第十章-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=167i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NMmPn%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nP304121P%1001216nP564121P暴雨强度公式nbtPcAq)()lg1(1671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；A1,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；Ψ——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qv-----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τ1。121.qFQA232).(qFFQBA343).(qFFFQCBAq1－降雨历时t=τ1的暴雨强度(L/s.104m2)q2－降雨历时t=τ1+t1-2的暴雨强度q3－降雨历时t=τ1+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。FFiiav.Fi－汇水面积上各类地面的面积（104m2）Ψi－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Ψi屋面1.20.9沥青道路及人行道0.60.9圆石路面0.60.4非铺砌土路面0.80.3绿地0.80.15合计40.555555.0415.08.03.08.04.06.09.06.09.02.1av某小区典型街坊各类面积一般市区综合径流系数0.5~0.8，郊区0.4~0.6。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)602vLt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1.8~2.2，我国《室外排水设计规范》建议：暗管m=2，明渠m=1.2。t=t1+2t2雨水管网设计流量计算FbmttPcAQn.)()lg1(167211Q—雨水设计流量（L/s）Ψ—径流系数，其数值小于1F—汇水面积（104m2）q—设计暴雨强度（L/s104m2）P—设计重现期（a）t1—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400~500mm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0.5~0.8；郊区0.4~0.6。（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(500tPq河流泵站15325129101116171819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ψ=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。)(2vLt2.求单位面积径流量65.0265.020)210(250)210()lg38.11(5005.0ttPqq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