排水管网计算课件

第十二章 排水管道的设计计算 污水管道污水管道的设计计算的设计计算 雨水雨水管渠的设计计算管渠的设计计算 截流截流式合流制排水管渠的设计式合流制排水管渠的设计 排水排水管道接口与基础管道接口与基础 排水排水管道平面图和纵剖面图的绘制管道平面图和纵剖面图的绘制污水管道的设计计算污水管道的设计计算v污水管道系统污水管道系统由污水管道及管道系统上的附由污水管道及管道系统上的附属构筑物组成属构筑物组成 v污水管道设计的主要内容污水管道设计的主要内容 v本节内容本节内容 设计管段设计流量的确定设计管段设计流量的确定污水管道的水力计算污水管道的水力计算污水管道的埋设深度污水管道的埋设深度污水管道的衔接污水管道的衔接污水管道设计计算实例污水管道设计计算实例设计管段设计流量的确定设计管段设计流量的确定q设计管段的划分设计管段的划分 q 两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。设计管段的起止点同样的管径和坡度，则称它为设计管段。设计管段的起止点应依次编上号码。应依次编上号码。q设计管段的设计流量的确定设计管段的设计流量的确定 q 如图如图121，每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几，每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量：种流量：本段流量本段流量q1是从本管段沿线街坊流来的污水量；是从本管段沿线街坊流来的污水量；_ 集中流量集中流量q2是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；转输流量转输流量q3是从工业企业或公共建筑流来的污水量。是从工业企业或公共建筑流来的污水量。计算式计算式 污水管段设计流量计算式污水管段设计流量计算式 q1=qsF（12-1）l q1-本段流量，本段流量，L/s；l F-本段服务面积，本段服务面积，ha;l qs-比流量，比流量，L/(sha)。qs=n/86400（12-2）l n-生活污水定额，生活污水定额，L/（人人 d）l -人口密度，人人口密度，人/ha l某一设计管段的设计流量某一设计管段的设计流量qij(L/s)为：为：qij=(q1+q2)Kz+q3（12-3）l Kz-生活污水总变化系数。生活污水总变化系数。污水管道的水力计算污水管道的水力计算v污水管道中的水流情况污水管道中的水流情况 v 假定管道内的水流是均匀流假定管道内的水流是均匀流 v水力计算的基本公式水力计算的基本公式 v采用水力学中有关均匀流理论与公式：采用水力学中有关均匀流理论与公式：l Q=v（12-4）v=（1/n）R2/3 I1/2（12-5）l Q-流量，流量，m3/s；-过水断面面积，过水断面面积，m2；l v-流速，流速，m/s；R-水力半径，水力半径，m；l I-水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）；水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）；l n-管壁粗糙系数（管壁粗糙系数（见表见表12-1）。混凝土和钢筋混凝土污）。混凝土和钢筋混凝土污水管道的管壁粗糙系数一般采用水管道的管壁粗糙系数一般采用0.014，雨水管道一般采用，雨水管道一般采用0.013。v水力计算的设计数据水力计算的设计数据v污水管道的水力计算方法污水管道的水力计算方法水力计算的设计数据水力计算的设计数据v设计充满度设计充满度 l 表表12-2中所列的最大充满度是污水管道中所列的最大充满度是污水管道 l 设计的最大限值。另外最小充满度不宜小于设计的最大限值。另外最小充满度不宜小于0.25。v设计流速设计流速 l 同设计流量、设计充满度相应的管内水流平均速度叫做设计流速。同设计流量、设计充满度相应的管内水流平均速度叫做设计流速。v最小管径和最小设计坡度最小管径和最小设计坡度 在设计流量下，污水管道中的水深在设计流量下，污水管道中的水深h与管道直径与管道直径D的比值称为设计充满度，的比值称为设计充满度，用用h/D表示。当表示。当 h/D=1时称为满流；当时称为满流；当h/D1时称为不满流。在我国按不满流时称为不满流。在我国按不满流设计。设计。最小流速是保证管道内不致发生淤积的流速。根据国内国外经验定为最小流速是保证管道内不致发生淤积的流速。根据国内国外经验定为 0.6m/s。最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。金属：最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。金属：10m/s，非金属非金属5m/s。最小管径和最小设计坡度最小管径和最小设计坡度一般在污水管道的上游部分，设计流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，一般在污水管道的上游部分，设计流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，易堵塞，使养护费用增加。而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用易堵塞，使养护费用增加。而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用相差不多。此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。因此，相差不多。此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。因此，为了养护工作的方便和减小管道的埋深，常有一个最小管径的规定。为了养护工作的方便和减小管道的埋深，常有一个最小管径的规定。相应于管内最小设计流速时的坡度叫做最小设计坡度。相应于管内最小设计流速时的坡度叫做最小设计坡度。表表12-3规定了最小管径及相应的最小设计坡度规定了最小管径及相应的最小设计坡度 最小管径和最小设计坡度最小管径和最小设计坡度 表表12-3 注：注：管道坡度不能满足上述要求时，可酌情减小，但应有防淤、清淤措施。管道坡度不能满足上述要求时，可酌情减小，但应有防淤、清淤措施。在污水管道的上游，由于设计管段服务的排水面积较小。如果某设计管段的设计流量小在污水管道的上游，由于设计管段服务的排水面积较小。如果某设计管段的设计流量小于在最小管径、最小设计坡度、充满度为于在最小管径、最小设计坡度、充满度为0.5时管道通过的流量时，这个管段可以不必进时管道通过的流量时，这个管段可以不必进行详细的水力计算，直接选用最小管径和最小设计坡度，该管段称为不计算管段。在有行详细的水力计算，直接选用最小管径和最小设计坡度，该管段称为不计算管段。在有冲洗水源时，这些管段可考虑设置冲洗井，定期冲洗，以免堵塞。冲洗水源时，这些管段可考虑设置冲洗井，定期冲洗，以免堵塞。污水管道位置最小管径（mm）最小设计坡度街坊和厂区内 街道 200 300 0.004 0.003污水管道的水力计算方法污水管道的水力计算方法在污水管道的水力计算中，已知设计流量在污水管道的水力计算中，已知设计流量Q及管道粗糙系数及管道粗糙系数n，需要求管径需要求管径D、充满度充满度h/D、管道坡度管道坡度I和流速和流速v。在两个方程在两个方程式（式（式式12-4、12-5）中，有四个未知数，因此必须先假定）中，有四个未知数，因此必须先假定2个个求其他求其他2个，这样的数学计算极为复杂。为了简化计算，常采个，这样的数学计算极为复杂。为了简化计算，常采用水力计算图进行计算（见附录用水力计算图进行计算（见附录12-1）。）。附录附录12-1水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系数糙系数n=0.014。每张图适用于一个指定的管径。每张图适用于一个指定的管径。例例 已知已知n=0.014、D=400mm、Q=41L/s、v=0.9m/s，求求I和和 h/D。l 解解 采用采用D=400mm的水力计算图（附录的水力计算图（附录12-1附图附图5）找出找出Q=41L/s的那条竖线和的那条竖线和V=0.9m/s的那条斜线。这两线的的那条斜线。这两线的交点落在代表交点落在代表I=0.0043的那条横线上，的那条横线上，I=0.0043；并落在并落在h/D=0.35与与0.4两条斜线之间，可内插得出两条斜线之间，可内插得出h/D=0.39。表表12-1 排水管渠粗糙系数表排水管渠粗糙系数表 管渠类别粗糙系数（n）管渠类别粗糙系数(n)石棉水泥管、钢管0.012浆砌砖渠道0.015木槽0.0120.014浆砌块石渠道0.017陶土管、铸铁管0.013干砌块石渠道0.0200.025混凝土管、钢筋混凝土管 水泥砂浆抹面渠道 0.0130.014土明渠 包括（带草皮）0.0250.030表表12-2 最大设计充满度最大设计充满度 管径和渠高(mm)最大设计充满度200300 350450 500900 10000.55 0.65 0.70 0.75注：在计算污水管道充满度时，不包括沐浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。污水管道的埋设深度污水管道的埋设深度 在污水在污水管道工程中，土方工程在工程造价中占相管道工程中，土方工程在工程造价中占相当比重。管道的埋设深度愈大，工程造价愈高，施当比重。管道的埋设深度愈大，工程造价愈高，施工期愈长。合理地确定管道埋深对于降低工程造价工期愈长。合理地确定管道埋深对于降低工程造价是十分重要的。在土质较差、地下水位较高的地区，是十分重要的。在土质较差、地下水位较高的地区，若能设法减小管道埋深，对于降低工程造价尤为明若能设法减小管道埋深，对于降低工程造价尤为明显。显。确定确定污水管道埋设深度时，必须考虑下列因素：污水管道埋设深度时，必须考虑下列因素：必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道 必须保证管道不致因为地面荷载而破坏必须保证管道不致因为地面荷载而破坏 必须满足街坊污水管衔接的要求必须满足街坊污水管衔接的要求 v影响污水管道埋设深度的另一个因素是街坊污水管衔接的需要，此值受影响污水管道埋设深度的另一个因素是街坊污水管衔接的需要，此值受建筑物污水出户管埋深的控制。建筑物污水出户管埋深的控制。v从安装技术方面考虑，建筑物污水出户管的最小埋深一般在从安装技术方面考虑，建筑物污水出户管的最小埋深一般在0.50.6m之间，之间，以保证底层建筑污水的排出。所以街坊污水管道的起端埋深最小也应有以保证底层建筑污水的排出。所以街坊污水管道的起端埋深最小也应有0.60.7m,由此值可计算出街道污水管道的最小埋设深度。可由式由此值可计算出街道污水管道的最小埋设深度。可由式12-6计算：计算：l H=h+IL-（Z2-Z1）+h l 即即 H=h+IL+Z1-Z2+h l H-街道污水管道起点的最小埋设深度，街道污水管道起点的最小埋设深度，m；l h-街坊污水管道起点的最小埋设深度，街坊污水管道起点的最小埋设深度，m；l Z1-街道污水管起点检查井处地面标高，街道污水管起点检查井处地面标高，m；l Z2-街坊污水管起点检查井处地面标高，街坊污水管起点检查井处地面标高，m；l I-街坊污水管和连接支管的坡度；街坊污水管和连接支管的坡度；l L-街坊污水管和连接支管的总长度，街坊污水管和连接支管的总长度，m；l h-连接支管与街道污水管的管内底高差，连接支管与街道污水管的管内底高差，m。l l对每一管道来说，从上面三个不同的要求来看，可以得到三个不同的管道埋深。对每一管道来说，从上面三个不同的要求来看，可以得到三个不同的管道埋深。这三个值中，最大的一个即是管道的最小设计埋深。这三个值中，最大的一个即是管道的最小设计埋深。v 污水管道除要考虑上述最小埋深限值外，还要考虑最大埋深的限值。一般在土污水管道除要考虑上述最小埋深限值外，还要考虑最大埋深的限值。一般在土壤干燥的地区，管道的最大埋深不超过壤干燥的地区，管道的最大埋深不超过78；在土质差、地下水位较高的地区，；在土质差、地下水位较高的地区，一般不超过一般不超过5。当管道的埋深超过了当地的最大限度值时应考虑设置排水泵站提。当管道的埋深超过了当地的最大限度值时应考虑设置排水泵站提升，以提高下游管道的设计高程，使排水管道继续向前延伸。升，以提高下游管道的设计高程，使排水管道继续向前延伸。污水管道的衔接污水管道的衔接v管道在衔接时应遵循两个原则：管道在衔接时应遵循两个原则：1.尽可能提高下游管段的高程，以减小尽可能提高下游管段的高程，以减小管道埋深，降低造价；管道埋深，降低造价；2.避免上游管段中形成回水而造成淤积。避免上游管段中形成回水而造成淤积。v管道的衔接方法，主要有水面平接、管顶平接两种，如管道的衔接方法，主要有水面平接、管顶平接两种，如图图12-4所示。所示。v图图12-4 污水管道的衔接污水管道的衔接 v无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游管段终端的水面和管内底标高。管段终端的水面和管内底标高。此外，当管道敷设地区的地面坡度很大时，为此外，当管道敷设地区的地面坡度很大时，为调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小覆土厚度和上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接。覆土厚度和上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接。在旁侧管段与干在旁侧管段与干管交汇处，若旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高大很多时，为保证干管交汇处，若旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高大很多时，为保证干管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。污水管道设计计算实例污水管道设计计算实例v已知条件已知条件 图图12-5为某一个区的街坊平面图。为某一个区的街坊平面图。居住区人口密度为居住区人口密度为350人人/，综合生活污水定额，综合生活污水定额为为100L/（人人）。工厂排除的废水设计流量为）。工厂排除的废水设计流量为25L/。生活污水和经过局部处理后的工业废水生活污水和经过局部处理后的工业废水全部送往污水厂处理。工厂废水排出口的管底全部送往污水厂处理。工厂废水排出口的管底埋深为埋深为2，该市冰冻深度为，该市冰冻深度为1.40。试进行该区污。试进行该区污水管道系统的设计计算（要求达到初步设计深水管道系统的设计计算（要求达到初步设计深度）度）v设计方法和步骤设计方法和步骤v在进行管道的水力计算时应注意的问题在进行管道的水力计算时应注意的问题设计方法和步骤设计方法和步骤在街坊平面图上布置污水管道（如在街坊平面图上布置污水管道（如图图12-6所示）所示）街坊编号并计算其面积（街坊编号并计算其面积（见表见表12-4），并标出各街坊污水排出的方向。），并标出各街坊污水排出的方向。划分设计管段，计算设计流量划分设计管段，计算设计流量管渠材料的选择管渠材料的选择 l 由于生活污水对管材无特殊要求，且管道的敷设条件较好，故在由于生活污水对管材无特殊要求，且管道的敷设条件较好，故在本设计中，本设计中，DN400mm的管道采用混凝土管，的管道采用混凝土管，DN400mm以上的管道以上的管道采用钢筋混凝土管。采用钢筋混凝土管。各管段的水力计算各管段的水力计算 l 在各设计管段的设计流量确定后，便可按照污水管道水力计算在各设计管段的设计流量确定后，便可按照污水管道水力计算的方法，从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。本例的方法，从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。本例为初步设计，只进行主干管和干管的水力计算，其结果见表为初步设计，只进行主干管和干管的水力计算，其结果见表12-6和和表表12-7。绘制管道平面图和纵剖面图（如绘制管道平面图和纵剖面图（如图图12-7所示）。所示）。划分设计管段，计算设计流量划分设计管段，计算设计流量v根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管有本段流量进入的点（一般定为街坊两端）、集管有本段流量进入的点（一般定为街坊两端）、集中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起止中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起止点的检查井并编上号码。如图点的检查井并编上号码。如图12-6所示。所示。v各设计管段的设计流量应列表进行计算。各设计管段的设计流量应列表进行计算。l 本例中，居住区人口密度为本例中，居住区人口密度为350人人/ha，综合污水综合污水定额为定额为100L/（人人d），），则生活污水比流量为：则生活污水比流量为：l qs=（100350）/86400=0.405L/(sha)l 本例中有一个集中流量，在检查井本例中有一个集中流量，在检查井1处进入管处进入管道，设计流量为道，设计流量为25L/s。l 各管段的设计流量计算，见各管段的设计流量计算，见表表12-5。街坊编号12345678910街坊面积(ha)1.211.702.081.982.202.201.432.211.962.04街坊编号11121314151617181920街坊面积(ha)2.402.401.212.281.451.702.001.801.661.23街坊编号2122232425262728街坊面积(ha)1.531.711.802.201.382.042.042.40管段编号居住区生活污水量Q1集中流量设计流量（L/s）本段流量转输流量q2(L/s)合计平均流量(L/s)总变化系数Kz生活污水设计流量Q1(L/s)本段(L/s)转输(L/s)街坊编号街坊面积（104m2）比流量q0(L/s104m2)流量q1(L/s)1234567891011121-2 8-9 9-10 10-2 2-3 3-4 11-12 12-13 13-14 14-4 4-5 5-6 15-16 16-17 17-18 18-6 6-7_ _ _ _ 24 25 _ _ _ _ 26 27 _ _ _ _ 28_ _ _ _ 2.20 1.38 _ _ _ _ 2.04 2.04 _ _ _ _ 2.40_ _ _ _ 0.405 0.405 _ _ _ _ 0.405 0.405 _ _ _ _ 0.405_ _ _ _ 0.89 0.56 _ _ _ _ 0.83 0.83 _ _ _ _ 0.97_ 1.18 2.65 4.07 4.07 4.96 1.64 3.26 4.54 6.33 11.85 12.68 1.78 3.73 5.27 6.69 21.17_ 1.18 2.65 4.07 4.96 5.52 1.64 3.26 4.54 6.33 12.68 13.51 1.78 3.73 5.27 6.69 21.17_ 2.30 2.30 2.30 2.30 2.22 2.30 2.30 2.30 2.19 2.07 2.04 2.30 2.30 2.24 2.18 1.95_ 2.71 6.10 9.36 11.41 12.25 3.77 7.51 10.44 13.86 26.25 27.56 4.09 8.58 11.80 14.58 41.2825 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 25 25 _ _ _ _ 25 25 _ _ _ _ 2525.00 2.71 6.10 9.36 36.41 37.25 3.77 7.51 10.44 13.86 51.25 52.56 4.09 8.58 11.80 14.58 66.28管段编号管道长度L（m）设计流量Q（L/S）管径D（mm)坡度I（）流速（m/s)充满度降落量IL（m）标高（m）埋设深度（m）h/Dh(m)地面水面管内底上端下端上端下端上端下端上端下端12345678910111213141516171-211025.003003.00.700.510.1530.33086.2086.1084.35384.02384.20083.8702.002.232-325036.414002.30.700.440.1760.57586.1086.0583.94683.37183.77083.1952.332.863-417037.254002.70.750.440.1760.45986.0586.0083.37182.91283.19582.7362.863.264-522051.254502.30.750.430.1940.50686.0085.9082.88082.37482.68682.1803.313.725-624052.564502.30.760.440.1980.55285.9085.8082.37481.82282.17681.6242.724.186-724066.285002.20.800.440.2300.52885.8085.7081.80481.27681.57481.0464.234.65在进行管道的水力计算时应注意的问题在进行管道的水力计算时应注意的问题v必须慎重确定设计地区的控制点。必须慎重确定设计地区的控制点。v在地面坡度太大的地区或当地面由陡坡突然变缓时，宜设跌水井。在地面坡度太大的地区或当地面由陡坡突然变缓时，宜设跌水井。v必须细致研究管道敷设坡度与管线经过的地面坡度之间的关系，使确定的管道必须细致研究管道敷设坡度与管线经过的地面坡度之间的关系，使确定的管道坡度在满足最小设计流速的前提下，既不使管道的埋深过大，又便于旁侧支管坡度在满足最小设计流速的前提下，既不使管道的埋深过大，又便于旁侧支管接入。接入。水力计算自上游管段依次下游管段进行，一般情况下，随着设计流量逐水力计算自上游管段依次下游管段进行，一般情况下，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。v水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管段上要严格采用直线，在转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查部在直线管段上要严格采用直线，在转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部水头损失。井可不考虑局部水头损失。在旁侧管与干管的连接点上，要考虑干管的已定埋在旁侧管与干管的连接点上，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管接入。同时为避免旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中深是否允许旁侧管接入。同时为避免旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。的设计流速不应大于干管中的设计流速。初步设计时，只进行干管和主干管的初步设计时，只进行干管和主干管的水力计算。技术设计时要进行所有管道的水力计算水力计算。技术设计时要进行所有管道的水力计算。雨水管渠的设计计算雨水管渠的设计计算v雨水管渠系统设计的必要性雨水管渠系统设计的必要性 v雨水管渠系统的组成及任务雨水管渠系统的组成及任务 v雨水管渠设计的主要内容雨水管渠设计的主要内容 v本节内容本节内容 管段设计流量的确定管段设计流量的确定设计暴雨强度设计暴雨强度q的确定的确定雨水管渠的水力计算雨水管渠的水力计算雨水管渠系统的设计方法和步骤雨水管渠系统的设计方法和步骤雨水管渠设计计算实例雨水管渠设计计算实例排洪沟设计概述排洪沟设计概述管段设计流量的确定管段设计流量的确定 前前已述及雨水设计流量的计算公式，现举例说已述及雨水设计流量的计算公式，现举例说明如何利用该公式来确定管段设计流量。明如何利用该公式来确定管段设计流量。如如图图12-8所示，雨水从各汇水面积上最远点分别所示，雨水从各汇水面积上最远点分别流入雨水口流入雨水口a、b、c、d的地面集水时间均为的地面集水时间均为1，并假设：并假设：1.汇水面积随集水时间的增加而均匀汇水面积随集水时间的增加而均匀增加；增加；2.降雨历时降雨历时t等于或大于汇水面积上最远等于或大于汇水面积上最远点的雨水流达设计断面的集水时间点的雨水流达设计断面的集水时间0；3.径流系径流系数数为定值。为定值。图图12-8 四个街坊雨水管道示意四个街坊雨水管道示意及计算及计算v设计管段设计管段1-2的雨水设计流量的雨水设计流量 l Q1-2=q1F1 (L/s)l q1-管段管段1-2的设计暴雨强度的设计暴雨强度L/(s ha)，相应的降雨历时相应的降雨历时t=1。v设计管段设计管段2-3的雨水设计流量的雨水设计流量 l Q2-3=q2(F1+F2)(L/s)l q2-管段管段2-3的设计暴雨强度的设计暴雨强度L/(s ha)，相应的降雨历时相应的降雨历时t=1+t1-2。v设计管段设计管段3-4的雨水设计流量的雨水设计流量 l Q3-4=q3(F1+F2+F3)(L/s)l q3-管段管段3-4的设计暴雨强度的设计暴雨强度L/(s ha)，相应的降雨历时相应的降雨历时t=1+t1-2+t2-3。v设计管段设计管段4-5的雨水设计流量的雨水设计流量 l Q4-5=q4(F1+F2+F3+F4)(L/s)v q4-管段管段4-5的设计暴雨强度的设计暴雨强度L/(s ha)，相应的降雨历时相应的降雨历时t=1+t1-2+t2-3+t3-4。设计暴雨强度设计暴雨强度q的确定的确定v设计重现期设计重现期P的确定的确定 l 重现期一般选用重现期一般选用0.53.0a，重要干道、重要地区重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般选用或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般选用25a，并应与道路设计协调。对于特别重要地区和次并应与道路设计协调。对于特别重要地区和次要地区可酌情增减。要地区可酌情增减。v设计降雨历时设计降雨历时t的确定的确定 l t=t1+mt2 (12-7)地面集水时间地面集水时间 t1的确定的确定 管渠内雨水流行时间管渠内雨水流行时间t2的确定的确定 折减系数折减系数m的确定的确定 地面集水时间地面集水时间t1的确定的确定 地面集水时间地面集水时间(min)是指雨水从汇水面积上最远点流是指雨水从汇水面积上最远点流到雨水口的地面流行时间。到雨水口的地面流行时间。影响因素有影响因素有地形坡度地形坡度、地面铺砌、地面植被情况、地面铺砌、地面植被情况、距距离长短离长短等。在工程实践中，此值通常不予计算，一般采等。在工程实践中，此值通常不予计算，一般采用用515min。按照经验，一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口按照经验，一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置较密的地区，宜采用较小值，取布置较密的地区，宜采用较小值，取t1=58min。反之，反之，取取t2=1015min。在设计工作中，应结合当地具体条件，合理的选定在设计工作中，应结合当地具体条件，合理的选定t1值。值。管渠内雨水流行时间管渠内雨水流行时间t2的确定的确定 t2是指雨水在管渠内的流行时间是指雨水在管渠内的流行时间 l t2=L/（60v）(12-8)l t2-管渠内雨水流行时间，管渠内雨水流行时间，min；l L-各设计管段的长度，各设计管段的长度，m；l v-各设计管段满流时的流速，各设计管段满流时的流速，m/s；l 60-单位换算系数。单位换算系数。折减系数的折减系数的m确定确定v折减系数折减系数m的提出原因的提出原因 雨水管渠按满流设计，但降雨时，管渠中的水流并非一开雨水管渠按满流设计，但降雨时，管渠中的水流并非一开始就达到设计流速，而是随着降雨历时的增长逐渐达到设始就达到设计流速，而是随着降雨历时的增长逐渐达到设计流速的。这样按式（计流速的。这样按式（12-8）算出的管渠流行时间）算出的管渠流行时间t2将比实将比实际时间偏小。际时间偏小。各管段的最大流量不大可能在同一时间发生。当任一管段各管段的最大流量不大可能在同一时间发生。当任一管段出现设计流量时，其他管段不一定都是满流，管渠内有一出现设计流量时，其他管段不一定都是满流，管渠内有一部分空隙容量，可设想利用该空隙容量暂时贮存一部分雨部分空隙容量，可设想利用该空隙容量暂时贮存一部分雨水，起到调蓄管段内最大流量的作用，从而削减其高峰流水，起到调蓄管段内最大流量的作用，从而削减其高峰流量。为了利用管道的这种调蓄能力，应使管内水流实际流量。为了利用管道的这种调蓄能力，应使管内水流实际流速低于设计流速，故要延缓管内流行时间速低于设计流速，故要延缓管内流行时间t2.v考虑到以上两个原因，在设计降雨历时计算时引入了折减系数考虑到以上两个原因，在设计降雨历时计算时引入了折减系数m，延缓了管内流行时间，使之更接近于实际情况，并达到折延缓了管内流行时间，使之更接近于实际情况，并达到折减管段设计流量，减小管渠断面尺寸的目的，减管段设计流量，减小管渠断面尺寸的目的，规范规定：暗管规范规定：暗管m=2，明渠明渠m=1.2，在陡坡地区的暗管在陡坡地区的暗管m=1.22。雨水管渠的水力计算雨水管渠的水力计算 水力计算的基本公式水力计算的基本公式 Q=v（12-9）v=（1/n）R2/3 I1/2（12-10）水力计算的设计数据水力计算的设计数据 水力计算的方法水力计算的方法 雨水管渠水力计算仍按均匀流考虑，其水力计算公式雨水管渠水力计算仍按均匀流考虑，其水力计算公式与污水管道相同：与污水管道相同：水力计算的设计数据水力计算的设计数据为使雨水管渠正常工作，避免发生淤积、冲刷等现象，对雨水管渠水力计为使雨水管渠正常工作，避免发生淤积、冲刷等现象，对雨水管渠水力计算的设计数据作如下规定：算的设计数据作如下规定：设计充满度设计充满度 l 按满流考虑，即按满流考虑，即h/D=1。明渠则应有不小于明渠则应有不小于0.20m的超高。的超高。设计流速设计流速 l 规范规定满流时管道的最小设计流速为规范规定满流时管道的最小设计流速为0.75m/s；明渠最小设计流速明渠最小设计流速为为0.4m/s。雨水管渠的最大设计流速为：金属管道为雨水管渠的最大设计流速为：金属管道为10m/s；非金属管道为非金属管道为5m/s；明明渠按渠按表表12-8采用。采用。最小管径和最小设计坡度最小管径和最小设计坡度 l 雨水管道的最小管径为雨水管道的最小管径为300mm，相应的最小坡度为相应的最小坡度为0.003；雨水口连接；雨水口连接管的最小管径为管的最小管径为200mm，相应的最小坡度为相应的最小坡度为0.01。最小埋深和最大埋深最小埋深和最大埋深 l 在冰冻地区，雨水管道正常使用是在雨季，冬季一般不降雨，若该地在冰冻地区，雨水管道正常使用是在雨季，冬季一般不降雨，若该地区使雨水管内不贮留水，且地下水位较深时，其最小埋深可不考虑冰冻影区使雨水管内不贮留水，且地下水位较深时，其最小埋深可不考虑冰冻影响，但应满足最小覆土厚度的要求。其他具体规定同污水管道。响，但应满足最小覆土厚度的要求。其他具体规定同污水管道。水力计算的方法水力计算的方法在实际计算中，通常根据式在实际计算中，通常根据式12-9、12-10制成的水力计算图（见附录制成的水力计算图（见附录12-1附图附图13），按满流计算。），按满流计算。在工程设计中，通常在选定管材后，为已知数，设计流量在工程设计中，通常在选定管材后，为已知数，设计流量Q也是经也是经计算后求得的已知数，剩下三个未知数计算后求得的已知数，剩下三个未知数D、v和和I。在实际应用水力在实际应用水力计算图时，可参照地面坡度假定管底坡度计算图时，可参照地面坡度假定管底坡度I，查水力计算图求得查水力计算图求得D和和v值，并使所求得的值，并使所求得的D、v和和I各值符合水力计算设计数据的规定。各值符合水力计算设计数据的规定。l 例题例题已知已知n=0.013，设计流量设计流量Q=200L/S，该管段处的地面坡度为该管段处的地面坡度为0.004，试计算该管段的管径，试计算该管段的管径D、流速流速v和管底坡度和管底坡度I。l 解解 设计采用设计采用n=0.013的满流水力计算图的满流水力计算图(附录附录12-1附图附图13)。l 设采用设采用D=400mm，则将则将Q=200L/s的竖线与的竖线与D=400mm的斜线相的斜线相交，该交点处的交，该交点处的I=0.0092、v=1.60m/s。此结果此结果v符合设计规定，而符合设计规定，而I与地面坡度相差较大，势必增大管道的埋深，不宜采用。与地面坡度相差较大，势必增大管道的埋深，不宜采用。l 若采用若采用D=500mm时，将时，将Q=200L/s的竖线与的竖线与D=500mm的斜线相交，的斜线相交，该交点处的该交点处的I=0.0028、V=1.02m/s。此结果合适，故采用。此结果合适，故采用。雨水管渠系统的设计方法和步骤雨水管渠系统的设计方法和步骤v设计前要收集相关资料，然后，根据具体情况进行设计。一设计前要收集相关资料，然后，根据具体情况进行设计。一般雨水管道的设计方法和步骤如下：般雨水管道的设计方法和步骤如下：v划分排水流域，进行管道定线划分排水流域，进行管道定线 v划分设计管段划分设计管段 v确定各设计管段的汇水面积确定各设计管段的汇水面积 v确定各排水流域的径流系数确定各排水流域的径流系数 v确定设计重现期确定设计重现期P和地面集水时间和地面集水时间t1 v求单位面积径流量求单位面积径流量q0(L/(sha)即：即：l q0=q=167A1(1+cP)/(t1+mt2+b)n (12-11)v管渠材料的选择管渠材料的选择 v雨水管道的水力计算雨水管道的水力计算 v绘制雨水管道的平面图和纵剖面图绘制雨水管道的平面图和纵剖面图 雨水管道设计计算实例雨水管道设计计算实例q题意题意图图12-10为某区一部分街坊的雨水管道布置平面图，该街区采为某区一部分街坊的雨水管道布置平面图，该街区采用暗管排除雨水。该市的暴雨强度公式为用暗管排除雨水。该市的暴雨强度公式为 l Q=500(1+1.38P)/t0.65 L/(sha)l ，重现期采用重现期采用1a。各类地面面积见各类地面面积见表表12-9。管道起点处地面集水管道起点处地面集水时间为时间为8.5min。管道起点埋深管道起点埋深 1.40m。试进行雨水干管的水力计算。试进行雨水干管的水力计算。q解解本例设计管段的划分如图本例设计管段的划分如图12-10所示。将设计管段的检查井依次所示。将设计管段的检查井依次编上号码，各检查井的地面标高见编上号码，各检查井的地面标高见表表12-10。每一设计管段的长度。每一设计管段的长度在在200mm以内为宜，各设计管段的长度见以内为宜，各设计管段的长度见表表12-11。每一设计管段。每一设计管段所承担的汇水面积可按就近排入附近雨水管道的原则划分。将每块所承担的汇水面积可按就近排入附近雨水管道的原则划分。将每块汇水面积的编号、面积数、雨水流向标注在图中（见图汇水面积的编号、面积数、雨水流向标注在图中（见图12-10）。）。表表12-12为各设计管段的汇水面积计算表。为各设计管段的汇水面积计算表。l 平均径流系数平均径流系数av=(Fii)/F=(2.560.90+1.440.90+0.80 0.15+0.60 0.30)/5.40=0.717 l 本设计的雨水管道管径小于本设计的雨水管道管径小于400mm采用圆形断面的混凝土管，采用圆形断面的混凝土管，管径大于管径大于400mm采用钢筋混凝土管，采用钢筋混凝土管，n值取值取0.013。l 水力计算结果见水力计算结果见表表12-13。表表12-9 街坊及街道各类面积街坊及街道各类面积 地面种类面积Fi（ha）采用i屋面 沥青路面 草地 土路面2.56 1.44 0.80 0.600.90 0.90 0.15 0.30合计5.400.717表表12-10 图图12-10中地面标高汇总表中地面标高汇总表 检查井编号地面标高（m）1 2 3 4 5 6186.700 186.630 186.560 1860550 186.530 186.500表表12-11 图图12-10中管道长度汇总表中管道长度汇总表 管段编号管段长度（m）1-2 2-3 3-4 4-5 5-675 150 83 150 125表表12-12 汇水面积计算表汇水面积计算表 设计管段编号本段汇水面积编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）1-2 2-3 3-4 4-5 5-61 3、8 10、11 14 00.45 0.925 0.40 0.475 00 0.45 2.275 3.35 5.400.45 1.375 2.675 3.825 5.40设计管段编号管长L(m)汇水面积F(ha)管内流行时间(min)单位面积径流量q0(L/sha)设计流量Q(L/s)管D(mm)坡度I()t=（L/60v）本段L/60v1234567891-2 2-3 3-4 4-5 5-675 150 83 150 1250.45 1.375 2.675 3.825 5.400 1.67 4.80 6.53 9.031.67 3.13 1.73 2.50 2.0889.2 71.9 54.6 48.7 42.540.1 98.9 146.1 186.3 229.5300 400 500 500 6003 2.3 1.75 2.7 2.1流速(m/s)管道输水能力Q(L/S)坡降IL(m)设计地面标高(m)设计管内底标高(m)埋深(m)起点终点起点终点起点 终点1011121314151617180.75 0.80 0.80 1.00 1.0052 100 160 200 2800.225 0.345 0.145 0.428 0.263186.700 186.630 1860560 1860550 1860530186.630 186.560 186.550 186.530 186.500185.300 184.975 184.530 184.385 183.857185.075 184.630 184.385 183.957 183.9541.40 1.66 2.03 2.17 2.671.56 1.93 2.17 2.57 2.91q0=500(1+1.381)/(8.5+2t2)0.65 0.717=358.5/(8.5+2t2)0.65 L/(sha)NoImage排水管道平面图和纵剖面图的绘制排水管道平面图和纵剖面图的绘制 平面图和纵剖面图是排水管道设计的主要组成部分。污水管道设计和雨水管道平面图和纵剖面图是排水管道设计的主要组成部分。污水管道设计和雨水管道设计均应绘制相应的管道平面图和纵剖面图，二者在绘制要求上基本上是一致的。设计均应绘制相应的管道平面图和纵剖面图，二者在绘制要求上基本上是一致的。v平面图的绘制平面图的绘制 l 平面图是管道的平面布置图，应反映出管道的总体布置和流域范围，不同设计平面图是管道的平面布置图，应反映出管道的总体布置和流域范围，不同设计阶段的平面图，其要求的内容也不同。阶段的平面图，其要求的内容也不同。l 初步设计阶段，一般只绘出管道平面图。采用的比例尺通常为初步设计阶段，一般只绘出管道平面图。采用的比例尺通常为1/50001/10000，图上应有地形、地物、河流、风向玫瑰或指北针等。图上应有地形、地物、河流、风向玫瑰或指北针等。l 技术设计（或扩大初步设计）和施工图设计阶段，采用的比例尺通常为技术设计（或扩大初步设计）和施工图设计阶段，采用的比例尺通常为1/5001/5000，图上内容除反映初步设计的要求外，要求更加具体、详尽。，图上内容除反映初步设计的要求外，要求更加具体、详尽。v纵剖面图的绘制纵剖面图的绘制 l 纵剖面图是管道的高程布置图，应反映出管道沿线的高程位置，它和平面图是纵剖面图是管道的高程布置图，应反映出管道沿线的高程位置，它和平面图是相互对应的。初步设计一般不绘制剖面图。相互对应的。初步设计一般不绘制剖面图。l 在剖面图的下方要画一表格在剖面图的下方要画一表格 l 纵剖面图的比例尺，常采用横向纵剖面图的比例尺，常采用横向1/5001/2000，纵向，纵向1/501/200。v图图12-24为某市污水管道扩大初步设计阶段的部分管道的平、剖面图，设计时可做为某市污水管道扩大初步设计阶段的部分管道的平、剖面图，设计时可做参考参考 v除管道的平、剖面图外，技术设计和施工图设计中，还应包括管道附属构筑物的详除管道的平、剖面图外，技术设计和施工图设计中，还应包括管道附属构筑物的详图、管道交叉点特殊处理的平、剖面图等。附属构筑物可在给水排水标准图集中图、管道交叉点特殊处理的平、剖面图等。附属构筑物可在给水排水标准图集中选用。选用。