第十章_雨水管網(wǎng)設(shè)計及計算

1、雨水管渠系統(tǒng)特點：徑流量大、流量變化大、滿流雨水管渠系統(tǒng)組成：雨水口、雨水管渠、檢查井、 出水口雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計步驟：資料收集，確定暴雨強度公式劃分排水流域，進行管道定線確定設(shè)計參數(shù)、進行水力計算繪制管渠平面圖及剖面圖第10章 雨水管網(wǎng)設(shè)計與計算一、雨量參數(shù) 降雨量：指降雨的絕對量，用降雨深度（mm）表示， 也可用單位面積的降雨體積（L/ha）表示。年平均降雨量：指多年觀測所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量：指多年觀測所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量：指多年觀測所得的一年中降雨量最大 一日的絕對量10.1 雨水分析與暴雨強度公式 降雨歷時：是指連續(xù)降雨的時段，可以指一場雨全部降雨的時間

2、，也可以指其中個別的連續(xù)時段。用t表示，單位為min或h。 暴雨強度（降雨強度）：是指某一連續(xù)降雨時段內(nèi)的平均降雨量，即單位時間的平均降雨深度，用i（mm/min）表示 ；在工程上，常用單位時間內(nèi)單位面積上的降雨體積q（L/s.公頃）表示;q與與i之間的換算關(guān)系是將每分鐘的降雨深度換算成每公之間的換算關(guān)系是將每分鐘的降雨深度換算成每公頃面積上每秒鐘的降雨體積，即：頃面積上每秒鐘的降雨體積，即： q=167 i 一、雨量參數(shù)降雨量和降雨歷時降雨量和降雨歷時 可以表示任何一場暴雨的降雨過程。可以表示任何一場暴雨的降雨過程。最大平均暴雨強度最大平均暴雨強度在分析暴雨資料時，必在分析暴雨資料時，必須選

3、用對應(yīng)各降雨歷時須選用對應(yīng)各降雨歷時的最陡那段曲線，即最的最陡那段曲線，即最大降雨量。大降雨量。但由于在各降雨歷時內(nèi)但由于在各降雨歷時內(nèi)每個時刻的暴雨強度也每個時刻的暴雨強度也是不同的，因此計算出是不同的，因此計算出的各歷時的暴雨強度稱的各歷時的暴雨強度稱為最大平均暴雨強度。為最大平均暴雨強度。 降雨面積：指降雨所籠罩的面積。 匯水面積：指雨水管渠匯集雨水的面積。 降雨的頻率（Fm)：是指等于或大于某值的暴雨強度出 現(xiàn)的次數(shù)m與觀測資料總項數(shù)n之比的百分數(shù)。 降雨的重現(xiàn)期(P)：是指等于或大于某值的暴雨強度出現(xiàn)一次的時間間隔。P=1/Fm 100%1mmMFnM100%1mmFn年頻率次頻率

4、M-每年選取的雨樣數(shù)一、雨量參數(shù)二、暴雨強度公式（雨量公式）室外排水設(shè)計規(guī)范規(guī)定，在編制暴雨強度公式時必須具有10年以上自記雨量記錄。在自記雨量記錄紙上，按降雨歷時為5、10、15、20、30、45、60、90、120min，每年選擇6-8場最大暴雨記錄，計算暴雨強度i值。將歷年各歷時的暴雨強度按大小次序排列，且不論年次，選擇年數(shù)的34倍的最大值作為統(tǒng)計的基礎(chǔ)資料。暴雨強度公式nbtPcAq)()lg1 (1671式中： q 設(shè)計暴雨強度，L/s.公頃（以上表中i，q=167i）； P 設(shè)計重現(xiàn)期，年； t 降雨歷時，min； A1,c,b,n 地方參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計方法進行確定。表10.2 我國

5、十大城市雨量公式表(P240)10.2 雨水管網(wǎng)設(shè)計流量計算1、雨水管渠設(shè)計流量計算公式qAqv式中：qv 雨水設(shè)計流量，L/s； 徑流系數(shù)，其數(shù)值小于1； A 匯水面積，公頃； q 設(shè)計暴雨強度，L/s.公頃。確定qv-q（P，t）地面點上產(chǎn)流的過程從流域上最遠一點的雨水流至出口斷面的時間稱為流域的集流時間或集水時間 F集流時間集流點（如雨水口）流域上匯流過程極限強度理論極限強度理論在設(shè)計中采用的降雨歷時等于匯水面積最遠在設(shè)計中采用的降雨歷時等于匯水面積最遠點雨水流達集流點的集流時間，因此，設(shè)計暴雨點雨水流達集流點的集流時間，因此，設(shè)計暴雨強度強度q、降雨歷時、降雨歷時t、匯水面積、匯水面積

6、F都是相應(yīng)的極限值，都是相應(yīng)的極限值，這便是雨水管道設(shè)汁的極限強度理論。這便是雨水管道設(shè)汁的極限強度理論。極限強度法即承認降雨強度隨降雨歷時的增長而減小的規(guī)律即承認降雨強度隨降雨歷時的增長而減小的規(guī)律性，同時認為匯水面積的增長與降雨歷時呈正比，性，同時認為匯水面積的增長與降雨歷時呈正比，而且匯水面積的增長速度更快，因此只有當降雨而且匯水面積的增長速度更快，因此只有當降雨歷時等于集流時間時，全部面積參與徑流，產(chǎn)生歷時等于集流時間時，全部面積參與徑流，產(chǎn)生最大徑流量最大徑流量 。雨水管段設(shè)計流量計算舉例設(shè)雨水從最遠點分別流入雨水口所需的集水時間均為1 。121.qFQA232).(qFFQBA34

7、3).(qFFFQCBAq1 降雨歷時t=1的暴雨強度(L/s. 104m2 )q2 降雨歷時t=1+t1-2的暴雨強度q3 降雨歷時t=1+ t1-2 + t2-3的暴雨強度2、徑流系數(shù)的確定指徑流量與降雨量的比值。徑流量指進入雨水管渠部分的雨水。FFiiav.Fi匯水面積上各類地面的面積（104m2）i相應(yīng)各類地面的徑流系數(shù) F全部匯水面積（104m2）例：某小區(qū)典型街坊各類面積一般市區(qū)綜合徑流系數(shù)0.50.8，郊區(qū)0.40.6。1.2 0.90.6 0.90.6 0.40.8 0.30.8 0.150.5554av3、設(shè)計重現(xiàn)期P的確定在一般地區(qū)采用0.5-1年，重要地區(qū)采用2-5年。4

8、、集水時間t的確定t=t1+mt2式中：t1地面集水時間； m 折減系數(shù)； t2雨水在管道內(nèi)流行時間。地面集水時間t1一般在建筑密度較大、地形較陡、雨水口分布較密的地區(qū)，t1可采用5-8min;在建筑密度小、地形平坦、雨水口稀疏的地區(qū)，t1可取10-15min。 雨水在管道內(nèi)流行時間t2(min)602vLt式中：L各管段的管長，m； v各管段滿流時的水流速度，m/s。折減系數(shù)m 雨水在管道內(nèi)的實際流行時間與計算得出的流行時間不符，需要采用一個系數(shù)進行修正，此系數(shù)叫折減系數(shù)引入折減系數(shù)的原因有二：一是雨水管道內(nèi)不總是滿流，按滿流計算的流行時間小于雨水實際的流行時間；二是雨水管道的最大流量不大可

9、能在同一時間發(fā)生，上游管道存在調(diào)蓄容積m變化范圍1.82.2，我國室外排水設(shè)計規(guī)范建議：暗管m=2，明渠m=1.2。t=t1+2t2雨水管網(wǎng)設(shè)計流量計算FbmttPcAQn.)()lg1 (167211Q雨水設(shè)計流量（L/s）徑流系數(shù)，其數(shù)值小于1F匯水面積（104m2） q設(shè)計暴雨強度（L/s 104m2 ）P設(shè)計重現(xiàn)期（a）t1地面集水時間（min）t2管渠內(nèi)雨水流行時間m折減系數(shù)A1、c、b、n地方參數(shù)第二節(jié)雨水徑流量的調(diào)節(jié)第二節(jié)雨水徑流量的調(diào)節(jié) 雨水徑流調(diào)節(jié)池的意義雨水徑流調(diào)節(jié)池的意義 有可能降低整個溝系的造價有可能降低整個溝系的造價能使雨水溝道的設(shè)計有較大的靈活性能使雨水溝道的設(shè)計有

10、較大的靈活性有可能改善合流制管系暴雨時的溢有可能改善合流制管系暴雨時的溢 流水水質(zhì)流水水質(zhì)有可能降低整個溝系的造價v由于雨水流量大，溝槽長，下游溝道的雨水流量尤其大，設(shè)置調(diào)節(jié)池，可使下游溝道的設(shè)計流量減小，降低下游溝系的造價，而且做調(diào)節(jié)池的造價要比溝管省，故有可能降低整個溝系的造價。能使雨水溝道的設(shè)計有較大的靈活性v如今后在所在的匯水區(qū)域上大量造房，會使不透水面積增加，從而使徑流量劇增，一般很少有可能再重新排管，此時若能設(shè)置一個調(diào)節(jié)池，將上游的流量引入調(diào)節(jié)池，洪峰過后再排入下游管道，則就使下游溝道仍能使用，從而解決該技術(shù)矛盾。有可能改善合流制管系暴雨時的溢流水水質(zhì)有可能改善合流制管系暴雨時的溢

11、流水水質(zhì)v由于合流制溝管當遇到暴雨時，會有大量溢流水產(chǎn)生，而溢流的水中含有相當?shù)纳钗鬯凸I(yè)廢水，水質(zhì)較差，若能在截流式合流制的溢流井后面設(shè)置調(diào)節(jié)池，并對進入調(diào)節(jié)池的溢流污水進行處理后再排放水體，就能使最終排入水體的溢流水的水質(zhì)得到改善。2. 調(diào)節(jié)水池常用的布置形式調(diào)節(jié)水池常用的布置形式v溢流堰式調(diào)節(jié)水池溢流堰式調(diào)節(jié)水池v底部流槽式調(diào)節(jié)水池底部流槽式調(diào)節(jié)水池第三節(jié)城鎮(zhèn)雨水溝道的設(shè)計第三節(jié)城鎮(zhèn)雨水溝道的設(shè)計 因雨水泵站投資、用電量都很大，盡量避免設(shè)置雨水泵站。因明溝造價低，考慮采用明溝。在建筑物密度較高、交通繁忙的地區(qū)，可采用加蓋明溝。利用地形，就近排放地面水體，降低造價。盡量利用池塘、河浜受

12、納地面徑流，最大限度地減少雨水溝道的設(shè)置。一、雨水溝道設(shè)計的原則二、雨水溝道水力學(xué)設(shè)計的準則設(shè)計充滿度：按滿流設(shè)計，h/D=1設(shè)計流速：最小流速0.75m/s,最大流速10m/s（金屬管），5m/s（非金屬管）最小管徑和最小設(shè)計坡度：雨水管最小管徑為300mm，相應(yīng)的最小坡度為0.003；雨水口連接管最小管徑為200mm，最小坡度為0.01 管段銜接：一般用管頂平接，當條件不利時也可用管底平接。最小覆土厚度：一般不小于0.7m。三、雨水管渠水力計算的方法由于h/D=1，故只需確定Q、D、v、I值。Q值可經(jīng)過計算求得，然后選定D值，即可查表求得v、I值 例：已知n=0.013，設(shè)計流量Q=200

13、L/s，地面坡度i=0.004,試計算該管段的管徑D,管底坡度I及流速v。解：采用n=0.013的水力計算圖。橫坐標找到Q=200L/s，縱坐標找到i=0.004，兩線交于A點，得到v=1.17m/s,符合規(guī)定;而D界于400500mm之間。采用D=400mm時, i=0.0092, v=1.60m/s。I與地面坡度相差太大。采用D=500mm時, i=0.0028, v=1.02m/s。結(jié)果合適。四、設(shè)計步驟（1）收集、分析資料，劃分排水流域、進行管道定線。（2）劃分設(shè)計管段。 注意：注意：不宜劃分過多；管徑增長要連續(xù)；劃分要從密到疏。（3）劃分并計算匯水面積。 匯水面積包括綠地、街道等。（

14、4）計算平均徑流系數(shù)。 一般經(jīng)驗值為：城市0.50.8；郊區(qū)0.40.6。（5）確定重現(xiàn)期P、地面集水時間t1。（6）計算單位面積徑流量q0。qFqFFQq0（7）計算各管段的設(shè)計流量，并求出Q、D、v、I及埋深等。（8）繪制圖紙。包括平面圖和剖面圖 雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計計算舉例 已知某居住區(qū)平面圖.地形西高東低,東面有一自南向北流的河流,河流常年洪水位14m,常水位12m.該市的暴雨強度公式要求布置雨水管道并進行干管的水力計算.65. 0)lg38. 11 (500tPq河流泵站15325129101116171819地形平坦,排水流域按主要街道的匯水面積劃分。洪水位高于地面平均標高,設(shè)置雨水泵

15、站。每一設(shè)計管段所承擔(dān)的匯水面積按就近排入附近的雨水管道的原則劃分。采用統(tǒng)一的平均徑流系數(shù)=0.5。建筑密度較稀，地面集水時間采用t1=10min。設(shè)計重現(xiàn)期選用P=1a。管道起點埋深采用1.30m.1.各管段的設(shè)計流量按該管段起點，及上游管段終點的設(shè)計降雨歷時進行計算的，計算暴雨強度時，t2按上游各管段內(nèi)雨水流行時間之和 求得。)(2vLt 2.求單位面積徑流量65. 0265. 020)210(250)210()lg38. 11 (5005 . 0ttPqq3. 單位面積徑流量乘以該管段的總匯水面積得設(shè)計流量。水力計算說明4. 根據(jù)設(shè)計流量求管徑、管道坡度和流速。水力計算說明（續(xù)）5. 根

16、據(jù)設(shè)計流速求本管段得管內(nèi)雨水流行時間t2。6.起點埋深（1點）定為1.3m。1點地面標高1點埋深1點管底標高。1點管底標高降落量2點管底標高2點地面標高2點管底標高2點埋深各設(shè)計管段在高程上采用管頂平接。7.下游設(shè)計流量小于上游設(shè)計流量，則取上游設(shè)計流量作為下游管段的設(shè)計流量。三、雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算(續(xù)5)立體交叉道路排水 設(shè)計時注意的問題盡量縮小匯水面積,以減少設(shè)計流量注意地下水的排除排水設(shè)計標準高于一般道路雨水口布設(shè)的位置要便于攔截徑流管道布置及斷面選擇對于立交地道,最低點低于地下水位時,應(yīng)采取排水或降低地下水的措施雨水的地面徑流量很大，雨水泵站的基建費用很高，使用率往往很低，只有當?shù)貏萜教?，管路較長，或出水河道水位很高，才考慮設(shè)置雨水泵站。雨水泵的選擇