雨水管网设计和计算

第10章 雨水管渠设计和优化计算第10章 雨水管渠设计和优化计算雨水管渠设计主要内容雨水管渠设计主要内容10.1 雨量分析与雨量公式10.1.1 10.1.1 雨量分析降雨过程分析雨量分析降雨过程分析(1)降雨量降雨量 指一定时间内在单位面积上的降水体积，计量单位为指一定时间内在单位面积上的降水体积，计量单位为体积体积/面积面积.时间，或高度时间，或高度/时间时间，这时降雨量又称为一定，这时降雨量又称为一定时间内的时间内的降雨深度降雨深度。降雨量单位：降雨量单位：年平均降雨量年平均降雨量：多年年降雨量平均值，：多年年降雨量平均值，mm/a；月平均降雨量月平均降雨量：多年月降雨量平均值，：多年月降雨量平均值，mm/月；月；最大日降雨量最大日降雨量：多年年中最大日降雨量，：多年年中最大日降雨量，mm/d；最大小时降雨量最大小时降雨量：指最大一小时降雨量，：指最大一小时降雨量，mm/h。(2)雨量计的数据整理雨量计的数据整理雨量计记录降雨量数据，构造如图雨量计记录降雨量数据，构造如图9.1所示。所示。雨量数据为每场雨的瞬时降雨强度（雨量数据为每场雨的瞬时降雨强度（mm/min）、累积降雨量（）、累积降雨量（mm）和降雨时间）和降雨时间（min）之间的变化关系，如图）之间的变化关系，如图9.2所示。所示。以降雨时间为横座标和以累计降雨量为纵坐标绘制的曲线称为降雨量累积曲线，曲以降雨时间为横座标和以累计降雨量为纵坐标绘制的曲线称为降雨量累积曲线，曲线上某一点的斜率即为该时刻的瞬时降雨强度。线上某一点的斜率即为该时刻的瞬时降雨强度。将降雨量的增量除以该时间段长度，得到该段降雨历时的平均降雨强度。将降雨量的增量除以该时间段长度，得到该段降雨历时的平均降雨强度。10.1.1 10.1.1 雨量分析降雨过程分析（续）雨量分析降雨过程分析（续）(3)降雨历时和暴雨强度降雨历时和暴雨强度降雨量累积曲线上某一时间段，称为降雨量累积曲线上某一时间段，称为降雨历时降雨历时。如果该降雨历时覆盖了降雨的雨峰时间，则该时段降雨量为对应于该降雨历时的暴如果该降雨历时覆盖了降雨的雨峰时间，则该时段降雨量为对应于该降雨历时的暴雨强度，降雨历时越长，暴雨强度越小。雨强度，降雨历时越长，暴雨强度越小。暴雨强度用符号暴雨强度用符号i表示表示，常用单位为常用单位为mm/min，或，或mm/h。亦常用单位时间内单位面积亦常用单位时间内单位面积降雨量降雨量q表示，单位用表示，单位用L/s.ha。暴雨强度暴雨强度i和和q 之间的换算关系为之间的换算关系为ii16760000,10q（10.1）式中式中 q降雨强度（降雨强度（L/s.ha）；）；i降雨强度（降雨强度（mm/min）。）。在城市暴雨强度公式推求中，经常采用的降雨历时为在城市暴雨强度公式推求中，经常采用的降雨历时为5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120min等等9个历时数值，特大城市可以用个历时数值，特大城市可以用到到180min，或更长时间。，或更长时间。(4)暴雨强度频率暴雨强度频率通过长期观测数据计算某个特定降雨历时的暴雨强度出现的经验频率，简称暴通过长期观测数据计算某个特定降雨历时的暴雨强度出现的经验频率，简称暴雨强雨强度频率度频率。经验频率的计算公式：。经验频率的计算公式：1Fmnm（10.2）式中式中 n降雨量统计数据总个数；降雨量统计数据总个数；m将所有数据从大到将所有数据从大到小排序后，某个特定数据的序号；小排序后，某个特定数据的序号；Fm相应于第相应于第m个数据个数据的经验频率，常用单位为的经验频率，常用单位为%。小雨：24小时内降水量不超过10毫米，小到中雨为518毫米，中雨为1025毫米，中到大雨为1838毫米，大雨为2550毫米，大到暴雨为3875毫米。24小时内雨量超过50毫米的称为暴雨，超过100毫米的称为大暴雨，超过200毫米的称为特大暴雨。10.1.1 10.1.1 雨量分析降雨过程分析（续雨量分析降雨过程分析（续1 1）(4)暴雨强度频率（续）暴雨强度频率（续）当对应于特定降雨历时的暴雨强度频率越小时，该暴雨强度值越大当对应于特定降雨历时的暴雨强度频率越小时，该暴雨强度值越大。当每年取一个数据组成统计序列时，当每年取一个数据组成统计序列时，n为年数，频率值为年数，频率值Fm称为称为“年频率年频率”；当；当当当每每年取多个数据组成统计序列时，年取多个数据组成统计序列时，n为数据总个数，频率值为数据总个数，频率值Fm称为称为“次（数）频率次（数）频率”。年频率和次频率统称为年频率和次频率统称为经验频率经验频率，计算公式为，计算公式为式中式中 M为每年选取的雨样数。为每年选取的雨样数。在坐标纸上以经验频率为横坐标，暴雨强在坐标纸上以经验频率为横坐标，暴雨强度为纵坐标，按数据点的分布绘出的曲线，度为纵坐标，按数据点的分布绘出的曲线，称为经验频率曲线，如图称为经验频率曲线，如图10.3所示。所示。（10.3）(5)暴雨强度重现期暴雨强度重现期重现期定义重现期定义：在多次的观测中，大于等于：在多次的观测中，大于等于某个设定值的事件数据重复出现的平均间某个设定值的事件数据重复出现的平均间隔年数，单位为年（隔年数，单位为年（a）。）。重现期越大，重现期越大，降雨强度越大降雨强度越大，如图，如图10.4所示。重现期与所示。重现期与经验频率关系式：经验频率关系式：1nMmMFmmF1P（10.4）10.1.1 10.1.1 雨量分析降雨过程分析（续雨量分析降雨过程分析（续2 2）(5)暴雨强度重现期（续）暴雨强度重现期（续）室外排水设计规范室外排水设计规范 GB 500142006（2011版）规定：版）规定：同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期应采用同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期应采用13年，重要干道、年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，应采用重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，应采用35年，经济条件较好或年，经济条件较好或有特殊要求的地区宜采用规定的上限。特别重要地区可采用有特殊要求的地区宜采用规定的上限。特别重要地区可采用10年或以上年或以上。表表10.1为某城市在不同历时的暴雨强度统计数据。为某城市在不同历时的暴雨强度统计数据。10.1.2 暴雨强度公式暴雨强度公式表达暴雨强度表达暴雨强度i（或（或q）与降雨历时）与降雨历时t和年重现期和年重现期P之间关系的经验函数，称为之间关系的经验函数，称为暴雨强度暴雨强度公式公式。室外排水设计规范室外排水设计规范（GB50014-2006）中规定我国采用的暴雨强度公式的）中规定我国采用的暴雨强度公式的形式为：形式为：1167(1lg)()nACPqtb式中，式中，q 设计暴雨强度（设计暴雨强度（Ls.ha）；）；t 降雨历时（降雨历时（min）；）；P 设计重现期（设计重现期（a）；）；A1,C,n,b 待定参数。待定参数。（10.5）在实际应用中，各地根据当地的具体情况，比较普遍地采用下列修订暴雨强度公式：在实际应用中，各地根据当地的具体情况，比较普遍地采用下列修订暴雨强度公式：1lg)()EnACTitb（10.5a）式中，式中，i 设计暴雨强度（设计暴雨强度（mmmin）；）；t 降雨历时（降雨历时（min）；）；TE 设计重现期（设计重现期（a）；）；A1,C,n,b 待定参数。待定参数。部分城市应用暴雨强度公式（部分城市应用暴雨强度公式（10.5a）的参数如表）的参数如表10.2所示。其它城市的暴雨强度公式所示。其它城市的暴雨强度公式可参见可参见给水排水设计手册给水排水设计手册第第5册。册。10.1.3 汇水面积汇水面积汇水面积汇水面积（也称流域面积）是雨水管渠汇集和排除雨水的地面面积（也称流域面积）是雨水管渠汇集和排除雨水的地面面积（ha或或km2）。）。一般的大雷雨能覆盖一般的大雷雨能覆盖15 km2的地区，有时可高达数千的地区，有时可高达数千km2。一场暴雨在其整个降雨的面积上雨量分布并不均匀。但是，对于城市排水系统，汇一场暴雨在其整个降雨的面积上雨量分布并不均匀。但是，对于城市排水系统，汇水面积一般较小，一般小于水面积一般较小，一般小于100 km2，其最远点的集水时间往往不超过，其最远点的集水时间往往不超过35小时，大小时，大多数情况下，集水时间不超过多数情况下，集水时间不超过60120分钟。因此，可以假定降雨量在城市排水小区分钟。因此，可以假定降雨量在城市排水小区面积上是均匀分布的，采用自记录雨量计所测得的降雨量可近似代表整个汇水面积面积上是均匀分布的，采用自记录雨量计所测得的降雨量可近似代表整个汇水面积上的降雨量。上的降雨量。降雨面积降雨面积:是指降是指降雨所笼罩的面积，雨所笼罩的面积，即降雨的即降雨的 范围。范围。10.2 雨水管渠设计流量计算雨水管渠设计流量计算10.2.1 地面径流与径流系数地面径流与径流系数地面径流：地面径流：降雨到达降雨到达地面后，一部分雨水被截留，另一部分沿地面坡度流动，（地面后，一部分雨水被截留，另一部分沿地面坡度流动，（在在地面沿地面坡度流动的雨水地面沿地面坡度流动的雨水）称）称地面径流地面径流。地面径流量：地面径流量：地面径流的雨水流量称为雨水的地面径流的雨水流量称为雨水的地面径流量地面径流量。径流系数：径流系数：地面径流量与总降雨量的比值称为地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数径流系数。径流系数小于。径流系数小于1。入渗率入渗率和和余水率：余水率：降雨时，随着降雨时间的增长和雨量的加大，降雨时，随着降雨时间的增长和雨量的加大，降雨量与地面渗水降雨量与地面渗水量的差值称为量的差值称为余水余水，入渗率入渗率和和余水率余水率的概念的概念错误错误见见P187。图图10.5表示降雨强度与地面径流的示意关系。图表示降雨强度与地面径流的示意关系。图10.6表示不同地面对径流量的影响。表示不同地面对径流量的影响。图图10.5 降雨强度与雨水径流量关系图降雨强度与雨水径流量关系图图图10.6 不同地面对径流量的影响不同地面对径流量的影响 影响径流系数的因素影响径流系数的因素主要有汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的大小、路面铺砌等。此外，还与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。目前在雨水管渠设计中，通常采用按地面覆盖种类确定 10.2.1 地面径流与径流系数（续）地面径流与径流系数（续）如果汇水面积由径流系数不同的地面组合而成，如果汇水面积由径流系数不同的地面组合而成，采用平均径流系数法采用平均径流系数法，平均径流系，平均径流系数可用加权平均法计算：数可用加权平均法计算：iiavFF（10.6）式中，式中，Fi为汇水面积上各类地面的面积；为汇水面积上各类地面的面积；i为相应于各类地面的径流系数；为相应于各类地面的径流系数；F为总汇水面积。为总汇水面积。在工程设计中，经常采用在工程设计中，经常采用“区域综合径流系数区域综合径流系数”（也称流域径流系数）进行近似替（也称流域径流系数）进行近似替代，建议值参见表代，建议值参见表10.4。如果能获得城市不透水区域覆盖面积数据时，区域综合径流系数的值可参考表如果能获得城市不透水区域覆盖面积数据时，区域综合径流系数的值可参考表10.5。10.2.2 断面集水时间与折减系数断面集水时间与折减系数集水时间：集水时间：指雨水从汇水面积上的指雨水从汇水面积上的最远点流最远点流到设计的到设计的管道断面管道断面所需要的时间，记为所需要的时间，记为，常用单位为常用单位为min。地面集水时间：地面集水时间：雨水从汇水面积上的最远点流到位于雨水管道起始点雨水口所需的雨水从汇水面积上的最远点流到位于雨水管道起始点雨水口所需的集水时间。集水时间。地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植被情况、距离长短等因素的影地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植被情况、距离长短等因素的影响，主要取决于水流距离的长短和地面坡度。响，主要取决于水流距离的长短和地面坡度。对于雨水管道中任一设计断面，集水时间对于雨水管道中任一设计断面，集水时间由地面集水时间由地面集水时间t1和雨水在管道中流到该和雨水在管道中流到该设计断面所需的流行时间设计断面所需的流行时间t2组成组成，用下式表示：，用下式表示：折减系数折减系数m：当某一管道断面上达到当某一管道断面上达到“洪峰洪峰”流量时，其上游管道可能处于非满管流状态，流量时，其上游管道可能处于非满管流状态，管道中的空间对水流可以起到缓冲和调蓄作用。管道中的空间对水流可以起到缓冲和调蓄作用。因此，管道中的流行时间会比按满管流计算的因此，管道中的流行时间会比按满管流计算的流行时间流行时间t2大得多，大得多，m又被称为容积利用系数。又被称为容积利用系数。地面集水时间地面集水时间t1，一般采用，一般采用515min。通过实。通过实验测定，地面集水时间验测定，地面集水时间t1与地面流经距离如图与地面流经距离如图10.7所示。所示。式中式中 m折减系数或容积利用系数；折减系数或容积利用系数；L设计断面上游各管道的长度，设计断面上游各管道的长度，m；v上游各管道中的设计流速，上游各管道中的设计流速，m/s。12tmt（10.7）2t60iiLv（10.8）（min）图图10.7 地面集水时间和流经距离的关系地面集水时间和流经距离的关系折减系数折减系数m：（续）（续）根据实验和工程经验，根据实验和工程经验，折减系数或容积利用系数折减系数或容积利用系数m取值取值如下：如下：地下暗管，地下暗管，m=2，明渠，明渠，ml.2；在陡坡地区，采用暗管时，在陡坡地区，采用暗管时，m1.22。m与降雨最大峰值位置有关，见表与降雨最大峰值位置有关，见表10.5。10.2.3 雨水管渠设计流量计算雨水管渠设计流量计算一般城市的雨水管渠的汇水面积较小，在整个汇水面积上能产生全面积的径流，称一般城市的雨水管渠的汇水面积较小，在整个汇水面积上能产生全面积的径流，称为为完全径流完全径流。实际地面径流量可按下式计算，称为推理公式。实际地面径流量可按下式计算，称为推理公式。QqF(10.9)式中，式中，q平均设计暴雨强度（平均设计暴雨强度（L/s.ha）；）；径流系数；径流系数；F计算汇水面积（计算汇水面积（ha）。）。雨水管道设计流量雨水管道设计流量：该管段上游节点断面的该管段上游节点断面的“洪峰洪峰”流量，不同断面的流量，不同断面的“洪峰洪峰”时间时间不同，计算暴雨强度不同，计算汇水面积也不同。不同，计算暴雨强度不同，计算汇水面积也不同。10.2.3 雨水管渠设计流量计算（续）雨水管渠设计流量计算（续）对应于断面洪峰流量深刻的暴雨强度：对应于断面洪峰流量深刻的暴雨强度：nbmttPCAq)()lg1(167211（L/s.ha）应用推理公式，得管段设计流量公式：应用推理公式，得管段设计流量公式：112167(1lg)()ikknk iiACPQFtmtb（L/s）(10.10)如图如图10.8所示，所示，A点为点为最远点，地块最远点，地块1地面集地面集水时间为水时间为t1；地块；地块2地地面集水时间为面集水时间为t1mt2；地块地块3地面集水时间地面集水时间t1mt3。各管段设计流量各管段设计流量Q1、Q2和和Q3为：为：111111211221111311223212112167(1lg)()167(1lg)()()60167(1lg)()()6060nnnACPQFtbACPQFFLtmbvACPQFFFLLtmbvv图图10.8 雨水管段流量和流经时间计算雨水管段流量和流经时间计算(10.11)(10.12)10.3 雨水管渠设计与计算雨水管渠设计与计算10.3.1 雨水管渠平面布置特点（基本原则）雨水管渠平面布置特点（基本原则）在符合排放水质标准条件下，雨水应尽量在符合排放水质标准条件下，雨水应尽量利用自然地形利用自然地形，以，以重力流和最短距离重力流和最短距离方式排入池塘、河流、湖泊等水体中，以减方式排入池塘、河流、湖泊等水体中，以减低管渠工程造价。低管渠工程造价。地形地形坡度较大坡度较大时，干管宜时，干管宜布置在地面标高较低处布置在地面标高较低处；当；当地形平地形平坦坦时，雨水干管宜时，雨水干管宜布置在排水流域的中间布置在排水流域的中间，以便于支管就近接，以便于支管就近接入，尽可能地扩大重力流排除雨水的范围。入，尽可能地扩大重力流排除雨水的范围。雨水干管平面布置宜采用雨水干管平面布置宜采用分散式出水口形式分散式出水口形式，技术经济合理。，技术经济合理。当出水口建造费用很大时，应考虑当出水口建造费用很大时，应考虑集中式出水口管道布置集中式出水口管道布置。应尽可能利用地形，减小埋深，自流排放。应尽可能利用地形，减小埋深，自流排放。当地形平坦且地面平均标高低于河流的洪水水位，或管道埋当地形平坦且地面平均标高低于河流的洪水水位，或管道埋设过深而造成技术经济不合理时，在出水口前设置设过深而造成技术经济不合理时，在出水口前设置雨水泵站提雨水泵站提升升后排入水体。后排入水体。雨水泵站造价及运行费用很大，使用频度不高，应尽可能雨水泵站造价及运行费用很大，使用频度不高，应尽可能减减小通过雨水泵站流量小通过雨水泵站流量。10.3.2 雨水管渠系统设计步骤雨水管渠系统设计步骤（1）划分排水流域和管道定线划分排水流域和管道定线结合城市总体规划图或工厂总平面布置，划分排结合城市总体规划图或工厂总平面布置，划分排水流域和管渠定线，确定排水流向。水流域和管渠定线，确定排水流向。（2）划分设计管段与沿线汇水面积划分设计管段与沿线汇水面积设计管段的划分应使设计管段范围内地形变化不设计管段的划分应使设计管段范围内地形变化不大，管段上下端流量变化不多，无大流量交汇，一般大，管段上下端流量变化不多，无大流量交汇，一般以以100200m左右为一段。左右为一段。地形平坦时，就近排除原则，有适宜坡度时，按地形平坦时，就近排除原则，有适宜坡度时，按雨水汇入低侧的原则雨水汇入低侧的原则按地面雨水径流方向划分汇水面按地面雨水径流方向划分汇水面积，编号，计算面积。积，编号，计算面积。两个检查井之间流量不变的管段定为设计管段，两个检查井之间流量不变的管段定为设计管段，并从管段上游往下游按顺序进行设计管段和节点的编并从管段上游往下游按顺序进行设计管段和节点的编号。号。10.3.2 雨水管渠系统设计步骤（续）雨水管渠系统设计步骤（续）（2）划分设计管段与沿线汇水面积（续）划分设计管段与沿线汇水面积（续）图图10.9表示一雨水排水区域，管道布置如图中带有箭头方向的实线所示，排水节点表示一雨水排水区域，管道布置如图中带有箭头方向的实线所示，排水节点编码依次为编码依次为A、B、C、D、E、F和和G，设计管段编号依次为、和。，设计管段编号依次为、和。与各管段两侧相邻的地块即为该管段的排水量计算流域，根据各计算流域的面积、降与各管段两侧相邻的地块即为该管段的排水量计算流域，根据各计算流域的面积、降雨强度和径流系数即可计算该管段的本管段设计流量。雨强度和径流系数即可计算该管段的本管段设计流量。图图10.10表示一个城区雨水排水区域布置方案。表示一个城区雨水排水区域布置方案。图图10.9图图10.10（3）确定设计计算基本数据确定设计计算基本数据：重现期、地面径流系数和集水时间：重现期、地面径流系数和集水时间（4）确定管渠的最小埋深确定管渠的最小埋深（5）设计流量的计算设计流量的计算：管段的设计流量管段的设计流量（6）雨水管道系统的水力计算雨水管道系统的水力计算：确定雨水管道的坡度、管徑和埋深：确定雨水管道的坡度、管徑和埋深（7）绘制雨水管道平面图及纵剖面图绘制雨水管道平面图及纵剖面图10.3.3 雨水管渠设计参数雨水管渠设计参数为避免发生淤积、冲刷等现象，对雨水管渠设计计算的为避免发生淤积、冲刷等现象，对雨水管渠设计计算的基本参数规定：基本参数规定：（1）设计充满度设计充满度雨水管渠允许满流和溢流，雨水管渠的充满度按满管流设计，明渠应有等于或大于雨水管渠允许满流和溢流，雨水管渠的充满度按满管流设计，明渠应有等于或大于0.2m的超高，街道边沟应有等于或大于的超高，街道边沟应有等于或大于0.03m的超高。的超高。（2）设计流速）设计流速雨水中夹带泥沙量比污水大，最小设计流速应大于污水管渠，满流管道的最小设计流雨水中夹带泥沙量比污水大，最小设计流速应大于污水管渠，满流管道的最小设计流速为速为0.75m/s。明渠内最小设计流速为。明渠内最小设计流速为0.4m/s。雨水管渠最大设计流速规定：金属管最大流速为雨水管渠最大设计流速规定：金属管最大流速为10m/s，非金属最大流速为，非金属最大流速为5m/s，明，明渠最大设计流速见表渠最大设计流速见表10.7。（3）最小坡度：最小坡度：最小坡度按最小流速计算确定。在街区内，不小于最小坡度按最小流速计算确定。在街区内，不小于0.004，在街道，在街道下，不小于下，不小于0.0025，雨水口连接管最小坡度不小于，雨水口连接管最小坡度不小于0.01。（4）最小管径最小管径：街道雨水管道最小管径：街道雨水管道最小管径300mm，最小坡度，最小坡度0.003；街坊雨水管，最；街坊雨水管，最小管径小管径200mm，最小坡度，最小坡度0.01。10.3.4 雨水管渠断面设计雨水管渠断面设计在城市市区或工厂内，雨水管渠一般采用暗管。在城市市区或工厂内，雨水管渠一般采用暗管。在城市郊区，可考虑采用明渠，降低造价。在城市郊区，可考虑采用明渠，降低造价。在雨水干管起端，利用道路边沟排除雨水，通常可以减少暗管在雨水干管起端，利用道路边沟排除雨水，通常可以减少暗管100150m。在实际工。在实际工程中，应实现系统最优化。程中，应实现系统最优化。当设计管段计算流量确定后，应计算合理的管渠断面尺寸，并绘制设计图纸和编写设当设计管段计算流量确定后，应计算合理的管渠断面尺寸，并绘制设计图纸和编写设计文件。计文件。雨水管网设计步骤：雨水管网设计步骤：（1）排水管网布置：根据规划，在排水管网布置：根据规划，在1:20001:10000的的地形图上布置雨水管道系统，地形图上布置雨水管道系统，确定干管和支管系统，确定管道的位置和方向。确定干管和支管系统，确定管道的位置和方向。（2）管网定线：管网定线：在较大比例（在较大比例（1:5001:1000）的）的绘有规范道路的地形图上，确定干绘有规范道路的地形图上，确定干管和支管的准确线路，划分汇水区域，计算汇水面积，进行管网管段和节点的划管和支管的准确线路，划分汇水区域，计算汇水面积，进行管网管段和节点的划分和编号。分和编号。（3）确定管网控制点高程，布置雨水口。确定管网控制点高程，布置雨水口。（4）选定设计数据：暴雨强度公式、降雨重现期、地面集水时间、径流系数和管道选定设计数据：暴雨强度公式、降雨重现期、地面集水时间、径流系数和管道容积系数。容积系数。（5）管道水力计算：确定管段的断面、坡度和高程。管道水力计算：确定管段的断面、坡度和高程。（6）绘制管道平面和高程断面图：绘制管道平面和高程断面图：平面图比例为平面图比例为1:5001:1000，高程断面图的高程，高程断面图的高程比例为比例为1:501:100，长度比例为，长度比例为1:5001:1000。（7）管网构筑物（管道基础、雨水口、窨井、排水出口等）选用和设计。一般优先管网构筑物（管道基础、雨水口、窨井、排水出口等）选用和设计。一般优先采用标准图设计，特殊构筑物需要专门设计。采用标准图设计，特殊构筑物需要专门设计。10.3.5 设计计算例题设计计算例题【例例10.1】某规划区排水系统规划如图某规划区排水系统规划如图10.11所示。所示。已知城市暴雨强度公式为已知城市暴雨强度公式为88.021)77.11()lg95.01(3.2928mttTq（10.13）【解解】（1）采用暗管排水，采用暗管排水，t1=10min，m=2，汇水面积和管道长度均从规划资料，汇水面积和管道长度均从规划资料数据中取得，计算过程详见表数据中取得，计算过程详见表10.8。计算结果。计算结果,管道终点管内底标高为管道终点管内底标高为59.005m，常水位以上常水位以上,洪水位以下。洪水位以下。19结果不变，结果不变，910管段埋深提高管段埋深提高2m，终点管内底标，终点管内底标高为高为61.000m，在洪水位以上。根据计算结果绘制管网纵剖面图如图，在洪水位以上。根据计算结果绘制管网纵剖面图如图10.12示。管示。管段段116、147、178和和209的计算结果满足系统接管要求的计算结果满足系统接管要求,不影响主干管埋不影响主干管埋深。深。城市综合径流系数取城市综合径流系数取C=0.62，河流常水位为，河流常水位为58m，最高洪水位，最高洪水位(50年一遇年一遇)为为61m，设计重现期取设计重现期取T=1a。（1）为了保证城市在暴雨期间排水的可靠性，拟在为了保证城市在暴雨期间排水的可靠性，拟在89管段终点设提升泵站，提管段终点设提升泵站，提升水头为升水头为2m。试进行该雨水排水系统的水力计算。试进行该雨水排水系统的水力计算。（2）在提升泵站处设溢流口与在提升泵站处设溢流口与910管段连接，其管内底标高为管段连接，其管内底标高为61.680m，试校核，试校核在泵站不运行条件下，管网系统的排水能力。在泵站不运行条件下，管网系统的排水能力。图图10.11现考虑现考虑P=0.5a条件下的系统排水能力，水力计算过程详见表条件下的系统排水能力，水力计算过程详见表10.9。管段管段19终点水面标高为终点水面标高为63.588m，高于溢流口底标高（，高于溢流口底标高（61.680m）1.908m。在。在P=0.5a条件下，流入泵站的流量为条件下，流入泵站的流量为2326L/s，与管段，与管段910的满流过水能力的满流过水能力4737L/s之比为之比为Q/Q00.5，经计算，经计算，910管段充满度为管段充满度为h/D0.5，则溢流口水位标高为，则溢流口水位标高为61.6801.800 x0.562.580，与管段，与管段19终点水面标高差为终点水面标高差为63.58862.5801.008m，再加上各检查井处的水头损失（进口和出口），可以安全排水。，再加上各检查井处的水头损失（进口和出口），可以安全排水。当管段当管段12起端水位达到地面时，系统为不发生溢流的极限条件，其上下游水位差起端水位达到地面时，系统为不发生溢流的极限条件，其上下游水位差最大，等于最大，等于65.80063.4802.320m，小于，小于3.315m。所以，该系统在泵站不运行时，处于压力流运行状态，管网不能排除所以，该系统在泵站不运行时，处于压力流运行状态，管网不能排除P1a的降雨径的降雨径流水量，但可以安全排除流水量，但可以安全排除P0.5a的降雨径流水量。的降雨径流水量。根据表根据表10.9可绘制管道纵剖面图可绘制管道纵剖面图10.13。【解解】（2)在泵站不运行时，管网经溢流在泵站不运行时，管网经溢流口向河道排水，溢流口内底标高高于管段口向河道排水，溢流口内底标高高于管段89终点标高终点标高2m，管网在压力流条件下，管网在压力流条件下运行，水力坡度与管道坡度无关。管段运行，水力坡度与管道坡度无关。管段19水力计算的水位落差为水力计算的水位落差为3.315m，在满，在满流条件下，管段流条件下，管段12起端管顶至溢流口起端管顶至溢流口（设管段（设管段910满流）的水位差为满流）的水位差为1.320m,小于小于3.315m，不能正常排出，不能正常排出P=1a的降水的降水径流量。径流量。图图10.11水力计算表水力计算表 表表10.8表表10.9管道纵剖面图管道纵剖面图10.12管道纵剖面图管道纵剖面图10.13雨水管渠设计计算例题雨水管渠设计计算例题o 下图为某居住区部分平面图，地形西高东低，东面有一自南向北的天然河流，河流20年一遇的洪水位为14米，常水位为12米。该城市的暴雨强度公式为，要求布置雨水管道并进行干管的水力计算。10.5.4 10.5.4 旧合流制排水管网改造旧合流制排水管网改造大多数城市中旧的排水管网系统一般都采用完全合流制排水管网系统。随着工业与大多数城市中旧的排水管网系统一般都采用完全合流制排水管网系统。随着工业与城市的发展，造成水体的严重污染，为保护水环境，必须对城市已建旧合流制排水城市的发展，造成水体的严重污染，为保护水环境，必须对城市已建旧合流制排水管网系统进行改造。管网系统进行改造。合流制排水管网的改造，通常有如下几种途径合流制排水管网的改造，通常有如下几种途径：（1 1）改为分流制改为分流制可以完全控制水体污染，是一个比较彻底的改造方法。可以完全控制水体污染，是一个比较彻底的改造方法。在具有下列条件时，可考虑将合流制改造为分流制：在具有下列条件时，可考虑将合流制改造为分流制：住房有完善的卫生设备，便于将生活污水与雨水分流；住房有完善的卫生设备，便于将生活污水与雨水分流；工厂内部可清浊分流，将符合要求的生产污水接入城市污水管道系统，将较清洁的工厂内部可清浊分流，将符合要求的生产污水接入城市污水管道系统，将较清洁的生产废水接入城市雨水管渠系统，或可将其循环使用；生产废水接入城市雨水管渠系统，或可将其循环使用；城市街道有足够的位置增建分流制污水管道，并且不对城市交通造成严重影响。城市街道有足够的位置增建分流制污水管道，并且不对城市交通造成严重影响。（2 2）改造为截流式合流制管网改造为截流式合流制管网保留合流制，修建截流干管，成为截流式合流制排水系统。这种系统的运行情况已保留合流制，修建截流干管，成为截流式合流制排水系统。这种系统的运行情况已如前述。但是，截流式合流制排水系统并没有杜绝污水对水体的污染。溢流的混合如前述。但是，截流式合流制排水系统并没有杜绝污水对水体的污染。溢流的混合污水不仅含有部分旱流污水，而且夹带有晴天沉积在管底的污物。溢流混合污水的污水不仅含有部分旱流污水，而且夹带有晴天沉积在管底的污物。溢流混合污水的污染程度仍然是相当严重的，足以对水体造成局部或全部污染。污染程度仍然是相当严重的，足以对水体造成局部或全部污染。（3 3）对溢流混合污水进行适当处理对溢流混合污水进行适当处理对溢流混合污水进行适当处理，也可增设蓄水池或地下人工水库，将溢流的混合污对溢流混合污水进行适当处理，也可增设蓄水池或地下人工水库，将溢流的混合污水储存起来，待暴雨过后再将它抽送入截流干管进污水厂处理后排放。这样可以较水储存起来，待暴雨过后再将它抽送入截流干管进污水厂处理后排放。这样可以较好地解决溢流混合污水对水体的污染问题。好地解决溢流混合污水对水体的污染问题。（4 4）对溢流混合污水量进行控制对溢流混合污水量进行控制采用透水性路面或没有细料的沥青混合料路面，可削减高峰径流量的采用透水性路面或没有细料的沥青混合料路面，可削减高峰径流量的83，也可采用，也可采用屋面、街道、停车场或公园里为限制暴雨进入管道的临时蓄水塘等表面蓄水措施，屋面、街道、停车场或公园里为限制暴雨进入管道的临时蓄水塘等表面蓄水措施，削减高峰径流量。削减高峰径流量。第第10章结束章结束