雨水管网设计与计算

第 10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 线确 定 设 计 参 数 、 进 行 水 力 计 算 绘 制 管 渠 平 面 图 及 剖 面 图 一 、 雨 量 参 数 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10.1 雨 水 分 析 与 暴 雨 强 度 公 式 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 （ 降 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=167 i 一 、 雨 量 参 数 降雨量和降雨历时 可以表示任何一场暴雨的降雨过程。瞬时暴雨强度最大平均暴雨强度 降 雨 面 积 ： 指 降 雨 所 笼 罩 的 面 积 。 汇 水 面 积 (F) ： 指 雨 水 管 渠 汇 集 雨 水 的 面 积 。 降 雨 的 频 率 （ Pn)： 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 (P)： 是 指 等 于 或 大 于 某 值 的 暴 雨 强 度 出现 一 次 的 时 间 间 隔 。 P=1/Pn %1001 NMmP n %1001 NmPn年 频 率次 频 率 一 、 雨 量 参 数 二 、 暴 雨 强 度 公 式 （ 雨 量 公 式 ） 室 外 排 水 设 计 规 范 规 定 ， 在 编 制 暴 雨 强 度 公 式 时 必须 具 有 10年 以 上 自 记 雨 量 记 录 。 在 自 记 雨 量 记 录 纸 上 ，按 降 雨 历 时 为 5、 10、 15、 20、 30、 45、 60、 90、120min， 每 年 选 择 6-8场 最 大 暴 雨 记 录 ， 计 算 暴 雨 强 度 i值 。 将 历 年 个 历 时 的 暴 雨 强 度 按 大 小 次 序 排 列 ， 且 不 论年 次 选 择 年 数 的 3 4倍 的 最 大 值 最 为 统 计 的 基 础 资 料 。 30年，每年4组共120组%1001211 nP 304121P %1001216 nP 564121 P 暴 雨 强 度 公 式 nbt PcAq )( )lg1(167 1 式 中 ： q 设 计 暴 雨 强 度 ， L/s.公 顷 （ 以 上 表 中 i， q=167i） ； P 设 计 重 现 期 ， 年 ； t 降 雨 历 时 ， min； A 1,c,b,n 地 方 参 数 ， 根 据 统 计 方 法 进 行 确 定 。表4-5 我国十大城市雨量公式表 10.2 雨 水 管 网 设 计 流 量 计 算1、 雨 水 管 渠 设 计 流 量 计 算 公 式qAqv 式 中 ： qv 雨 水 设 计 流 量 ， L/s； 径 流 系 数 ， 其 数 值 小 于 1； A 汇 水 面 积 ， 公 顷 ； q 设 计 暴 雨 强 度 ， L/s.公 顷 。确 定 q v-q（ P， t） 地 面 点 上 产 流 的 过 程 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 F集流时间集流点（如雨水口）流 域 上 汇 流 过 程 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 。 雨 水 管 段 设 计 流 量 计 算 举 例设雨水从最远点分别流入雨水口所需的集水时间均为1 。 121 .qFQ A 232 ).( qFFQ BA 343 ).( qFFFQ CBA q1 降雨历时t=1的暴雨强度(L/s. 104m2 )q2 降雨历时t=1+t1-2的暴雨强度q3 降雨历时t=1+ t1-2 + t2-3的暴雨强度 2、 径 流 系 数 的 确 定指 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 。FF ii av .Fi汇水面积上各类地面的面积（104m2）i相应各类地面的径流系数 F全部汇水面积（104m2） 例： 地 面 种 类面积Fi（104m2）采用值i 屋 面1.2 0.9 沥青道路及人行道0.6 0.9 圆 石 路 面0.6 0.4 非铺砌土路面0.8 0.3 绿 地0.8 0.15 合 计4 0.555 555.04 15.08.03.08.04.06.09.06.09.02.1 av 某 小 区 典 型 街 坊 各 类 面 积一般市区综合径流系数0.50.8，郊区0.40.6。 3、 设 计 重 现 期 P的 确 定在 一 般 地 区 采 用 0.5-1年 ， 重 要 地 区 采 用 2-5年 。 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(min)602 vLt 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 m变化范围1.82.2，我国室外排水设计规范建议：暗管m=2，明渠m=1.2。t=t 1+2t2 雨 水 管 网 设 计 流 量 计 算 Fbmtt PcAQ n .)( )lg1(167 21 1 Q雨 水 设 计 流 量 （ L/s）径 流 系 数 ， 其 数 值 小 于 1F汇 水 面 积（104m2） q设 计 暴 雨 强 度 （ L/s 104m2 ）P设 计 重 现 期 （ a）t 1地 面 集 水 时 间 （ min）t2管 渠 内 雨 水 流 行 时 间m折 减 系 数A1、 c、 b、 n地 方 参 数 第二节雨水径流量的调节 溢流堰式 流槽式 泵汲式 第三节城镇雨水沟道的设计 因雨水泵站投资、用电量都很大，尽量避免设置雨水泵站。因明沟造价低，考虑采用明沟。在建筑物密度较高、交通繁忙的地区，可采用加盖明沟。利用地形，就近排放地面水体，降低造价。尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水沟道的设置。一、雨水沟道设计的原则 二 、 雨 水 沟 道 水 力 学 设 计 的 准 则设 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 管 段 衔 接 ： 一 般 用 管 顶 平 接 ， 当 条 件 不 利 时 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 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 例 ： 已 知 n=0.013， 设 计 流 量 Q=200L/s， 地 面 坡 度 i=0.004,试 计 算该 管 段 的 管 径 D,管 底 坡 度 I及 流 速 v。解：采用n=0.013的水力计算图。横坐标找到Q=200L/s，纵坐标找到i=0.004，两线交于A点，得到v=1.17m/s,符合规定;而D界于400500mm之间。采用D=400mm时, i=0.0092, v=1.60m/s。I与地面坡度相差太大。采用D=500mm时, i=0.0028, v=1.02m/s。结果合适。 四 、 设 计 步 骤（ 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 ： 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。 qFqFFQq 0（ 7） 计 算 各 管 段 的 设 计 流 量 ， 并 求 出 Q、 D、 v、 I及 埋 深 等 。（ 8） 绘 制 图 纸 。 包 括 平 面 图 和 剖 面 图 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 式要 求 布 置 雨 水 管 道 并 进 行 干 管 的 水 力 计 算 .65.0 )lg38.11(500 t Pq 河流 泵 站1 532 5 129 10 11 16 17 18 19 地 形 平 坦 ,排 水 流 域 按 主 要 街 道 的 汇 水 面 积 划 分 。洪 水 位 高 于 地 面 平 均 标 高 ,设 置 雨 水 泵 站 。每 一 设 计 管 段 所 承 担 的 汇 水 面 积 按 就 近 排 入 附 近 的 雨 水 管道 的 原 则 划 分 。采 用 统 一 的 平 均 径 流 系 数 =0.5。建 筑 密 度 较 稀 ， 地 面 集 水 时 间 采 用 t1=10min。设 计 重 现 期 选 用 P=1a。管 道 起 点 埋 深 采 用 1.30m. 1.各 管 段 的 设 计 流 量 按 该 管 段 起 点 ， 及 上 游 管 段 终 点的 设 计 降 雨 历 时 进 行 计 算 的 ， 计 算 暴 雨 强 度 时 ， t2按 上游 各 管 段 内 雨 水 流 行 时 间 之 和 求 得 。)(2 vLt 2.求 单 位 面 积 径 流 量 65.0265.020 )210( 250)210( )lg38.11(5005.0 tt Pqq 3. 单 位 面 积 径 流 量 乘 以 该 管 段 的 总 汇 水 面 积 得 设 计 流 量 。水 力 计 算 说 明4. 根 据 设 计 流 量 求 管 径 、 管 道 坡 度 和 流 速 。 水 力 计 算 说 明 （ 续 ）5. 根 据 设 计 流 速 求 本 管 段 得 管 内 雨 水 流 行 时 间 t2。6.起 点 埋 深 （ 1点 ） 定 为 1.3m。1点 地 面 标 高 1点 埋 深 1点 管 底 标 高 。1点 管 底 标 高 降 落 量 2点 管 底 标 高2点 地 面 标 高 2点 管 底 标 高 2点 埋 深各 设 计 管 段 在 高 程 上 采 用 管 顶 平 接 。7.下 游 设 计 流 量 小 于 上 游 设 计 流 量 ， 则 取 上 游 设计 流 量 作 为 下 游 管 段 得 设 计 流 量 。 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 的 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