无压流雨水系统两大缺陷

王继明;赵世明

　　雨水系统研究项目留下了大量的珍贵试验资料，这些资料怎样被再度利用，对现行的雨水系统，即传统的屋面雨水系统进行改进，使其另外一个重要的性能指标———经济性，得以完善呢?办法是把目前的雨水系统改进成为一个既安全、又经济的系统。

　　在我国建筑给排水领域中，雨水系统研究所投入的精力之巨，研究人员之多，时间之长，恐怕没有哪一个项目(除消灭火系统外)能相匹及。国家在计划经济时代之所以如此重视雨水系统，是因为它影响了生产，造成了巨大的经济损失。厂房内雨水检查井冒水和厂房屋面雨水泛水曾造成过工厂几天甚至几十天的停产事故。
　　雨水系统的研究成果所产生的效益是丰厚的。近20年来的成果应用实践表明，包括厂房在内的建筑物冒水泛水现象已经消除，雨水系统研究实现了预定目标。为国家挽回的经济损失当以上亿元计。
　　近20年来的应用实践还表明，我国雨水系统的安全性是足够的。当时雨水系统研究的出发点是要避免生产损失，这决定了所提出的雨水系统必须把安全性放在首位。
　　雨水系统研究项目留下了大量的珍贵试验资料，这些资料怎样被再度利用，对现行的雨水系统，即传统的屋面雨水系统进行改进，使其另外一个重要的性能指标———经济性，得以完善呢?办法是把目前的雨水系统改进成为一个既安全、又经济的系统。
　　之所以要完善这个雨水系统，是因为传统的雨水系统将在新一版的《建筑给水排水设计规范》中退出，取而代之的是无压流雨水系统———即规范报批稿中的“重力流”雨水系统(忽略水流运动中的压力作用)，而这种系统在工程设计中又难以实现。简述如下：
　　无压流系统与传统雨水系统在性能上有两个重要的差别：第一，超设计重现期雨水的处置差别。无压流系统要求“超设计重现期的雨水应由溢流设施排放”，不可进入系统。传统雨水系统相返，允许超量雨水进入，并在制定系统的流量负荷时预留了余量。这种差异是由两个系统自身性质决定的。无压流系统按无压水流状态设置，并且是无压流态向非无压流转化的临界态。流量再增加，流态就超出了无压流(即所谓的“重力流”)范围，压力的作用就不容忽视。传统系统按气水混合流有压状态设置，随着斗前水位增加，系统中的水流状态向水的一相满流状态过度，排水能力大幅度增加。在正常积水范围，甚至可增加一倍。
　　第二，设计重现期取值的差异。传统雨水系统取值小，无压注系统取值大。例如一般性建筑，传统系统设计重现期为1年，无压流系统取3年(2～5年)。这种取值的差异是为满足屋面尽量少出现溢水事故的要求而产生的。传统系统虽然设计重现期取值小，但由于制定系统的负荷能力时预留了充足的余量排超设计重现期雨水，故近20年来很少发生溢水。无压流系统按照设计规定，超设计重现期雨水都由溢流设施排放，故每逢超设计重现期降雨，屋面就会溢水。为使溢水发生不至过频，无压流系统的设计重现期必然应取较大的值。
　　上述两点差别造成了无压流系统的两个缺陷：第一，在系统处于非满流阶段，让超设计重现期雨水不进入雨水斗而由溢流口排走只是无压流系统理念的一种美好愿望，工程中目前不能实现。原因有二：首先，雨水斗的进水量对斗前水位的变化非常敏感，只要斗前水位稍有波动，进水量就变化很大。如何把斗前水位控制在设计水位之内，从而阻止超设计重现期雨水不进入雨水斗，工程中尚无措施，无压流系统的设计体系中也尚未给出解决办法。其次，女儿墙上溢流口通过建筑专业设计，其设置高度要高于雨水斗的设计斗前水位(太低了建筑师不接受)。这样，超设计重现期雨水必优先进入雨水斗，其次才是溢流口。
　　第二，系统的经济性差。主要表现在两方面：一、为维持无压流(或“重力流”)状态，系统的流量负荷被降低。比如DN100金属立管，传统系统负荷为19L/s，无压系统变为11.77L/s，只是传统系统的62%。二、由于设计重现期大，设计计算流量被增大。例如一般性建筑，无压流系统的设计降雨量是传统系统的1.39倍(北京、上海地区)。
　　与无压流系统相比，传统的雨水系统经过改进与完善，其固有的优势愈加突出，并具有广泛的实用性和很强的生命力。