2012年夏季大雨,互联网上一片吐槽,让祖国各地的人来北京看海。本已是天价的普通小区,也一夜之间变身“海景房”。大雨也酿成了721广渠门事件。
一时间,有关青岛下水道的“德国奇迹”也被上各种头条,随后却被已经看不下去的德国人自己辟谣:“真的和咱德国制造没啥关系!”。
德国华人暖通空调工程师与学者协会的田腾告诉记者,随着城市扩建,自然河道和地表的天然排水能力大幅下降,市政管道承受的疏排压力越来越大,闹不好的确容易下大雨时水漫金山。这个问题并不只在国内有。
辟谣归辟谣,那德国工程大叔们在下水道设计上有没有做出亮点呢?可能是太谦虚,他们并没有宣扬一百多年前他们的前辈们其实就已经有了的排水管道特殊设计——蛋形排水管道。
有没有想过为何大多数动物下的蛋都要长成那个形状?是因为那样看上去颜值高?还是因为从母体里出来的时候会更容易?
先来看一张德国城市德累斯顿1912年的排水管道设计图。横截面就是一个鸡蛋的放大版。
蛋,之所以成为蛋样,是有原因的。听说过这个实验吧:将鸡蛋竖着放在手心,用手使劲握鸡蛋,蛋壳能承受相当大的压力,而不破裂。同样,蛋形的管道,相比其他形状能承受更大来自上方的压力。人家蛋长那样,绝对不是为了好看。人家母鸡才不会在乎哪个蛋的形状丑,反正都是要破壳的。倒是如果所有的蛋都变成标准的球形,各种问题就会随之而来。
蛋状横截面管道对不同流量的适应性强。地下排水管道一般设计为50%满流。水流超过设计值,如果是纯圆型的横截面,水流越往上升,宽度越小,水流深度会迅速增加,甚至迅速激增出现满流的情况。
一旦满流,管道的连接部位和管道本身的强度就会压力山大,随时都有可能崩溃。污水从破裂处溢出,流入周围土壤,冲刷道路地基,接下来就有可能发生塌方。若是管道低于地下水平面,造成地下水渗漏,会使得原本就不堪重负的城市污水处理设施,增加额外的负担。
而像上面这样蛋形截面的管道,水流往上升,其宽度却是逐渐增大的,所以能相对保持水流深度比较缓慢增长,让管道能喘口气儿,让内部的空气保持流通,维持管道压力不变。
蛋形还可以更好地排出垃圾,还管道一身轻松。重力排水管道要排出的杂质很大一部分也是人类要排出的杂质。要带走固体杂质,水流要有一定的速度才行。和圆形截面的管道不同,蛋形的管道越到底部,曲率越大,水流的深度相比圆形要更大,流速也更大。在水流量较小时,蛋形管道携带杂质能力要比圆型管道强。这种管道自净能力,可以让工人们清理下水道时少把那些无法描述的东西一铲一铲地往外扔。
当然,蛋形管道并非万能,也并非所有的蛋都长得像鸡蛋那样。具体情况需要不同对策。但至少下水道设计里的“蛋元素”能让不少小区“遗憾地”失去变身为“海景房”的功能。