虹吸式雨水排放系統(tǒng)：即壓力流雨水排放系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中有意造成懸吊管內(nèi)負(fù)壓抽吸水流作用，國(guó)際通用專業(yè)名詞為“siphonic system”,中文譯：虹吸式系統(tǒng)。
虹吸雨水系統(tǒng)產(chǎn)生于歐洲，30多年來(lái)，該系統(tǒng)以其泄流量大、耗費(fèi)管材少，節(jié)約建筑空間和減少地面開(kāi)挖等突出優(yōu)勢(shì)，在全球范圍內(nèi)得以迅速發(fā)展和不斷改進(jìn)。隨著虹吸作用在橋面排水中取得突破，虹吸排水已在屋面排水和橋面排水中得以應(yīng)用，解決了城市排水的重大難題。
雨水斗是虹吸排水的重要部件，本文通過(guò)對(duì)雨水斗在屋面橋面虹吸式排水中作用原理分析，將其引入到路面虹吸式排水中，設(shè)計(jì)路面排水結(jié)構(gòu)模型，模擬出路面虹吸排水壓力變化曲線。
路面積水給人們的出行，交通的順暢帶來(lái)極大的不便。如何使雨水盡快排走，減少甚至避免路面積水，是現(xiàn)階段迫切需要解決的問(wèn)題。
為了減少路面積水，人們也提出了一些改良措施。一種方法是增加雨水口數(shù)量和雨水篦子格柵板寬度，采用防堵塞能力更強(qiáng)的SP篦型雨水篦子;另一種方法是采用線性排水,在承重要求不高地段采用透水性地面，這種方法由于要新建排水溝，對(duì)于已建道路存在局限，并且透水性路面比不透水性路面造價(jià)高10%，造價(jià)和承重也是需要考慮的因素，這種方法更多的還是用在新建道路。因此，對(duì)于現(xiàn)階段已建道路路面積水的問(wèn)題應(yīng)從雨水口排水能力上改進(jìn)，一方面改造范圍小，能夠短期內(nèi)見(jiàn)到效果，另一方面不會(huì)對(duì)道路本身改造，對(duì)交通無(wú)影響。
對(duì)于路面積水，增加雨水口數(shù)量和雨水篦子格柵板寬度只能讓雨水流入雨水口的面積增大，而不能達(dá)到主動(dòng)排水，加快雨水流入雨水口速度的效果，這是改進(jìn)現(xiàn)有路面排水系統(tǒng)的一大難題。虹吸排水能夠減少空氣進(jìn)入雨水口，在雨水口形成一定負(fù)壓，達(dá)到抽吸主動(dòng)排水的效果，就像在雨水口安裝了一臺(tái)水泵，能夠加快雨水進(jìn)入雨水口，迅速排走，減少路面積水，提高雨水排水系統(tǒng)的排水能力。
1. 屋面虹吸排水系統(tǒng)
虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的工作原理是：在降雨初期，屋面積水深度未超過(guò)雨水斗高度，整個(gè)排水系統(tǒng)工作狀態(tài)與重力排水系統(tǒng)相同。隨著屋面積水深度的增加，當(dāng)積水深度超過(guò)雨水斗高度時(shí)，由于防漩渦雨水斗能極大地減少雨水進(jìn)入排水系統(tǒng)時(shí)所夾帶的空氣量，從而使雨水滿管流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生虹吸作用，在懸吊管轉(zhuǎn)入立管處管道處產(chǎn)生最大負(fù)壓，屋面雨水在管內(nèi)負(fù)壓的抽吸作用下以較高的流速被排至室外。圖1為虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)圖，系統(tǒng)由天溝、雨水斗收集，經(jīng)懸吊管、立管、埋地管排入雨水管網(wǎng)。
從圖2雨水斗前水深與流量的關(guān)系可以看出：在流量較小時(shí)，在有斗和無(wú)斗情況下斗前水深相同，隨著流量增加，無(wú)雨水斗的排水系統(tǒng)斗前水深高于有雨水斗的斗前水深，最后流量達(dá)到一定數(shù)值，無(wú)雨水斗系統(tǒng)不再產(chǎn)生渦流，兩者斗前積水深度相同。這是因?yàn)榱髁枯^小時(shí)，都為重力式排水，水深相同；積水深度增加超過(guò)雨水斗高度時(shí)，雨水斗防渦流，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)，加快了雨水排除;到最后積水深度高出雨水斗一定范圍，無(wú)論有無(wú)雨水斗都沒(méi)有空氣進(jìn)入排水系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)的排水能力相同。
2. 橋面虹吸排水系統(tǒng)
虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的工作原理是：在降雨初期，水量較小，雨水在集水井中由沉沙槽溢入雨水斗，呈現(xiàn)出溢流狀態(tài)，雨水沿管道內(nèi)壁排走，管道中心充滿空氣；隨著雨量的增加，沉沙槽中水面上升，進(jìn)入雨水斗的水量增加，空氣減少，形成氣-水兩相流；當(dāng)沉沙槽中水面高于雨水斗時(shí)，不再有空氣進(jìn)入雨水斗，排水管道內(nèi)形成滿流狀態(tài)。隨著排水管路中空氣被排走，而虹吸排水系統(tǒng)上部幾乎沒(méi)有空氣進(jìn)入排水管，因而在排水管上部形成一定的負(fù)壓，下部形成一定正壓。圖3為虹吸式橋面排水系統(tǒng)圖。
從圖4虹吸作用下排水管內(nèi)壓強(qiáng)變化示意圖可以看出：整個(gè)懸吊管和立管上部存在負(fù)壓，立管下部存在正壓，懸吊管壓強(qiáng)呈線性變化，立管壓強(qiáng)呈曲線變化，立管壓力零點(diǎn)可能與立管上部最大負(fù)壓和下部大氣壓有關(guān)，立管下部出口和連接管壓強(qiáng)是怎樣的還需要后續(xù)研究確定。
3. 路面虹吸排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
隨著城市的發(fā)展，傳統(tǒng)的重力式排水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展的需要，加快雨水排出速度，減少排水管道堵塞是改善排水系統(tǒng)的關(guān)鍵。隨著虹吸式排水系統(tǒng)在橋面排水中的應(yīng)用，橋面積水問(wèn)題得以解決，大大提高車輛在雨天行駛的安全性，同時(shí)雨水排出加快也對(duì)排水管道進(jìn)行了沖洗。
在屋面和橋面虹吸排水系統(tǒng)逐漸完善的同時(shí)，道路仍然采用傳統(tǒng)的重力式排水系統(tǒng)，如今，城市內(nèi)澇頻發(fā)，如何加快雨水排出速度，利用現(xiàn)有的雨水管網(wǎng)排出城市積水是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。一方面，城市道路綜合管道中雨水管埋深在2-3m，虹吸排水能夠發(fā)揮一定作用加快雨水排出；另一方面，雨水管道為非滿流，排水能力還有提高空間。如若能加快雨水收集排入雨水管道中，雨水管網(wǎng)能夠?qū)⒂晁杆倥懦觥?/p>
虹吸式道路排水系統(tǒng)中雨水篦子、沉沙槽和雨水斗是三個(gè)重要結(jié)構(gòu)。雨水篦子能攔截碎石，樹(shù)枝葉等體積較大的雜質(zhì)。沉沙槽能夠?qū)⑺袛y帶的路面細(xì)小泥沙沉積，避免管道堵塞，彌補(bǔ)雨水篦子的缺陷。雨水斗上部分布十二個(gè)導(dǎo)流板，能夠起到整流、導(dǎo)流的作用，使水流平穩(wěn)且減少摻氣量，同時(shí)又能有效地?cái)r截雜質(zhì)，是排水系統(tǒng)中繼雨水篦子之后攔截雜質(zhì)的第二道屏障。由雨水篦子、沉沙槽和雨水斗構(gòu)成了系統(tǒng)的攔截屏障，是虹吸排水系統(tǒng)的關(guān)鍵。
圖6虹吸式路面排水系統(tǒng)中壓強(qiáng)變化模擬圖中筆者認(rèn)為發(fā)生虹吸作用時(shí)由于雨水斗的氣水分離作用，在連接管上下部均有一定負(fù)壓，這是由于無(wú)空氣從上部進(jìn)入，同時(shí)雨水將上部空氣排走的結(jié)果。懸吊管負(fù)壓應(yīng)呈曲線變化，因?yàn)橛晁苤亓脱爻趟^損失共同作用。立管下部出口與外界大氣相連，此處應(yīng)該為大氣壓強(qiáng)。
路面排水設(shè)計(jì)是否合理對(duì)于公路的整體質(zhì)量萊斯具有非常重要的影響。因此在進(jìn)行公路建設(shè)的時(shí)候，需要將其放在重點(diǎn)，只有這樣，才能在最大限度保證公路質(zhì)量，促進(jìn)我過(guò)公路建設(shè)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)排水的發(fā)展。
