雨量分析与暴雨强度计算

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,10,1,雨量,分析,-,暴雨强度,公式,10.1.1,雨量分析,1.,降雨量,2.,降雨强度（暴雨强度）,3.,降雨面积和汇水面积,4.,降雨的频率和重现期,10,1,2,暴雨强度公式,暴雨强度公式是,(),、,(),、,(),三者间关系的数学表达式,，我国常用的暴雨强度公式为：,10,2,雨水管网设计流量计算,10,2,1,地面径流与径流系数,径流系数概念,在雨水管渠系统设计中，汇水面积通常是由各种性质的地面覆盖组成的，随着它们占有的面积比例变化，,值也各异。因此整个汇水面积的径流系数应采用平均径流系数,也可采用区域的综合径流系数。一般市区的综合径流系数,0.5,0.8,，郊区的综合径流系数,0.4,0.6,。,10,2,2,断面集水时间与折减系数,1,集水时间,指雨水从汇水面积上最远点流到设,计的管道断面所需时间。（,min,）,2,式中,设计降雨历时（,min,）；,t,1,地面集水时间（,min,）；,t,2,管渠内雨水流行时间（,min,）；,m,折减系数。,（,1,）地面集水时间,t,1,的确定,地面集水时间,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。,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。在工程实践中，地面集水时间通常不予计算，一般采用,5,15 min,。,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,t,1,5,8 min,。,在建筑密度较小、地形较平坦、雨水口布置较疏的地区，宜采用较大值，取,t,1,10,15 min,。,同时，起点检查井上游地面雨水流行距离以不超过,120,150 m,为宜。,应结合当地具体条件，合理地选定,t,1,值。,t,1,选用过大，将会造成排水不畅，致使管道上游地面经常积水；,选用过小，又将加大雨水管渠尺寸，从而增加工程造价。,（,2,）管渠内雨水流行时间,t,2,的确定,t,2,是指雨水在管渠内的流行时间，即：,式中,t,2,管渠内雨水流行时间（,min,）；,L,各设计管段的长度（,m,）；,v,各设计管段满流时的流速（,m/s,）；,60,单位换算系数。,（,3,）折减系数,m,的确定,折减系数,m,的提出原因如下：,1,）按公式算出的管渠内流行时间,t,2,将比实际时间偏小。,2,）为了利用管道的调蓄能力，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,t2,。,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，并达到折减管段设计流量，减小管渠断面尺寸的目的。规范规定：,暗管,m,=2,，明渠,m,=1.2,，在陡坡地区的暗管,m,1.2,2,。,各设计管段的,雨水设计流量应等于该管段所承担的全部汇水面积与该管段设计暴雨强度的乘积。,各管段的设计暴雨强度就是以管段设计断面集水时间作为降雨历时所对应的暴雨强度。,由于各管段的集水时间不同，所以各管段的设计暴雨强度也不同。,2,例题,雨水从各汇水面积上最远点分别流入雨水口,a,、,b,、,c,、,d,的地面集水时间均为,1,，并假设：,1,）汇水面积随集水时间的增加而均匀增加；,2,）降雨历时,t,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,1,；,3,）径流系数,为定值。,（,1,）设计管段,1,2,的雨水设计流量,直到,t,1,时，,F,1,全部面积上的雨水均已全部流到设计断面，这时管段,1,2,内流量达到最大值。,（,L/s,）,式中,q,1,管段,1,2,的设计暴雨强度，即相应降雨历时,t,1,时的暴雨强度（,L/s,ha,）。,（,2,）,设计管段,2,3,的雨水设计流量,该设计管段收集汇水面积,F,1,和,F,2,上的雨水，,2,断面为管段,2,3,的设计断面。,当,t,1,+,t,1,2,时，,F,1,和,F,2,全部面积上的雨水均流到,2,断面，管段,2,3,的流量达到最大值。即：,（,L/s,）,式中,q,2,管段,2,3,的设计暴雨强度，即相应于降雨历时,t,1,+,t,1,2,的暴雨强度（,L/s,ha,）；,t,1,2,管段,1,2,的管内雨水流行时间（,min,）。,（,3,）,设计管段,3,4,的雨水设计流量,（,L/s,）,式中,q,3,管段,3,4,的设计暴雨强度，即相应于降雨历时,t,1,+,t,1,2,+,t,2,3,的暴雨强,度（,L/s,ha,）。,t,2,3,管段,2,3,的管内雨水流行时间（,min,）。,（,4,）设计管段,4,5,的雨水设计流量,（,L/s,）,式中,q,4,管段,4,5,的设计暴雨强度，即相应于降雨历时,t,1,+,t,1,2,+,t,2,3,+,t,3,4,的暴,雨强度（,L/s,ha,）。,t,3,4,管段,3,4,的管内雨水流行时间（,min,）。,某雨水管线如图所示，径流系数为,0.5,，,q=1200,（,1+0.75lgT,）,/(t+5)0.61,，重现期,T=1a,，,F1,、,F2 F3,的地面集水时间分别为,10min,、,5min,、,10min,，折减系数,m=2,，管内流动时间,t1-2=5min,，,t2-3=3.75min,，,t4-3=3min,，则,2-3,管段和,3-5,管段的设计流量分别是（）,L/s,，和（）,L/s,。,10,3,雨水管网设计与计算,10.3.1,雨水管网平面布置特点,1,充分利用地形，就近排入水体,雨水管渠应尽量利用自然地形坡度布置，要以最短的距离靠重力流将雨水排入附近的池塘、河流、湖泊等水体中。,一般情况下，当地形坡度较大时，雨水干管布置在地形低处或溪谷线上；当地形平坦时，雨水干管布置在排水流域的中间，以便于支管接入，尽量扩大重力流排除雨水的范围。,分散出水口,：当管道将雨水排入池塘或小河时，水,位变化小，出水口构造简单，宜采用分散出水,口。就近排放管线短、管径小，造价低。,集中出水口式,：当河流等水体的水位变化很大，管道,的出水口离常水位较远时，出水口的构造就复,杂，因而造价较高，此时宜采用集中出水口式,布置形式。,2,尽量避免设置雨水泵站,当地形平坦，且地面平均标高低于河流的洪水位标高时，需将管道适当集中，在出水口前设雨水泵站，经抽升后排入水体。尽可能使通过雨水泵站的流量减到最小，以节省泵站的工程造价和经常运行费用。,10.3.2,雨水管渠设计参数,（一）水力计算的基本公式,式中,Q,流量（,m,3,/s,）,;,过水断面面积（,m,2,）；,v,流速（,m/s,）；,R,水力半径（,m,）；,I,水力坡度；,n,粗糙系数。,（二）水力计算的设计数据,1,设计充满度,雨水中主要含有泥砂等无机物质，不同于城市污水的性质，加之暴雨径流量大，而相应较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时较短。故管道设计充满度按满流考虑，即,h,/,D,=1,。明渠则应有不小于,0.20 m,的超高。,2,设计流速,为避免雨水所挟带的泥砂等无机物在管渠内沉积下来而堵塞管道，我国设计规范规定满流时管道,最小设计流速,为,0.75 m/s,；明渠最小设计流速为,0.4 m/s,。,为防止管壁受到冲刷而损坏，雨水管渠的,最大设计流速,为：金属管道为,10 m/s,；非金属管道为,5 m/s,；明渠按表采用。,明渠最大设计流速,明渠类别,最大设计流速（,m/s,）,明渠类别,最大设计流速（,m/s,）,粗砂或低塑性粘土,粉质粘土,粘土,石灰岩或中砂岩,0.8,1.0,1.2,4.0,草皮护面,干砌块石,浆砌块石或浆砌砖,混凝土,1.6,2.0,3.0,4.0,3,最小管径和最小设计坡度,雨水管道的最小管径为,300 mm,，相应的最小坡度为,0.003,；雨水口连接管的最小管径为,200 mm,，相应的最小坡度为,0.01,。,4,最小埋深与最大埋深,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，,其最小埋深则可不考虑冰冻影响，但应满足管道最小覆土厚度的要求,。其它具体规定同污水管道。,10.3.4,雨水管网设计步骤,（一）划分排水流域，进行管道定线,根据城市总体规划图，按地形划分排水流域。,在每一排水流域内，结合建筑物及雨水口分布，充分利用各排水流域内的自然地形，布置管道，使雨水以最短距离靠重力流就近排入水体。在总平面图上绘出各流域的主干管、干管和支管的具体位置。,（二）划分设计管段,根据管道的具体位置，,在管道转弯、管径或坡度改变、有支管接入、管道交汇等处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检查井,。把两个检查井之间流量不变且预计管径和坡度也不变的管段定为设计管段。并从管段上游往下游依次进行检查井的编号。,（三）确定各设计管段的汇水面积,各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。,地形较平坦,时，可按就近排入附近雨水管道的原则划分；,地形坡度较大,时，应按地面雨水径流的水流方向划分。并将每块面积进行编号，计算其面积并将数值标注在图上。汇水面积除包括街坊外，还应包括街道、绿地等。,（四）确定各排水流域的平均径流系数,通常根据排水流域内各类地面的面积数或所占比例，计算出该排水流域的平均径流系数。也可根据规划的地区类别，采用区域综合径流系数。,（五）确定设计重现期,P,和地面集水时间,t,1,结合地形特点、汇水面积的地区建设性质和气象特点确定设计重现期。各排水流域的设计重现期可相同，也可不同。,根据设计地区的建筑密度、地形坡度和地面覆盖种类、街坊内是否设置雨水暗管等，确定雨水管道的地面集水时间。,（六）求单位面积径流量,q,0,暴雨强度,q,与径流系数,的乘积，称为单位面积径流量,q,0,。即：,对于某一设计来说，式中,P,、,t,1,、,、,m,、,A,1,、,b,、,c,、,n,均为已知数，只要求得各管段的管内雨水流行时间,t,2,，就可求出相应于该管段的,q,0,值。,（,L/s,ha,）,（七）管渠材料的选择,雨水管道管径小于或等于,400 mm,采用圆形断面的混凝土管，管径大于,400 mm,采用钢筋混凝土管。,（八）雨水管道的水力计算,列表进行雨水干管的水力计算，求得各设计管段的设计流量。并确定各设计管段的管径、坡度、流速、管内底标高及管道埋深等值。,（九）绘制雨水管道的平面图和纵剖面图,雨水管道平面图和纵剖面图的绘制方法和要求与污水管道相同,10.4,合流制管网设计与计算,10.4.1,合流制管网的使用条件和布置特点,1,截流式合流制排水管渠的使用条件,（,1,）排水区域内有一处或多处水源充沛的水体，其流量和流速都足够大，当一定量的混合污水排入后对水体造成的污染危害程度在允许的范围以内；,（,2,）街坊和街道的建设都比较完善，必须采用暗管（渠）排除雨水，而街道断面又较窄，管（渠）的设置位置受到限制时；,（,3,）地面有一定的坡度倾向水体，当水体出现高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需要泵汲。,2,布置特点,（,1,）管渠的布置应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，并能以最短的距离坡向水体。,（,2,）沿水体岸边布置与水体平行的截流干管,在截流干管的适当位置设置溢流井,使超过截流干管截流能力的那部分混合污水能顺利地通过溢流井就近排入水体。,（,3,）合理地确定溢流井的数目和位置,从对水体的污染情况看,，合流制管渠系统中的初期雨水虽被截流，但溢流的混合污水总比一般雨水脏，为保护受纳水体，溢流井的数目宜少，其位置应尽可能设置在水体的下游。,从经济上讲,，溢流井过多，会提高溢流井和排放管渠的造价，特别是在溢流井离水体远，施工条件困难时更是如此。当溢流井的溢流堰口标高低于受纳水体的最高水位时，需在排放管渠上设置防潮门、闸门或排涝泵站。为减少泵站造价、减少对水体的污染和便于管理，溢流井应适当集中，不宜过多。,（,4,）在合流制管渠系统