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第十章 雨水管网设计与计算雨水管渠系统特点：径流量大、流量变化大、满流雨水管渠系统组成：雨水口、雨水管渠、检查井、出水口雨水管渠系统设计步骤：资料收集，确定暴雨强度公式划分排水流域，进行管道定线水力计算绘制管渠平面图及剖面图一、雨量分析与暴雨强度公式雨量分析的要素 降雨量：指降雨的绝对量，用降雨深度（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha）表示。年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中降雨量最大 一日的绝对量雨量分析的要素 降雨历时：是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部 降雨的时间，也可以指其中个别的连续时 段。用t表示，单位为min或h 暴雨强度：是指某一连续降雨时段内的平均降雨量，即单位时间的平均降雨深度，用i（mm/min）表示；在工程上，常用单位时间内单位面积 上的降雨体积q（L/s.公顷）表示 q=167i 雨量分析的要素 降雨面积：指降雨所笼罩的面积 汇水面积：指雨水管渠汇集雨水的面积 降雨的频率：是指等于或大于某值的暴雨强度出现的 次数m与观测资料总项数n之比的百分数 降雨的重现期：是指等于或大于某值的暴雨强度出现 一次的时间间隔 一、雨量分析与暴雨强度公式(续1)暴雨强度公式式中：q设计暴雨强度，L/s.公顷；P设计重现期，年；t降雨历时，min；A1,c,b,n地方参数，根据统计方法进行确定。二、雨量管渠设计流量的确定雨水管渠设计流量计算公式式中：Q雨水设计流量，L/s；径流系数，其数值小于1；F汇水面积，公顷；q设计暴雨强度，L/s.公顷。二、雨量管渠设计流量的确定(续1）极限强度法从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间 At1t2t3BCDEFG极限强度法，即承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨历时呈正比，而且汇水面积的增长速度更快，因此只有当降雨历时等于集流时间时，全部面积参与径流，产生最大径流量 二、雨量管渠设计流量的确定(续2）雨水管段设计流量计算举例ABC1234二、雨量管渠设计流量的确定(续3）径流系数指径流量与降雨量的比值。径流量指进 入雨水管渠部分的雨水。(P74)设计重现期P在一般地区采用0.5-1年，重要地区采用 2-5年。(P75)二、雨量管渠设计流量的确定(续4）集水时间t的确定t=t1+mt2式中：t1地面集水时间；m 折减系数；t2雨水在管道内流行时间。地面集水时间t1一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区，t1可采用5-8min;在建筑密度小、地形平坦、雨水口稀疏的地区，t1可取10-15min。雨水在管道内流行时间t2式中：L各管段的管长，m；v各管段满流时的水流速度，m/s。折减系数m雨水在管道内的实际流行时间与计算得出的流行时间不符，需要采用一个系数进行修正，此系数叫折减系数引入折减系数的原因有二：一是雨水管道内不总是满流，按满流计算的流行时间小于雨水实际的流行时间；二是雨水管道的最大流量不大可能在同一时间发生，上游管道存在调蓄容积二、雨量管渠设计流量的确定(续）雨水径流量的调节（P82）设置调节池 溢流堰式底部流槽式三、雨量管渠系统的设计和计算雨水管渠系统平面布置的原则和要求充分利用地形，就近排入水体根据城市规划布置雨水管道合理设置雨水口，保证路面雨水排除畅通明渠与暗渠相结合设置排洪沟排除设计区外的雨水或洪水三、雨量管渠系统的设计和计算(续1)雨水管渠水力计算的设计数据设计充满度：按满流设计，h/D=1设计流速：最小流速0.75m/s,最大流速10m/s（金属管），5m/s（非金属管）最小管径和最小设计坡度：雨水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.01 三、雨量管渠系统的设计和计算(续2)雨水管渠水力计算的方法由于h/D=1，故只需确定Q、D、v、I值。Q值可经过计算求得，然后选定D值，即可查表求得v、I值 三、雨量管渠系统的设计和计算(续3)雨水管渠系统的设计步骤和水力计算（1）收集、分析资料，划分排水流域、进行管道定线。（2）划分设计管段。注意：注意：不宜划分过多；管径增长要连续；划分要从密到疏。（3）划分并计算汇水面积。汇水面积包括绿地、街道等。（4）计算平均径流系数。一般经验值为：城市0.50.8；郊区0.40.6。（5）确定重现期P、地面集水时间t1。（6）计算单位面积径流量q0。（7）计算各管段的设计流量，并求出Q、D、v、I及埋深等。（8）三、雨量管渠系统的设计和计算(续4)雨水管渠系统设计计算举例 已知某居住区平面图.地形西高东低,东面有一自南向北流的河流,河流常年洪水位14m,常水位12m.该市的暴雨强度公式给定.要求布置雨水管道并进行干管的水力计算.三、雨量管渠系统的设计和计算(续5)立体交叉道路排水 设计时注意问题尽量缩小汇水面积,以减少设计流量注意地下水的排除排水设计标准高于一般道路雨水口布设的位置要便于拦截径流管道布置及断面选择对于立交地道,最低点低于地下水位时,应采取排水或降低地下水的措施四、排洪沟的设计与计算防洪设计标准:为了准确合理地拟定工程规模而选 定的计算洪峰流量的标准,称为防洪设计标准.(见p100.)设计洪峰流量的计算 洪水调查法 推理公式法 经验公式法排洪沟的设计要点 排洪沟布置应与厂区总体规划密切配合,统一考虑 排洪沟尽可能利用原有山洪沟,必要时可作适当休整 排洪沟应尽量利用自然地形坡度 排洪沟采用明渠和暗渠相结合 排洪沟平面布置基本要求(1)进口(2)出口(3)联接段 排洪沟纵坡的确定排洪沟断面形式材料排洪沟最大流速规定排洪沟的水力计算水力计算公式为:A=Bh+mh2x=B+2h(1+m2)1/2梯形断面A=Bhx=B+2h矩形断面排洪沟的设计计算举例见p105.排水管网水力计算软件介绍 检查井编号说明 数据文件编写 计算软件使用介绍（1）划分管段进行编号（同一端点可有不同的编号），计算汇流面积，形成数据文件。（2）数据单位：长度米，管径毫米，水量升/秒，流速米/秒，面积平方公顷。检查井编号及数据单位数据文件编写输入数据顺序：管段编号管长人口密度污水量标准汇流面积转输流量集中流量地面标高终点地面标高起始点埋深冰冻线深度最小流速700 800计算软件使用介绍雨水管网水力计算软件介绍输入数据顺序：A1(4.17)b(0.00)C(0.68)m(2.0)n(0.60)冰冻线深度 管段编号 管长汇水面积 地面标高 重现期 径流系数()终点地面标高 起始点埋深 地面集水时间（t1）最小流速 700 800第四部分第四部分 合流制管渠系统的设计合流制管渠系统的设计合流制管渠系统 是指在同一管渠内排除生活污水、工业废水和雨水的管渠系统.合流制管渠系统特点 结构简单，管渠总长度小 与分流制相比，截流干管管径大，泵站和污水处理厂规模大 雨天径流时，部分生活污水也溢流到水体，造成一定程度的污染 晴天时，管渠内流量小，流速低，易淤积 合流制管渠系统的使用条件 排水区域内有水源充沛的水体，足够大的环境容 量，使污染程度控制在允许范围之内 街道比较完善，必须采用暗管排除雨水，而街道又 比较狭窄，管渠的设置位置受到限制时，可以考虑 采用合流制 合流制管渠布置时注意问题 管渠的布置应能使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理地排入管渠，并尽可能以最短距离坡向水体 截流干管与水体平行布置，在适当位置设置溢流井 合理控制溢流井的数目和位置 在上游，尽量利用边沟排除雨水 合流制排水管渠的设计流量 第一个溢流井上游管渠设计流量式中：Qs生活污水设计流量 Qi工业废水设计流量 Qr雨水设计流量 分别为生活污水和工业废水的平均流量。称为旱流流量Qf 溢流井下游管渠的设计流量 式中:n0截流倍数 Q1溢流井下游排水面积上的雨水设计流量 Q2溢流井下游排水面积上的生活污水平均 流量与工业废水最大班平均流量之和 截流倍数 n0溢流井后，不从溢流井泄出的雨水量，通常按旱流流量的指定倍数计算，该指定倍数称为截流倍数n0 我国室外排水设计规范规定采用n0 为15工程实际中，我国多数城市都采用n0=3美国、日本等多采用n0=35合流制排水管渠的水力计算要点 按满流进行设计 重现期应适当放大，因为混合污水有污染 应合理确定截流倍数n0 溢流井形式 截流槽式 溢流堰式 跳跃堰式 合流制排水管渠设计计算举例 城市旧合流制排水管渠系统的改造 改合流制为分流制 改为截流式合流 对溢流的混合污水量进行控制 第五部分 排水管渠及附属构筑物 排水管渠的断面形式要求 静力学上，具有一定的抗荷载能力，坚固稳定，抗压抗折，不破裂、不变形 水力学上，尽可能大的排水能力，不淤积，不沉淀 经济上，造价低 管理维护上，便于疏通、清洗 排水管渠的断面形式 圆形半椭圆形马蹄形水力特性好排水能力大抗压能力强便于预制节省材料 抗压能力强节省材料用于污水流量大且变化小管径大于2m 高度小于宽度可减小埋深造价低、易淤积适用大流量、变化小、出水位置受限制 排水管渠的断面形式 矩形水力条件差可现场预制适用于排洪沟等明渠或路面狭窄地区 梯形只适用于明渠 蛋形下部窄流量小时流速也较大不淤积清通养护方便 排水管渠材料的要求 具有一定的强度，抗压抗折 抗冲刷、耐磨损 有抗腐蚀，浸蚀能力 不透水 内壁光滑、阻力小 货源充足、价格便宜 常用的排水管渠 混凝土和钢筋混凝土管陶土管金属管砖石浆砌或钢混大型管渠石棉水泥管其他管渠,包括木管,竹管,塑料管,玻璃钢管等(1)混凝土和钢筋混凝土管 优点：制造方便，成本低，抗压能力强，适用于大管径 缺点：抗酸、碱和浸蚀能力低；抗渗透性能低；管节 短，接头多，施工困难；重量大，搬运不便 承插式企口式平口式(2)陶土管特点：内外壁光滑；不透水性能好，耐磨损、抗腐蚀；强度低，抗压抗折能力差，管径较小，一般在300mm以下适用条件：居民区室外排水管、工业废水中(3)金属管(钢管 和铸铁管)特点：成本高，较少采用；抗高压、抗渗透能力强；内壁光滑，阻力小；长度大，接头少；抗酸、碱腐蚀和抗地下水浸蚀能力低，需作防腐处理适用条件：震区，对渗透要求高的地区 特点：现场浇筑，抗压、抗震、抗腐蚀能力强，无法预制适用条件：大管径，管径大于2.0m(4)砖石浆砌或钢混大型管渠(5)石棉水泥管特点：表面光滑、不透水；抗腐蚀性强；重量轻；质脆，易折断，不耐磨损(6)其他管渠:木,竹,塑料,玻璃钢等管渠材料的选择管渠材料应尽可能就地取材，便于供应和运输考虑管材的造价根据输送水质情况，进行比较选择考虑管材的适用条件排水管渠接口的要求 足够的强度 不透水 抗腐蚀、浸蚀 具有一定的弹性 排水管渠接口的分类柔性接口：允许有3-5mm的纵向交错或较小的角度。适用于地基 软硬不一、受力不均匀，震区等地。但施工复杂，造 价高。如沥青卷材、橡胶圈刚性接口：不允许有相对的位移。适用于地基条件好的地区，施 工简单，应用广泛，如水泥砂浆接口半柔半刚性接口：介于柔性和刚性之间，如石棉水泥接口 排水管渠基础的组成管道管座基础垫层地基排水管渠基础的种类砂土基础 适用于土壤条件非常好、无地下水的地区，管道直径小于600mm，管顶覆土厚度在0.7-2.0m之间的管道，不在车行道下的次要管道及临时性管道。混凝土枕基 建在管道接口处。适用于土壤条件较好、无地下水的地区，是一局部基础。混凝土带形基础 沿管道全长敷设。适用土壤条件差、震区、重要管道处。按管座的形式，分为90度、135度、180度三种管座基础 排水管渠附属构筑物-雨水口雨水口的作用:收集雨水的构筑物雨水口的组成进水箅:通常为铸铁制，也有混凝土制。一般一个平箅雨水口可排泄1520L/s的地面径流量。进水箅设在道路交叉口、低洼地、路侧边沟等处，间距2550m 井筒:通常采用砖砌结构，或钢筋混凝土浇制，深度小于1.0m。其形式有带沉泥井的和不带沉泥井的两种 连接管:连接管的管径大于200mm，坡度大于0.01，长度小于25m。在同一连接管上雨水口的个数不多于3个 排水管渠附属构筑物-检查井 为了便于对管道进行检查和清通，必须设置检查井。检查井一般设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变、跌水等处以及相隔一定距离的直线管渠上 检查井的组成井底:基础为卵石、碎石或混凝土浇筑，井底为半圆形或弧形，水力条件好，减小阻力 井身:砖砌结构，水泥砂浆抹面。通常为圆形，在大管径交汇处，可用矩形、扇形 井盖:为铸铁或混凝土制。为防止雨水流入，通常高于地面 排水管渠附属构筑物-倒虹管 穿越河流、洼地、铁路、地下构筑物时，需按下凹的折线方式敷设管道，称为倒虹管。倒虹管由进水井、下行管、平行管、上行管和出水井组成 倒虹管设计时注意事项 进水井应设事故排出口，堵塞时污水有出路 倒虹管与河流等障碍物尽量垂直布置，减小距离 倒虹管布置时，一般并列设置两条 倒虹管与河床底的垂直距离不小于0.5m防止倒虹管淤积措施 设计流速规定为1.21.5m/s，最小不能小于0.9m/s 在进水井设置冲洗措施，冲洗流速大于1.2m/s 进入进水井前，应设置沉积槽 上行与下行管与水平夹角不应大于30度 最小管径为200mm 在进水井中设置闸门，以调节流量 在虹吸管内设置防沉装置
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