排水工程第五章

1、排水工程第五章 第五章第五章 雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計 排水工程第五章 5-1 雨量分析與暴雨強(qiáng)度公式雨量分析與暴雨強(qiáng)度公式 5-2 雨水管渠設(shè)計流量雨水管渠設(shè)計流量 5-3 雨水管渠設(shè)計與計算雨水管渠設(shè)計與計算 5-4 雨水徑流的調(diào)節(jié)雨水徑流的調(diào)節(jié) 市區(qū)雨水徑流多用雨水管或合流管排除市區(qū)雨水徑流多用雨水管或合流管排除 區(qū)外來水多用截流溝或河堤阻攔區(qū)外來水多用截流溝或河堤阻攔 雨水管（溝）系統(tǒng)包括：雨水管（溝）系統(tǒng)包括： 雨水口、連接管、雨水管渠、檢查井、出水口等雨水口、連接管、雨水管渠、檢查井、出水口等 排水工程第五章 5-1 5-1 雨量分析與暴雨強(qiáng)度公式雨量分析與暴雨強(qiáng)度公式

2、 一、雨量參數(shù)：一、雨量參數(shù)： 一次降雨可以用一次降雨可以用4個參數(shù)來描述個參數(shù)來描述 1、降雨量（、降雨量（h, mm，m3/hm2 ） 指一段時間內(nèi)降落在某一面積上的總水量指一段時間內(nèi)降落在某一面積上的總水量 2012年5月11日08時至12日08時 湖南沅陵縣巖屋潭日降水量 228.9毫米。 20120513中國新聞網(wǎng) 2008年8月1日到2日受“鳳凰” 殘留云 系影響，南京出現(xiàn)持續(xù)性的強(qiáng)降水，南 京浦口地區(qū)的降水量達(dá)到278.1毫米，下 了罕見的特大暴雨。 20080802揚(yáng)子晚報 表示方式 1hm2面積上的降雨量（m3/hm2） 深度h（mm） 雨水溝道的設(shè)計以降雨量為基礎(chǔ)，其設(shè)計流

3、量為雨水徑流量。雨水溝道的設(shè)計以降雨量為基礎(chǔ)，其設(shè)計流量為雨水徑流量。 排水工程第五章 3、降雨強(qiáng)度（、降雨強(qiáng)度（i, mm/min; q, L/s.hm2） 某一降雨歷時內(nèi)的平均降雨量某一降雨歷時內(nèi)的平均降雨量 2、降雨歷時（、降雨歷時（t，min，h）：）：指連續(xù)降雨的時段指連續(xù)降雨的時段 i = h / t（mm min-1） q = K i =166.7 i （Ls-1hm-2） 表示方式 排水工程第五章 4、降雨強(qiáng)度的頻率和重現(xiàn)期（、降雨強(qiáng)度的頻率和重現(xiàn)期（P ） 通常稱單位時間內(nèi)某種事件出現(xiàn)的次數(shù)（或比例）通常稱單位時間內(nèi)某種事件出現(xiàn)的次數(shù)（或比例） 為頻率，水文統(tǒng)計上，用頻率反映

4、水文事件出現(xiàn)的頻為頻率，水文統(tǒng)計上，用頻率反映水文事件出現(xiàn)的頻 繁情況繁情況 降雨強(qiáng)度的重現(xiàn)期：指超過某一降雨強(qiáng)度的降雨出現(xiàn)降雨強(qiáng)度的重現(xiàn)期：指超過某一降雨強(qiáng)度的降雨出現(xiàn) 一次的平均時間間隔，單位：年一次的平均時間間隔，單位：年 洪水的大小50年一遇100年一遇 洪水重現(xiàn)期50年100年 頻率2%（0.02）1%（0.01） 排水工程第五章 二、暴雨強(qiáng)度公式二、暴雨強(qiáng)度公式 是暴雨強(qiáng)度是暴雨強(qiáng)度(i/q)、重現(xiàn)期、重現(xiàn)期(P)和降雨歷時和降雨歷時(t)三者間關(guān)系三者間關(guān)系 的數(shù)學(xué)表達(dá)式，我國常用的暴雨強(qiáng)度公式為：的數(shù)學(xué)表達(dá)式，我國常用的暴雨強(qiáng)度公式為： i = A*( 1 + C*lgP )/

5、( t + b )n A: P = 1A: P = 1年時的設(shè)計暴雨的雨力年時的設(shè)計暴雨的雨力 C: C: 雨力變動參數(shù)雨力變動參數(shù) b: b: 歷時附加參數(shù)歷時附加參數(shù) n: n: 歷時指數(shù)歷時指數(shù) i: i: 設(shè)計暴雨強(qiáng)度設(shè)計暴雨強(qiáng)度 P: P: 設(shè)計重現(xiàn)期設(shè)計重現(xiàn)期 t: t: 降雨歷時降雨歷時 A,C,b,n A,C,b,n 是地方參數(shù)，由統(tǒng)計方法確定是地方參數(shù)，由統(tǒng)計方法確定 q = 167*i 排水工程第五章 5-2 5-2 雨水管渠設(shè)計流量雨水管渠設(shè)計流量 推理公式推理公式qAIAKQs Q Qs s：雨水管設(shè)計流量（：雨水管設(shè)計流量（L/sL/s） A A：排水面積（：排水面積

6、（hm2hm2） I I：設(shè)計降雨強(qiáng)度（：設(shè)計降雨強(qiáng)度（mm/minmm/min） q q：設(shè)計降雨強(qiáng)度（：設(shè)計降雨強(qiáng)度（L/s.hmL/s.hm2 2） K K：單位換算系數(shù)，：單位換算系數(shù)，167167 ：徑流系數(shù)：徑流系數(shù) 排水工程第五章 1 1、徑流系數(shù)、徑流系數(shù)( (,runoff coefficient,runoff coefficient) ) 主要影響因素：主要影響因素： （1）地面覆蓋）地面覆蓋 （2）地面坡度）地面坡度 （3）地貌）地貌 （4）降雨狀況）降雨狀況 （5）前期影響雨量）前期影響雨量 徑流系數(shù)常采用面積徑流系數(shù)常采用面積 內(nèi)各類地面的徑流系內(nèi)各類地面的徑流系 數(shù)

7、的加權(quán)平均值。數(shù)的加權(quán)平均值。 概念：一定匯水面積內(nèi)地表徑流量（毫米）概念：一定匯水面積內(nèi)地表徑流量（毫米） 與降水量（毫米）的比值與降水量（毫米）的比值 排水工程第五章 2、設(shè)計降雨歷時、設(shè)計降雨歷時(t) t = t1 + mt2 t設(shè)計降雨歷時（設(shè)計降雨歷時（min）；）； t1地面集水時間（地面集水時間（min）；）； m折減系數(shù)；折減系數(shù)； t2管渠內(nèi)雨水流行時間（管渠內(nèi)雨水流行時間（min） 排水工程第五章 (1) 地面集水時間地面集水時間(t1，min)：指雨水從匯水面積上最遠(yuǎn)點：指雨水從匯水面積上最遠(yuǎn)點 流到設(shè)計的管道斷面所需時間。流到設(shè)計的管道斷面所需時間。 受地形坡度、地面

8、覆蓋情況、集水距離長短等因素的影響，受地形坡度、地面覆蓋情況、集水距離長短等因素的影響， 在工程實踐中，一般采用在工程實踐中，一般采用515 min。 一般在建筑密度較大、地形較陡、雨水口布置較密的地區(qū)，一般在建筑密度較大、地形較陡、雨水口布置較密的地區(qū)， 宜采用較小值，取宜采用較小值，取 t158 min。 在建筑密度較小、地形較平坦、雨水口布置較疏的地區(qū)，在建筑密度較小、地形較平坦、雨水口布置較疏的地區(qū)， 宜采用較大值，取宜采用較大值，取 t11015 min。 同時，起點檢查井上游地面雨水流行距離以不超過同時，起點檢查井上游地面雨水流行距離以不超過120 150 m為宜。為宜。 排水工程

9、第五章 (2) 管渠內(nèi)雨水流行時間管渠內(nèi)雨水流行時間( t2，min) min 60 2 v L t 式中式中 t2 管渠內(nèi)雨水流行時間（管渠內(nèi)雨水流行時間（min） L 各設(shè)計管段的長度（各設(shè)計管段的長度（m）；）； v 各設(shè)計管段滿流時的流速（各設(shè)計管段滿流時的流速（m/s） 60 單位換算系數(shù)。單位換算系數(shù)。 排水工程第五章 (3) 折減系數(shù)（折減系數(shù)（m）的確定）的確定 提出原因：提出原因： 1）按公式算出的管渠內(nèi)流行時間）按公式算出的管渠內(nèi)流行時間 t2將比實際時間偏小。將比實際時間偏小。 2）為了利用管道的調(diào)蓄能力，應(yīng)使管內(nèi)水流實際流速）為了利用管道的調(diào)蓄能力，應(yīng)使管內(nèi)水流實際流速

10、 低于設(shè)計流速，故要延緩管內(nèi)流行時間低于設(shè)計流速，故要延緩管內(nèi)流行時間 t2。 設(shè)計降雨歷時計算時引入折減系數(shù)設(shè)計降雨歷時計算時引入折減系數(shù)m的作用：的作用： (1)延緩了管內(nèi)流行時間，使之更接近于實際情況，延緩了管內(nèi)流行時間，使之更接近于實際情況， (2)實現(xiàn)折減管段設(shè)計流量、減小管渠斷面尺寸的目的。實現(xiàn)折減管段設(shè)計流量、減小管渠斷面尺寸的目的。 規(guī)范規(guī)定：暗管規(guī)范規(guī)定：暗管 m =2，明渠，明渠 m =1.2， 在陡坡地區(qū)的暗管在陡坡地區(qū)的暗管 m1.22 排水工程第五章 3、設(shè)計重現(xiàn)期、設(shè)計重現(xiàn)期(P) 根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征等因素確定。根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征

11、等因素確定。 重現(xiàn)期一般選用重現(xiàn)期一般選用0.50.53a3a 重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴(yán)重后果重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴(yán)重后果 的地區(qū)，一般選用的地區(qū)，一般選用3 35a5a，并應(yīng)與道路設(shè)計協(xié)調(diào)。，并應(yīng)與道路設(shè)計協(xié)調(diào)。 特別重要地區(qū)和次要地區(qū)可酌情增減。特別重要地區(qū)和次要地區(qū)可酌情增減。 排水工程第五章 qAIAKQs 排水工程第五章 已知：雨水從各匯水面積上最遠(yuǎn)點分別流入雨水口已知：雨水從各匯水面積上最遠(yuǎn)點分別流入雨水口 a、b、c、 d的地面集水時間均為的地面集水時間均為t1，并假設(shè)：，并假設(shè)： 1）匯水面積隨集水時間的增加而均勻增加；）匯水面積隨集水時間的增

12、加而均勻增加； 2）降雨歷時）降雨歷時 t 等于或大于匯水面積上最遠(yuǎn)點的雨水流達(dá)設(shè)等于或大于匯水面積上最遠(yuǎn)點的雨水流達(dá)設(shè) 計斷面的集水時間計斷面的集水時間t1； 3）徑流系數(shù)）徑流系數(shù)為定值。為定值。 排水工程第五章 Q1-2 = q1A1 (L/s) 排水工程第五章 Q2-3 = q2(A1+A2) (L/s) 排水工程第五章 Q3-4 = q3(A1+A2+A3) (L/s) 排水工程第五章 Q4-5 = q4(A1+A2+A3+A4) (L/s) 排水工程第五章 討論討論 應(yīng)用推理公式確定雨水溝道的設(shè)計流量時：應(yīng)用推理公式確定雨水溝道的設(shè)計流量時： 排水面積的值精度較高；排水面積的值精度

13、較高； 徑流系數(shù)的值很難精確，且隨城市的建設(shè)而變動；徑流系數(shù)的值很難精確，且隨城市的建設(shè)而變動； 降雨強(qiáng)度設(shè)計值的確定，隨意性較大；降雨強(qiáng)度設(shè)計值的確定，隨意性較大； 重現(xiàn)期的選用具有隨意性；重現(xiàn)期的選用具有隨意性； 地面集水時間具有隨意性。地面集水時間具有隨意性。 排水工程第五章 作業(yè)：某雨水管線如圖所示，徑流系數(shù)為作業(yè)：某雨水管線如圖所示，徑流系數(shù)為0.5，重現(xiàn)期，重現(xiàn)期 P=1a， q=1200*(1+0.75lgP)/(t+5)0.61，F(xiàn)1、F2 和和F3的地的地 面集水時間分別為面集水時間分別為10min、5min、10min，折減系數(shù)，折減系數(shù)m=2， 管內(nèi)流動時間管內(nèi)流動時間t

14、1-2=5min, t2-3=3.75min, t4-3=3min, t3-5=2.5min。計算。計算2-3管段和管段和3-5管段的設(shè)計流量。管段的設(shè)計流量。 排水工程第五章 5-3 5-3 雨水管渠設(shè)計和計算雨水管渠設(shè)計和計算 設(shè)計基本要求：通暢及時地排除雨洪徑流設(shè)計基本要求：通暢及時地排除雨洪徑流 1、雨水管的布局、雨水管的布局 （1）充分利用地形，就近排入水體）充分利用地形，就近排入水體 （2）按城市布局布置雨水管，與總體規(guī)劃相結(jié)合）按城市布局布置雨水管，與總體規(guī)劃相結(jié)合 （3）合理布置雨水口，以水不淹路面為宜）合理布置雨水口，以水不淹路面為宜 （5）暗管與明渠結(jié)合）暗管與明渠結(jié)合 （

15、6）用排洪溝排區(qū)外來水）用排洪溝排區(qū)外來水 （4）盡量避免設(shè)置雨水泵站）盡量避免設(shè)置雨水泵站 排水工程第五章 充分利用地形，就近排入水體充分利用地形，就近排入水體 排水工程第五章 充分利用地形，就近排入水體充分利用地形，就近排入水體 排水工程第五章 明渠和暗管相結(jié)合的形式明渠和暗管相結(jié)合的形式 排水工程第五章 排洪溝排洪溝 排水工程第五章 2.1 2.1 水力計算的基本公式水力計算的基本公式 Qv v n RI 1 2 3 1 2 2、雨水管渠水力計算、雨水管渠水力計算 排水工程第五章 2.2 雨水管渠水力計算基本數(shù)據(jù)雨水管渠水力計算基本數(shù)據(jù) （1）設(shè)計充滿度）設(shè)計充滿度 雨水中主要含有泥砂等

16、無機(jī)物質(zhì)，不同于雨水中主要含有泥砂等無機(jī)物質(zhì)，不同于 城市污水的性質(zhì)，加之暴雨徑流量大，而城市污水的性質(zhì)，加之暴雨徑流量大，而 相應(yīng)較高設(shè)計重現(xiàn)期的暴雨強(qiáng)度的降雨歷相應(yīng)較高設(shè)計重現(xiàn)期的暴雨強(qiáng)度的降雨歷 時較短。時較短。 故管道設(shè)計充滿度按滿流考慮，即故管道設(shè)計充滿度按滿流考慮，即 h/D=1。 明渠則應(yīng)有不小于明渠則應(yīng)有不小于0.20 m的超高。的超高。 排水工程第五章 為避免雨水所挾帶的泥砂等無機(jī)物在管渠內(nèi)沉積下來而為避免雨水所挾帶的泥砂等無機(jī)物在管渠內(nèi)沉積下來而 堵塞管道，我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定滿流時管道最小設(shè)計流速堵塞管道，我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定滿流時管道最小設(shè)計流速 為為0.75 m/s；明渠最小

17、設(shè)計流速為；明渠最小設(shè)計流速為0.4 m/s。 為防止管壁受到?jīng)_刷而損壞，雨水管渠的最大設(shè)計流速為防止管壁受到?jīng)_刷而損壞，雨水管渠的最大設(shè)計流速 為：金屬管道為為：金屬管道為10 m/s；非金屬管道為；非金屬管道為5 m/s。明渠按下。明渠按下 表采用。表采用。 （2）設(shè)計流速）設(shè)計流速在在VminVmax 之間之間 明渠類別明渠類別 最大設(shè)計流最大設(shè)計流 速（速（m/s） 明渠類別明渠類別 最大設(shè)計最大設(shè)計 流速（流速（m/s） 粗砂或低塑性粘土粗砂或低塑性粘土 粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土 粘土粘土 石灰?guī)r或中砂巖石灰?guī)r或中砂巖 0.8 1.0 1.2 4.0 草皮護(hù)面草皮護(hù)面 干砌塊石干砌塊石 漿砌

18、塊石或漿砌磚漿砌塊石或漿砌磚 混凝土混凝土 1.6 2.0 3.0 4.0 排水工程第五章 （3）最小管徑和最小設(shè)計坡度）最小管徑和最小設(shè)計坡度 排水工程第五章 （4）管段銜接）管段銜接 通常采用管頂平接，條件不利時用管底平接通常采用管頂平接，條件不利時用管底平接 管頂平接管頂平接管底平接管底平接 排水工程第五章 （5）最小覆土厚度）最小覆土厚度 人行道下人行道下0.6m，車行道下，車行道下0.7m 排水工程第五章 （6）窨井間距）窨井間距 一般一般50120m 排水工程第五章 3、水力計算示例、水力計算示例 已知已知: 某排雨系統(tǒng)采用鋼筋混凝土管，某排雨系統(tǒng)采用鋼筋混凝土管， 設(shè)計流量設(shè)計流

19、量Q=200L/s, 地面坡度地面坡度i = 0.004。 求：管徑求：管徑D，管底坡度，管底坡度I，以及管內(nèi)流速，以及管內(nèi)流速v. 排水工程第五章 D=500mm, i=0.00290.004 排水工程第五章 雨水管道水力學(xué)計算步驟雨水管道水力學(xué)計算步驟 步驟1：劃分流域與管道定線，確定雨水流向 步驟2：劃分設(shè)計管段與沿線匯水面積 步驟5：進(jìn)行水力學(xué)計算 步驟4：確定管道的最小埋深 步驟3：確定雨量參數(shù)的設(shè)計值 排水工程第五章 雨量重現(xiàn)期采用一年，相應(yīng)降雨強(qiáng)度公式：雨量重現(xiàn)期采用一年，相應(yīng)降雨強(qiáng)度公式： 地面集水時間地面集水時間t t用用10min10min。 徑流系數(shù)及加權(quán)平均的計算：徑流

20、系數(shù)及加權(quán)平均的計算： 767.0 )17.7( 6.14 t i i ii A A 排水工程第五章 步驟步驟1 1：從管道系統(tǒng)圖中量得各管段的長度：從管道系統(tǒng)圖中量得各管段的長度L L列入第列入第2 2項項 步驟步驟2 2：根據(jù)排水面積的劃分，將各管段的沿線面積列入第：根據(jù)排水面積的劃分，將各管段的沿線面積列入第3 3項項 步驟步驟3 3：各管段的排水面積列入第：各管段的排水面積列入第4 4項項 步驟步驟4 4：從圖中讀出數(shù)據(jù)列入第：從圖中讀出數(shù)據(jù)列入第1414、1515項項 步驟步驟5 5：根據(jù)各管段的假定流速，算出集流時間：根據(jù)各管段的假定流速，算出集流時間t t，比流量，比流量q q0

21、 0， 設(shè)計流量設(shè)計流量q qv v，而后從水力學(xué)算圖上選定管徑，而后從水力學(xué)算圖上選定管徑D D與坡度與坡度I I，并確定相，并確定相 應(yīng)的流速應(yīng)的流速v v，當(dāng)所確定的流速，當(dāng)所確定的流速v v與假定流速有出入時，再調(diào)假定與假定流速有出入時，再調(diào)假定 流速并進(jìn)行重新計算，最終使假定流速與確定的流速兩者一致流速并進(jìn)行重新計算，最終使假定流速與確定的流速兩者一致 步驟步驟6 6：計算各管底高程，并填入表格：計算各管底高程，并填入表格 排水工程第五章 雨水管道設(shè)計計算表雨水管道設(shè)計計算表 排水工程第五章 為什么下游溝段為什么下游溝段3-23-2的設(shè)計流量的設(shè)計流量( (q qv v=607.2L/s)=607.2L/s) 比上游溝段比上游溝段4-34-3的設(shè)計流量的設(shè)計流量( (q qv v=627.2L/s)=627.2L/s)小小? ? 窨井窨井5 5處計算集水點處計算集水點t t2 2的集水時間時有的集水時間時有3 3個值個值, , 為什么選擇最大的為什么選擇最大的? ? 計算溝段計算溝段5-45-4的上端的溝底高程時可得的上端