期设技考虑，为36%左右，可以节省约210万美元左右，按照合同要求的暴雨强度设计，可以节省162万美元左右。由于前期FS设计严重滞后，雨水管道图纸完成后立即用于管道材料采购，所以到后期S&L接手以后，也没有条件对部分的雨水管道进行修改和优化，换句话来讲，在雨水管道系统的设计上，因为设计保守我们至少浪费了162万美元左右。
b)02UGF雨水蓄水池的优化经济性分析：在美国设计院S&L设计时期，东侧雨水收集池02UGF的体积为100mX53m，底板标高为-8.2m，其钢筋混凝土总量约为14000方混凝土；经过上述的分析，对雨水系统中的参数取值以及设计理念的改变，最终的雨水池设计方案为50mX30m，底部标高-8.5m，钢筋混凝土的量约为3900立方。通过优化节省钢筋混凝土量约为10100立方，钢筋约为1650吨，防水面积约为5200平方，按照混凝土单价162美元一方，钢筋1862美元一吨，防水为20.4美元一平方，即使不考虑土方开挖和回填工程量以及降水的费用，工程直接费大约能够节省10100x162+1650x1862+5200x20.4=4,814,580美元；综合考虑钢筋的放样、下料、加工、运输及安装工序都将较之以前减小1/2的工期。根据前述的优化方案项目设计部整理了02UGF雨水收集池设计报告及升版了相关雨水池图纸，业主也已经批准了此优化方案和图纸并用于现场施工。
1.5应用推广：
经过这个项目雨水系统设计的实践和学习，作者对全厂雨水系统设计有了一个较为直观的认识，基本掌握了雨水管道系统选型计算的方法和过程，对其基础参数也有了一定的认识，以后的工作中要认真吸取该项目的经验教训，避免出现该项目出现的错误，将雨水系统设计做到最优最合理。
参考文献：
a)ROYAL COMMISSION CHAPTER 3 Design Criteria - Civil Rev 0
作者简介
姓名：葛前进，工作单位：山东电力建设第三工程公司，职务：项目副经理 设计部土建专工
论文作者:葛前进,韩立峰,毕文龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/12
标签：雨水论文; 径流论文; 暴雨论文; 系统论文; 强度论文; 系数论文; 沙特论文; 《电力设备》2016年第14期论文;