雨水管渠的設(shè)計計算

1、第九章 雨水管渠的設(shè)計計算（一） 教學要求：1、熟練掌握雨水設(shè)計流量的確定方法；2、了解截流制合流式排水管渠的設(shè)計；3、掌握管道平面圖和縱剖面圖的繪制。（二） 教學內(nèi)容：1、雨量分析及暴雨強度公式；2、雨水管網(wǎng)設(shè)計流量計算；3、雨水管網(wǎng)設(shè)計與計算；4、雨水徑流調(diào)節(jié)；5、排洪溝設(shè)計與計算；6、合流制管網(wǎng)設(shè)計與計算。（三）重點：雨水管網(wǎng)設(shè)計計算、合流制管網(wǎng)設(shè)計計算。第一節(jié) 雨量分析及暴雨強度公式一、雨量分析1. 降雨量 降雨量指單位地面面積上在一定時間內(nèi)降雨的雨水體積，其計量單位為（體積/時間）/面積。由于體積除以面積等于長度，所以降雨量的單位又可以采用長度/時間。這時降雨量又稱為單位時間內(nèi)的降雨

2、深度。常用的降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)計量單位有：年平均降雨量：指多年觀測的各年降雨量的平均值，計量單位用mm/a；月平均降雨量：指多年觀測的各月降雨量的平均值，計量單位用mm/月；最大日降雨量：指多年觀測的各年中降雨量最大的一日的降雨量，計量單位用mm/d。2. 雨量的數(shù)據(jù)整理自記雨量計所記錄的數(shù)據(jù)一般是每場雨的累積降雨量（mm）和降雨時間（min）之間的對應(yīng)關(guān)系，以降雨時間為橫坐標和以累計降雨量為縱坐標繪制的曲線稱為降雨量累積曲線。降雨量累積曲線上某一點的斜率即為該時間的降雨瞬時強度。將降雨量在該時間段內(nèi)的增量除以該時間段長度，可以得到描述單位時間內(nèi)的累積降雨量，即該段降雨歷時的平均降雨強度。3.降雨

3、歷時和暴雨強度在降雨量累積曲線上取某一時間段t，稱為降雨歷時。如果該降雨歷時覆蓋了降雨的雨峰時間，則上面計算的數(shù)值即為對應(yīng)于該降雨歷時的暴雨強度，降雨歷時區(qū)間取得越寬，計算得出的暴雨強度就越小。暴雨強度用符號i表示，常用單位為mm/min，也可為mm/h。設(shè)單位時間t內(nèi)的平均降雨深度為H，則其關(guān)系為： （9-1）在工程上，暴雨強度亦常用單位時間內(nèi)單位面積上的降雨量q表示，單位用（L/s）/hm2。采用以上計量單位時，由于1mm/minl（L/m2）/min10000（L/min）/hm2，可得i和q之間的換算關(guān)系為： （9-2）式中 q降雨強度，（L/s）/hm2； i 降雨強度，mm/min

4、。就雨水管渠設(shè)計而言，有意義的是找出降雨量最大的那個時段內(nèi)的降雨量。因此，暴雨強度的數(shù)值與所取的連續(xù)時間段t的跨度和位置有關(guān)。在城市暴雨強度公式推求中，經(jīng)常采用的降雨歷時為5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9個歷時數(shù)值，特大城市可以用到180min。4.暴雨強度頻率對應(yīng)于特定降雨歷時的暴雨強度的出現(xiàn)次數(shù)服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，可以通過長期的觀測數(shù)據(jù)計算某個特定的降雨歷時的暴雨強度出現(xiàn)的經(jīng)驗頻率，簡稱暴雨強度頻率。 5.暴雨強度重現(xiàn)期 工程上常用比較容易理解的“重現(xiàn)期”來等效地替代較為抽象的頻率概念。重現(xiàn)期的定義是指在多次的觀

5、測中，事件數(shù)據(jù)值大于等于某個設(shè)定值重復(fù)出現(xiàn)的平均間隔年數(shù)，單位為年 (a)。重現(xiàn)期與經(jīng)驗頻率之間的關(guān)系可直接按定義由下式表示： （9-6） 二、暴雨強度曲線與暴雨強度公式1.暴雨強度曲線2.暴雨強度公式室外排水設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，我國采用的暴雨強度公式的形式為： （9-9）式中 設(shè)計暴雨強度，（L/s）/hm2； 設(shè)計重現(xiàn)期，a； 降雨歷時，min。地方參數(shù)（待定參數(shù)），根據(jù)統(tǒng)計方法進行計算確定。當時， （9-10）當時， （9-11） 三、降雨面積和匯水面積降雨面積是指每一場降雨所籠罩的地面面積。匯水面積是指雨水管渠所匯集和排除雨水的地面面積，用F表示，常以公頃hm2或平方公里km2為單位。 第

6、二節(jié) 雨水管渠設(shè)計流量的確定一、雨水設(shè)計流量計算公式雨水管渠的設(shè)計流量按下式計算： （9-12）式中 雨水設(shè)計流量，L/s； 徑流系數(shù)，徑流量和降雨量的比值，其值小于1； 匯水面積，hm2；設(shè)計暴雨強度（L/shm2）。 假定：（1）暴雨強度在匯水面積上的分布是均勻的；（2）單位時間徑流面積的增長為常數(shù)；（3）匯水面積內(nèi)地面坡度均勻；（4）:地面不透水，。二、雨水管段設(shè)計流量的計算圖9-6 雨水管道設(shè)計管段流量計算示意圖 在圖9-6中，、為相毗鄰的四個街區(qū)。設(shè)匯水面積FFFF，雨水從各塊面積上最遠點分別流入雨水口所需的集水時間均為（min）。12、23、34、45分別為設(shè)計管段，試確定各設(shè)計管

7、段的雨水流量。從圖9-6可知，四個街區(qū)的地形均為北高南低，道路是西高東低，雨水管道沿道路中心線敷設(shè)，道路斷面呈拱形為中間高，兩側(cè)低。降雨時，降落在地面上的雨水順著地形坡度流到道路兩側(cè)的邊溝中，道路邊溝的坡度和地形坡度相一致。雨水沿著道路的邊溝流到雨水口經(jīng)檢查井流入雨水管道。I街區(qū)的雨水 (包括路面上雨水)，在1號檢查井集中，流人管段12。街區(qū)的雨水在2號檢查井集中，并同I街區(qū)經(jīng)管段12流來的雨水匯合后流入管段23。街區(qū)的雨水在3號檢查井集中，同I街區(qū)和街區(qū)流來的雨水匯合后流入管段34。其他依次類推。 已知管段12的匯水面積為F，檢查井1為管段12的集水點。由于匯水面積上各點離集水點1的距離不同

8、，所以在同一時間內(nèi)降落到FI面積上各點的雨水，就不可能同時到達集水點1，同時到達集水點1的雨水則是不同時間降落到地面上的雨水。 集水點同時能匯集多大面積上的雨水量，和降雨歷時的長短有關(guān)。如雨水從降雨面積最遠點流到集水點1所需的集水時間為20（min），而這場降雨只下10（min）就停了，待匯水面積上的雨水流到集水點時，降落在離集水點1附近面積上的雨水早已流過去了。也就是說，同時到達集水點1的雨水只能來自F1中的一部分面積，隨著降雨歷時的延長，就有愈來愈大面積上的雨水到達集水點1，當恰好降雨歷時t20（min）時，則第1（min）降落在最遠點的雨水與第20（min）降落在集水點1附近的雨水同時到

9、達，這時，集水點1處的徑流量達到最大。通過上述分析可知，匯水面積是隨著降雨歷時t的增長而增加，當降雨歷時等于集水時間時，匯水面積上的雨水全部流到集水點，則集水點產(chǎn)生最大雨水量。為便于求得各設(shè)計管段相應(yīng)雨水設(shè)計流量，作幾點假設(shè)：（1）匯水面積隨降雨歷時的增加而均勻增加；（2）降雨歷時大于或等于匯水面積最遠點的雨水流到設(shè)計斷面的集水時間（t0）；（3）地面坡度的變化是均勻的，徑流系數(shù)為定值，且1.0。1. 管段12的雨水設(shè)計流量的計算 管段12是收集匯水面積FI（hm2）上的雨水，設(shè)最遠點的雨水流到1斷面的時間為（min），只有當降雨歷時t 時，F(xiàn)I全部面積的雨水均已流到1斷面，此時管段12內(nèi)流量

10、達到最大值。因此，管段12的設(shè)計流量為： （L/s）式中 q1 管段12的設(shè)計暴雨強度，即相應(yīng)于降雨歷時t 時的暴雨強度，（L/shm2）。2. 管段23的雨水設(shè)計流量計算 當t 時，全部F和部分F面積上的雨水流到2斷面，此時管段23的雨水流量不是最大。只有當t+t1-2時，F(xiàn)I和F全部面積上的雨水均流到2斷面，此時管段23雨水流量達到最大值。設(shè)計管段23的雨水設(shè)計流量為： （L/s）式中 q2 管段23的設(shè)計暴雨強度，是用（FI+ F）面積上最遠點雨水流行時間 求得的降雨強度。即相應(yīng)于t+t1-2的暴雨強度，（L/shm2）；t1-2 管段12的管內(nèi)雨水流行時間，min。同理可求得管段34及

11、45的雨水設(shè)計流量分別為：式中 q3、q4 分別為管段34、45的設(shè)計暴雨強度，即相應(yīng)于是用 t+t1-2 + t2-3和t+t1-2 + t2-3+ t3-4的暴雨強度，（L/shm2）；t2-3、t3-4 分別為管道23、34的管內(nèi)雨水流行時間，min。由上可知，各設(shè)計管段的雨水設(shè)計流量等于該管段所承擔的全部匯水面積和設(shè)計暴雨強度的乘積。各設(shè)計管段的設(shè)計暴雨強度是相應(yīng)于該管段設(shè)計斷面的集水時間的暴雨強度，因為各設(shè)計管段的集水時間不同，所以各管段的設(shè)計暴雨強度亦不同。在使用計算公式時，應(yīng)注意到隨著排水管道計算斷面位置不同，管道的計算匯水面積也不同，從匯水面積最遠點到不同計算斷面處的集水時間（

12、其中也包括管道內(nèi)雨水流行時間）也是不同的。因此，在計算平均暴雨強度時，應(yīng)采用不同的降雨歷時ti。根據(jù)上述分析，雨水管道的管段設(shè)計流量，是該管道上游節(jié)點斷面的最大流量。在雨水管道設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)各集水斷面節(jié)點上的集水時間ti正確計算各管段的設(shè)計流量。第三節(jié) 雨水管道設(shè)計數(shù)據(jù)的確定 一、徑流系數(shù)的確定 雨水徑流量與總降雨量的比值稱為徑流系數(shù)，用符號表示，即： （9-13）根據(jù)定義，其值小于1。影響徑流系數(shù)的因素很多，如匯水面積上地面覆蓋情況、建筑物的密度與分布地形、地貌、地面坡度、降雨強度、降雨歷時等。其中影響的主要因素是匯水面積上的地面覆蓋情況和降雨強度的大小。目前，在設(shè)計計算中通常根據(jù)地面覆蓋情

13、況按經(jīng)驗來定。室外排水設(shè)計規(guī)范GB50101-2005中有關(guān)徑流系數(shù)的取值見表9-3。 徑流系數(shù)值 表9-3地面種類徑流系數(shù)值各種屋面、混凝土和瀝青路面大塊鋪砌路面和瀝青表面處理的碎石路面級配碎石路面干砌磚石和碎石路面非鋪砌土路面公園和綠地0.850.950.550.650.400.500.350.450.250.350.100.20實際設(shè)計計算中，在同一塊匯水面積上，兼有多種地面覆蓋的情況，需要計算整個匯水面積上的平均徑流系數(shù)值。 （9-14）式中 匯水面積上的平均徑流系數(shù)； 匯水面積上各類地面的面積，hm2； 相應(yīng)于各類地面的徑流系數(shù)； 全部匯水面積，hm2。例9.1 某小區(qū)各類地面及值見

14、表9-4，試求該小區(qū)平均徑流系數(shù)值。解 由表9-4求得（hm2），則： 某小區(qū)平均徑流系數(shù)計算表 表9.4地面種類面積（hm2）采用值屋面瀝青道路及人行道圓石路面非鋪砌土路面綠地1.60.80.80.90.90.900.900.400.300.15合 計5.00.577在設(shè)計中可采用區(qū)域綜合徑流系數(shù)。國內(nèi)部分城市采用的綜合徑流系數(shù)值見表9-5。 國內(nèi)部分城市采用的綜合徑流系數(shù) 表9-5城市綜合徑流系數(shù)城市綜合徑流系數(shù)上海一般0.500.60，最大0.80，新建小區(qū)0.400.44，某工業(yè)區(qū)0.400.50北京建筑極稠密的中心區(qū)0.70建筑密集的商業(yè)、居住區(qū)0.60城郊一般規(guī)劃區(qū)0.55無錫一般

15、0.50，中心區(qū)0.700.75西安城區(qū)0.54，郊區(qū)0.430.47常州0.550.60齊齊哈爾0.300.50南京0.500.70佳木斯0.300.45杭州小區(qū)0.60哈爾濱0.350.45寧波0.50吉林0.45長沙0.600.90營口郊區(qū)0.38，市區(qū)0.45重慶一般0.70，最大0.85白城郊區(qū)0.35，市區(qū)0.38沙市0.60四平0.39成都0.60通遼0.38廣州0.500.90渾江0.40濟南0.60唐山0.50天津0.300.90保定0.500.70蘭州0.60昆明0.60貴陽0.75西寧半建成區(qū)0.30，基本基本建成區(qū)0.50一般城市市區(qū)的綜合徑流系數(shù)采用0.50.8，城市

16、郊區(qū)的徑流系數(shù)采用0.40.6。隨著各城市規(guī)模的不斷擴大，不透水的面積亦迅速增加，在設(shè)計時，應(yīng)從實際情況考慮，綜合徑流系數(shù)可取較大值。室外排水設(shè)計規(guī)范GB50101-2005推薦的城市綜合徑流系數(shù)取值見表9-6。城市綜合徑流系數(shù) 表9-6區(qū)域情況值城市建筑密集區(qū)城市建筑較密集區(qū)城市建筑稀疏區(qū)0.600.850.450.600.200.45 二、設(shè)計暴雨強度的確定 1. 設(shè)計重現(xiàn)期p的確定 一般情況下，低洼地段采用的設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)大于高地；干管采用的設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)大于支管；工業(yè)區(qū)采用的設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)大于居住區(qū)。市區(qū)采用的設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)大于郊區(qū)。設(shè)計重現(xiàn)期p的最小值不宜低于0.33a，一般地區(qū)選用0.53

17、a，對于重要干道或短期積水可能造成嚴重損失的地區(qū)，一般選用35a，并應(yīng)與道路設(shè)計相協(xié)調(diào)。特別重要的地區(qū)，可根據(jù)實際情況采用較高的設(shè)計重現(xiàn)期。在同一設(shè)計地區(qū)，可采用同一重現(xiàn)期或不同重現(xiàn)期。2. 設(shè)計降雨歷時的確定對于雨水管道某一設(shè)計斷面來說，集水時間是由地面雨水集水時間和管內(nèi)雨水流行時間兩部分組成（如圖9-7所示）。所以，設(shè)計降雨歷時可用下式表達： （9-15）式中 設(shè)計降雨歷時，min； 地面雨水集水時間，min； 設(shè)計管段管內(nèi)雨水流行時間，min； 折減系數(shù)，暗管，明渠， 陡坡地區(qū)暗管采用1.22。（1）地面雨水集水時間的確定圖9-7 設(shè)計斷面集水時間示意圖地面雨水集水時間是指雨水從匯水面積

18、上最遠點A到第1個雨水口的地面雨水流行時間。地面雨水集水時間的大小，主要受地形坡度、地面鋪砌及地面植被情況、水流路程的長短、道路的縱坡和寬度等因素的影響，這些因素直接影響水流沿地面或邊溝的流行速度。其中，雨水流程的長短和地面坡度的大小，是影響集水時間最主要的因素。根據(jù) 室外排水設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：一般采用515min。按經(jīng)驗，一般在匯水面積較小，地形較陡，建筑密度較大，雨水口分布較密的地區(qū)，宜采用較小的值，可取左右，而在匯水面積較大，地形較平坦，建筑密度較小，雨水口分布較疏的地區(qū)，宜采用較大值，可取。起點檢查井上游地面雨水流行距離以不超過120150m為宜。（2）管內(nèi)雨水流行時間的確定管內(nèi)雨水流行

19、時間是指雨水在管內(nèi)從第一個雨水口流到設(shè)計斷面的時間。它與雨水在管內(nèi)流經(jīng)的距離及管內(nèi)雨水的流行速度有關(guān)，可用下式計算： （9-16）式中 管內(nèi)雨水流行時間，min； 各設(shè)計管段的長度，m； 各設(shè)計管段滿流時的流速，m/s； 60 單位換算系數(shù)。（3）折減系數(shù)m值的確定管道內(nèi)的水流速度也是由零逐漸增加到設(shè)計流速的。雨水在管內(nèi)的實際流行時間大于設(shè)計水流時間。此外，雨水管道各管段的設(shè)計流量是按照相應(yīng)于該管段的集水時間的設(shè)計暴雨強度來設(shè)計計算的。因此在一般情況下，各管段的最大流量不大可能在同一時間內(nèi)發(fā)生。折減系數(shù)實際是蘇林系數(shù)和管道調(diào)蓄利用系數(shù)兩者的乘積，所以折減系數(shù)。為使計算簡便，室外排水設(shè)計規(guī)范中規(guī)

20、定:暗管采用。對于明渠，為防止雨水外溢的可能，應(yīng)采用。在陡坡地區(qū)，不能利用空隙容量，暗管采用。綜上所述，當設(shè)計重現(xiàn)期、設(shè)計降雨歷時、折減系數(shù)確定后，計算雨水管渠的設(shè)計流量所用的設(shè)計暴雨強度公式及流量公式可寫成： （9-17） （9-18）式中 設(shè)計暴雨強度， （L/s）/hm2； 雨水設(shè)計流量，L/s； 徑流系數(shù)，其值小于1； 匯水面積，hm2； 設(shè)計重現(xiàn)期，a； 地面集水時間，min； 管渠內(nèi)雨水流行時間，min； 折減系數(shù)；、 地方參數(shù)。對于雨水設(shè)計管段i的流量計算公式可寫為： （i1，2，3，.，n） (9-19)式中 第i管段雨水設(shè)計流量，L/s； 第i管段所承擔的匯水面積，hm2；

21、第i管段所承擔的匯水面積上的徑流系數(shù)。其他符號意義同上。三、單位面積徑流量的確定單位面積徑流量是暴雨強度與徑流系數(shù)的乘積，即： （L/shm2） （9-20）對于某一具體工程來說，式中、A1、均為已知數(shù)。因此，只要求得符合各計算管段內(nèi)的雨水流行時間，即可求出相應(yīng)設(shè)計管段的值。則相應(yīng)設(shè)計雨水流量為： 四、雨水管渠水力計算設(shè)計參數(shù)1. 設(shè)計充滿度雨水管渠按滿流來設(shè)計，即充滿度。對于明渠，超高不得小于0.2m。街道邊溝，超高應(yīng)大于等于0.3m。2. 設(shè)計流速室外排水設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，雨水管渠 (滿流時)的最小設(shè)計流速為0.75m/s。由于明渠內(nèi)發(fā)生淤積后易于清除、疏通，所以可采用較低的設(shè)計流速，一般明

22、渠內(nèi)最小設(shè)計流速為0.4m/s。為防止管壁及渠壁因沖刷而損壞，雨水管道最大設(shè)計流速為：金屬管道為10m/s，非金屬管道為4m/s，明渠最大設(shè)計流速則根據(jù)其內(nèi)壁材料的抗沖刷性質(zhì)，按設(shè)計規(guī)范選用。見表9-9。 明渠最大設(shè)計流速 表9-9明 渠 類 別最大設(shè)計流速（m/s）明 渠 類 別最大設(shè)計流速（m/s）粗砂或低塑性粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土粘土石灰?guī)r或中砂巖0.81.01.24.0 草皮護面 干砌石塊 漿砌石塊或漿砌磚 混凝土1.62.03.04.03. 最小管徑室外排水設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，在街道下的雨水管道，最小管徑為300mm，雨水口連接管最小管徑為200mm。4. 最小坡度關(guān)于雨水管道最小設(shè)計管徑和最

23、小坡度的規(guī)定，見表9-10。雨水管道最小管徑和最小坡度 表9-10管 道 類 別最小管徑（mm）最小設(shè)計坡度雨水管道和合流管道雨水口連接管道3002000.0020.015. 最小埋深與最大埋深具體規(guī)定與污水管道相同。6. 管渠的斷面形式雨水管渠一般采用圓形斷面，當直徑超過2000mm時也采用矩形、半橢圓形或馬蹄形斷面，明渠一般采用梯形斷面。五、雨水管道水力計算方法雨水管道水力計算仍按均勻流考慮，其水力計算公式與污水管道相同。但按滿流計算，即：h/D1。在設(shè)計計算中，常采用根據(jù)式3-19、3-20繪制成的水力計算圖（見附錄9-1）或水力計算表（見表9-11）。在工程設(shè)計中，通常是在選定管材后，

24、值即為已知數(shù)，雨水管道通常選用的是混凝土或鋼筋混凝土管，其管壁粗糙系數(shù)一般采用0.013。設(shè)計流量是經(jīng)過計算后求得的已知數(shù)。因此只剩下3個未知數(shù)、及。在實際應(yīng)用中，可參考地面坡度假定管底坡度，并根據(jù)設(shè)計流量值，從水力計算圖或水力計算表中求得及值，并使所求得的、值符合水力計算基本參數(shù)的規(guī)定。 例9-2 已知：鋼筋混凝土圓管，充滿度，粗糙度n0.013，設(shè)計流量L/s,設(shè)計地面坡度，試確定該管段的管徑、流速和管底坡度。圖9.10 鋼筋混凝土圓管水力計算圖圖9-10 鋼筋混凝土園管水力計算圖解 （1）采用圓管滿流，鋼筋混凝土管水力計算圖，見圖9-10 （2）在橫坐標上找出L/s點，向上作垂線，與坡度

25、相交于點A，在A點可得到m/s，其值符合規(guī)定。而值介于400500mm之間，不符合管材規(guī)格的要求。需要調(diào)整管徑。（3）當采用D400mm時，則Q200L/s的垂線于D400斜線相交于點B，從圖中得到v1.60m/s，符合規(guī)定，而I0.0092與地面坡度I0.004相差很大，勢必增大管道埋深，不宜采用。（4）如果采用D500mm時，則Q200L/s的垂線于D400斜線相交于點C，從圖中得出v1.02m/s，I0.0028。此結(jié)果既符合水力計算要求，又不會增大管道埋深。 六、雨水管渠斷面設(shè)計 采用暗管或是明渠排除雨水，直接涉及到工程投資、環(huán)境衛(wèi)生及管渠養(yǎng)護管理等方面的問題，在設(shè)計時，應(yīng)因地制宜，結(jié)

26、合具體條件確定。 七、雨水管渠的設(shè)計方法和步驟 雨水管渠的設(shè)計通常按以下步驟進行： 1. 收集并整理設(shè)計地區(qū)各種原始資料 (如地形圖、排水工程規(guī)劃圖、水文、地質(zhì)、暴雨等)作為基本的設(shè)計數(shù)據(jù)。 2. 劃分排水流域，進行雨水管道定線3. 劃分設(shè)計管段4. 劃分并計算各設(shè)計管段的匯水面積 5. 根據(jù)排水流域內(nèi)各類地面的面積數(shù)或所占比例，計算出該排水流域的平均徑流系數(shù)。另外，也可根據(jù)規(guī)劃的地區(qū)類別，采用區(qū)域綜合徑流系數(shù)。 6. 確定設(shè)計重現(xiàn)期p及地面集水時間t1 設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合該地區(qū)的地形特點、工程建設(shè)性質(zhì)和氣象條件選擇設(shè)計重現(xiàn)期p，各排水流域雨水管道的設(shè)計重現(xiàn)期可選用同一值，也可選用不同值。 根據(jù)設(shè)

27、計地區(qū)建筑密度情況、地形坡度和地面覆蓋種類、街坊內(nèi)是否設(shè)置雨水管渠，確定雨水管道的地面集水時間t1。 7. 確定管道的埋深與銜接 根據(jù)管道埋設(shè)深度的要求，必須保證管頂?shù)淖钚「餐梁穸龋谲囆械老聲r一般不低于0.7m，此外，應(yīng)結(jié)合當?shù)芈窆芙?jīng)驗確定。當在冰凍層內(nèi)埋設(shè)雨水管道，如有防止冰凍膨脹破壞管道的措施時，可埋設(shè)在冰凍線以上，管道的基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在冰凍線以下。雨水管道的銜接，宜采用管頂平接。 8. 確定單位面積徑流量q0 q0是暴雨強度與徑流量系數(shù)的乘積，稱為單位面積徑流量，即： （L/s）/hm2 對于具體的工程設(shè)計來說，公式中的、均為已知數(shù)，因此，只要求出各管段的管內(nèi)雨水流行時間，就可求出相應(yīng)于該管

28、段的值，然后根據(jù)暴雨強度公式，可繪制出單位面積徑流量與設(shè)計降雨歷時關(guān)系曲線。 9. 管渠材料的選擇雨水管道管徑小于或等于400mm，采用混凝土管，管徑大于400mm，采用鋼筋混凝土管。10. 設(shè)計流量的計算 根據(jù)流域具體情況，選定設(shè)計流量的計算方法，計算從上游向下游依次進行，并列表計算各設(shè)計管段的設(shè)計流量。 11. 進行雨水管渠水力計算，確定雨水管道的坡度、管徑和埋深 計算并確定出各設(shè)計管段的管徑、坡度、流速、管底標高和管道埋深。 12. 繪制雨水管道平面圖及縱剖面圖繪制方法及具體要求與污水管道基本相同。八、雨水水管渠設(shè)計計算實例圖9-13 某市居住區(qū)部分雨水管道布置例9-3 某市居住區(qū)部分雨

29、水管道布置如圖9-13所示。地形西高東低，一條自西向東流的天然河流分布在城市的南面。該城市的暴雨強度公式為： （L/s）/hm2該街區(qū)采用暗管排除雨水，管材采用圓形鋼筋混凝土管。管道起點埋深1.40m。各類地面面積見表9-12，試進行雨水管道的設(shè)計與計算。街坊及街道各類面積 表9-12地面種類面積采用徑流系數(shù)屋面1.20.91.08瀝青路面及人行道0.70.90.63圓石路面0.50.40.20土路面0.80.30.24草地0.80.150.12合 計4.02.27 解 （1）從居住區(qū)地形圖中得知，該地區(qū)地形較平坦，無明顯分水線，因此可按就近排入附近雨水管道的原則劃分匯水面積，雨水出水口設(shè)在河

30、岸邊，故雨水干管走向從西向東南，為保證在暴雨期間排水的可能性，故在雨水干管的終端設(shè)置雨水泵站。（2）根據(jù)地形及管道布置情況，劃分設(shè)計管段，將設(shè)計管段的檢查井依次編號，并量出每一設(shè)計管段的長度，匯總到表9-13。確定出各檢查井的地面標高填入表9-14。設(shè)計管道長度匯總表 表9-13管段編號管段長度（m）管段編號管段長度（m）12754515023150561253483地面標高匯總表 表9-14檢查井編號地面標高檢查井編號地面標高186.700486.550286.630586.530386.560686.500（3）每一設(shè)計管段所承擔的匯水面積可按就近排人附近雨水管道的原則劃分，然后將每塊匯水

31、面積編號，計算數(shù)值。雨水流向標注在圖中，見圖9-13所示。表9-15為各設(shè)計管段的匯水面積計算表。匯水面積計算表 表9-15.管段編號本段匯水面積編號本段匯水面積（ha）轉(zhuǎn)輸匯水面積（ha）匯水總面積（ha）1210.45000.450233、80.9250.4501.375932、40.9001.3752.2753410、110.4002.2752.6757870.2002.6752.8758490.4752.8753.35045140.4753.3503.825101260.4503.8254.27511125、120.9254.2755.200125130.2005.2005.40056

32、005.4005.400（4）水力計算：采用列表方法進行雨水管道設(shè)計流量及水力計算。 單位面積徑流量計算表 表9-16t2（min）051015202530354045505560（5+t2）5152535455565758595105115125（5+t2）0.652.855.88.11011.913.615.0816.551819.320.621.823.06q0q10551.6373025.222.119.918.116.715.514.613.813.00圖9-14 單位面積徑流量曲線 雨水管道在設(shè)計計算時，應(yīng)注意以下幾方面的問題： 在劃分匯水面積時，應(yīng)盡可能使各設(shè)計管段的匯水面積均勻

33、增加，否則會出現(xiàn)下游管段的設(shè)計流量小于上游管段的設(shè)計流量，這是因為下游管段的集水時間大于上游管段的集水時間，故下游管段的設(shè)計暴雨強度小于上游管段的設(shè)計暴雨強度，而總匯水面積只有很少增加的緣故。若出現(xiàn)了這種情況，應(yīng)取上游管段的設(shè)計流量作為下游管段的設(shè)計流量。 水力計算自上游管段依次向下游進行，一般情況下，隨著流量的增加，設(shè)計流速也相應(yīng)增加，如果流量不變，流速不應(yīng)減小。 雨水管道各設(shè)計管段的銜接方式應(yīng)采用管頂平接。 本例只進行了雨水干管水力計算，但在實際工程設(shè)計中，干管與支管是同時進行計算的。在支管和干管相接的檢查井處，會出現(xiàn)到該斷面處有兩個不同的集水時間和管內(nèi)底標高值，在繼續(xù)計算相交后的下一個管

34、段時，應(yīng)采用其中較大的集水時間值和較小的管內(nèi)底標高。 雨水干管水力計算表 表9-17設(shè)計管段編號管段長度L（m）匯水面積F（ha）管內(nèi)雨水流行時間（min）單位面積徑流量q0(L/（sha）)設(shè)計流量Q（L/s）管徑D（mm）水力坡度I（）12345678912750.45001.6710547.253003231501.3751.673.1375.57103.904002.334832.6754.801.7352.52140.495001.75451503.8256.532.5045.74174.955002.85561255.4009.032.0839.02210.716002.1續(xù)表9.

35、17流速v(m/s)管道輸水能力Q（L/s）坡降IL（m）設(shè)計地面標高（m）設(shè)計管內(nèi)底標高（m）埋深（m）起 點終 點起 點終 點起 點終 點1011121314151617180.75540.22586.70086.63085.30085.0751.401.560.801100.34586.63086.56084.97584.6301.661.930.801500.14586.56086.55084.53084.3852.032.171.001900.42886.55086.53084.38583.8572.172.571.002900.26386.53086.50083.85783.594

36、2.672.9112）繪制雨水管道的平面圖和縱斷面圖。繪制的方法、要求及內(nèi)容參見污水管道平面圖和縱剖面圖。 第四節(jié) 合流制排水管渠的設(shè)計計算 合流制管渠系統(tǒng)是利用同一管渠排除生活污水、工業(yè)廢水及雨水的排水方式。本節(jié)只介紹截流式合流制排水系統(tǒng)。 一、截流式合流制排水系統(tǒng)的工作情況與特點截流式合流制排水系統(tǒng)，是在同一管渠內(nèi)輸送多種混合污水，集中到污水處理廠處理，從而消除了晴天時城市污水及初期雨水對水體的污染，在一定程度上滿足環(huán)境保護方面的要求。另外還具有管線單一，管渠的總長度小等優(yōu)點。因此在節(jié)省投資、管道施工等方面較為有利。截流式合流制排水系統(tǒng)的缺點是：在暴雨期間，會有部分混合污水通過溢流井排入水

37、體，將造成水體周期性污染，另外，由于截流式合流制排水管渠的過水斷面很大，而在晴天時流量小，流速低，往往在管底形成淤積，降雨時，雨水將沉積在管底的大量污物沖刷起來帶入水體形成嚴重的污染。圖9-25 截流式合流制組成示意圖 合流管道；截流管道；溢流井；溢流堰；出水口；污水處理廠 另外，截流管、提升泵站以及污水處理廠的設(shè)計規(guī)模都比分流制排水系統(tǒng)大，截流管的埋深也比單設(shè)雨水管渠的埋深大。 二、截流式合流制排水系統(tǒng)的使用條件 在下列情形下可考慮采用截流式合流制排水系統(tǒng)： 1. 排水區(qū)域內(nèi)有充沛的水體，并且具有較大的流量和流速，一定量的混合污水溢入水體后，對水體造成的污染危害程度在允許范圍內(nèi)； 2. 街區(qū)

38、、街道的建設(shè)比較完善，必須采用暗管排除雨水時，而街道的橫斷面又較窄，管渠的設(shè)置位置受到限制時； 3. 地面有一定的坡度傾向水體，當水體高水位時，岸邊不被淹沒； 4. 排水管渠能以自流方式排入水體，在中途不需要泵站提升；5. 降雨量小的地區(qū)； 6. 水體衛(wèi)生要求特別高的地區(qū)，污、雨水均需要處理。 顯然，對于某個地區(qū)或城市來說，上述條件不一定能夠同時滿足，但可根據(jù)具體情況，酌情選用合流制排水系統(tǒng)。若水體距離排水區(qū)域較遠，水體流量、流速都較小，城市污水中的有害物質(zhì)經(jīng)溢流井排入水體的濃度超過水體允許衛(wèi)生標準等情況下，則不宜采用。三、截流式合流制排水系統(tǒng)布置 采用截流式合流制排水管渠系統(tǒng)時，其布置特點及

39、要求是： 1. 排水管渠的布置應(yīng)使排水面積上生活污水、工業(yè)廢水和雨水都能合理地排入管渠，管渠盡可能以最短的距離坡向水體； 2. 在排水區(qū)域內(nèi)，如果雨水可以沿道路的邊溝排泄，這時可只設(shè)污水管道，只有當雨水不宜沿地面徑流時，才布置合流管渠，截流干管盡可能沿河岸敷設(shè)，以便于截流和溢流； 3. 沿水體岸邊布置與水體平行的截流干管，在截流干管的適當位置上設(shè)置溢流井，以保證超過截流干管的設(shè)計輸水能力的那部分混合污水，能順利地通過溢流井就近排入水體； 4. 在截流干管上，必須合理地確定溢流井的位置及數(shù)目，以便盡可能減少對水體的污染，減小截流干管的斷面尺寸和縮短排放渠道的長度； 5. 在汛期，因自然水體的水位

40、增高，造成截流干管上的溢流井，不能按重力流方式通過溢流管渠向水體排放時，應(yīng)考慮在溢流管渠上設(shè)置閘門，防止洪水倒灌，還要考慮設(shè)置排水泵站提升排放，這時宜將溢流井適當集中，利于排水泵站集中抽升； 6. 為了徹底解決溢流混合污水對水體的污染問題，又能充分利用截流干管的輸水能力及污水處理廠的處理能力，可考慮在溢流出水口附近設(shè)置混合污水貯水池，在降雨時，可利用貯水池積蓄溢流的混合污水，待雨后將貯存的混合污水再送往污水處理廠處理。此外，貯水池還可以起到沉淀池作用，可改善溢流污水的水質(zhì)。但一般所需貯水池容積較大，另外，蓄積的混合污水需設(shè)泵站提升至截流管。 四、合流制排水管渠的水力計算 1. 完全合流制排水管

41、渠設(shè)計流量的確定完全合流制排水管渠的設(shè)計流量按下式計算： （9-31）式中 完全合流制管渠的設(shè)計流量，L/s；生活污水設(shè)計流量，L/s；工業(yè)廢水設(shè)計流量，L/s；旱流流量（指晴天時的城市污水量，即），L/s；雨水設(shè)計流量，L/s。 截流式合流制排水管渠系統(tǒng)中溢流井上游部分實際上相當于完全合流制排水管渠系統(tǒng)。2. 截流式合流制排水管渠設(shè)計流量的確定在截流式合流制排水管渠系統(tǒng)中，由于在截流干管上設(shè)置了溢流井，當溢流井上游合流污水流量超過截流干管的輸水能力時，就會有部分合流污水經(jīng)溢流井直接排入水體。當溢流井內(nèi)的水量剛好達到溢流狀態(tài)時，雨水流量和旱流流量的比值稱為截流倍數(shù)，用n0表示。n0值的大小，應(yīng)

42、根據(jù)旱流污水的性質(zhì)和水量及其總變化系數(shù)、水體環(huán)境要求以及水文、氣象條件等因素計算確定。顯然，n0的取值也決定了下游管渠的斷面尺寸和污水處理廠的規(guī)模。溢流井下游截流干管的設(shè)計雨水流量可按下式計算： （9-32）溢流井下游截流干管的設(shè)計總流量，是上述雨水設(shè)計流量與生活污水平均流量及工業(yè)廢水最大班平均流量之和，可按下式計算： （9-33）式中 溢流井下游截流干管的總設(shè)計流量，L/s；設(shè)計截流倍數(shù)；溢流井下游納入的旱流流量，L/s；溢流井下游納入的雨水設(shè)計流量，L/s。3. 從溢流井溢出的混合污水設(shè)計流量的確定當溢流井上游合流污水的流量超過溢流井下游管段的截流能力時，將有一部分混合污水經(jīng)溢流井處溢流，

43、并通過排放渠道排入水體。其溢流的混合污水設(shè)計流量按下式計算： （9-34）式中 經(jīng)溢流井處溢流的混合污水設(shè)計流量，L/s五、截流式合流制管渠的水力計算要點 截流式合流制排水管渠一般按滿流設(shè)計。水力計算方法，水力計算數(shù)據(jù)，包括設(shè)計流速、最小坡度、最小管徑、覆土厚度以及雨水口布置要求與分流制中雨水管道的設(shè)計基本相同。 合流制排水管渠水力計算內(nèi)容包括： 1. 溢流井上游合流管渠計算 溢流井上游合流管渠的計算與雨水管渠計算基本相同，只是它的設(shè)計流量包括設(shè)計污水量、工業(yè)廢水量和設(shè)計雨水量。 2. 截流式合流制管渠的雨水設(shè)計重現(xiàn)期截流式合流制管渠的雨水設(shè)計重現(xiàn)期，可適當高于同一情況下的雨水管道的設(shè)計重現(xiàn)期

44、的10%25%。因為合流管渠一旦溢出，溢出混合污水比雨水管道溢出的雨水所造成的危害更為嚴重，所以為防止出現(xiàn)這種情況，應(yīng)從嚴掌握合流管渠的設(shè)計重現(xiàn)期和允許的積水程度。 3. 截流干管和溢流井的計算合理地確定所采用的截流倍數(shù)n0值。 截流倍數(shù)n0應(yīng)根據(jù)旱流污水的水質(zhì)、水量、總變化系數(shù)、水體的衛(wèi)生要求及水文氣象等因素經(jīng)計算確定。工程實踐證明，截流倍數(shù)n0值采用2.64.5時比較經(jīng)濟合理。室外排水設(shè)計規(guī)范規(guī)定，截流倍數(shù)一般采用15。在同一排水系統(tǒng)中可采用同一截流倍數(shù)或不同截流倍數(shù)。合流制排水系統(tǒng)宜采取削減雨天排放污染負荷的措施，包括：（1）合流管渠的雨水設(shè)計重現(xiàn)期可適當高于同一情況下的雨水管道設(shè)計重現(xiàn)

45、期；（2）提高截流倍數(shù)，增加截流初期雨水量；（3）有條件地區(qū)可增設(shè)雨水調(diào)蓄池或初期雨水處理措施，經(jīng)多年工程實踐，我國多數(shù)城市一般采用截流倍數(shù)n0=3。而美國、日本及西歐等國家多采用n0=35。 4. 晴天旱流流量的校核 晴天旱流流量應(yīng)能滿足污水管渠最小流速的要求，一般不宜小于0.350.5m/s，當不能滿足時，可修改設(shè)計管渠斷面尺寸和坡度。 六、截流式合流制管渠水力計算實例圖9-29 某小區(qū)域的截流式合流干管的平面布置如圖 溢流井； 出水口例9.5 某市一小區(qū)域的截流式合流干管的平面布置如圖9-29所示。已知該市暴雨強度公式；設(shè)計重現(xiàn)期P=1a；地面集水時間t1=10min；平均徑流系數(shù)；設(shè)計地區(qū)人口密度 ；生活污水量定額n=100L/（capd）；總變化系數(shù)Kz=1.0；截流倍數(shù)n0=3；管道起點埋深為1.75m；出口處河流的平均水面標高為17.500m；該區(qū)域內(nèi)有五個工業(yè)企業(yè)，其工業(yè)廢水量見表9-28。試進行管渠的水力計算，并校核河水是否會倒灌。 工業(yè)廢水量統(tǒng)計 表9-28街區(qū)面積編號工業(yè)廢水量（L/s）街區(qū)面積編號工業(yè)廢水量（L/s）F1F2F3203090F4