雨水管渠系统设计00001.pptx

3-1 雨量分析与暴雨强度公式一、雨量分析的要素1、降雨量：降雨量指单位地面面积上在一定时间内降雨的雨水体积，其计量单位为:（体积/时间）/面积。由于体积除以面积等于降雨的深度，所以降雨量的单位又可以采用深度/时间。这时降雨量又称为单位时间内的降雨深度 第1页/共97页 常用的降雨量单位有以下几种：(1)年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值（mm/a）(2)月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值（mm/月）(3)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降雨量（mm/d）第2页/共97页2、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 3、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:i=H/t (mm/min)所以有:q=167i i与q两种表示方法的换算关系为：由于1mm/minl（L/m2）/min10000（L/min）/ha，=10000/60（L/s.ha）=167（L/s.ha）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.第3页/共97页 暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，是确定雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中，暴雨强度随降雨历时的变化而变化。就雨水管渠设计而言，有意义的是找出降雨量最大的那个时段内的降雨量。因此，暴雨强度的数值与所取的连续时间段t的跨度和位置有关。在城市暴雨强度公式推求中，经常采用的降雨历时为5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9个历时数值，特大城市可以用到180min。在分析暴雨资料时，必须选用对应各降雨历时的最大 降雨量。各历时的 暴雨强暴雨强度度为最大平均暴雨强度最大平均暴雨强度 。第4页/共97页暴雨强度和降雨历时的关系暴雨强度和降雨历时的关系 自动雨量计所记录的数据一般是每场雨的累积降雨量和降雨时间之间的对应关系。以降雨时间为横坐标、以累积降雨量为纵坐标，绘制的曲线称为降雨量累计曲线。第5页/共97页最大平均暴雨强度最大平均暴雨强度（教材（教材P 65的表的表3-1）降雨历时t(min)降雨量H(mm)暴雨强度I(mm/min)所选时段起止561.219：0719：121010.21.0219：0419：141512.30.8219：0419：192015.50.7819：0419：243020.20.6719：0419：344524.80.5519：0419：496029.50.4919：0420：049034.80.3919：0420：3412037.90.3219：0421：04第6页/共97页 4，降雨面积与汇水面积（1）降雨面积 是指降雨所笼罩的面积，即降雨的范围。（2）汇水面积 是指雨水管渠汇集雨水的面积，用 F表示，以公顷或平方公里为单位（ha或km2）。在城镇雨水管渠系统设计中，设计管渠的汇水面积较小，一般小于 100 km2，其汇水面积上最远点的集 水时间不超过 60 min到120 min，这种较小的汇水面 积，在工程上称为小汇水面积小汇水面积。在小汇水面积上可 忽略降雨的非均匀分布，认为各点的暴雨强度都相等。这样，雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料。这样，雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料。第7页/共97页 5，暴雨强度的频率某一特定暴雨强度的频率是指等于或大于该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，即：nPn=m100%若每年只选一个雨样，称为年频率n=N,用经验频率表示：N+1Pn=m100%N降雨观测资料的年数一般在水文计算中常采用以下公式计算n+1Pn=m100%第8页/共97页 若平均每年选入M个雨样数，称为次频率 n=NMM每年选入的平均雨样数，则：NM+1Pn=m100%n 越大，参与统计的数据越多，根据上面公式计算来的经验频率就越能反映其真实的发生概率。故我国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年以上的自计雨量记录，且每年选择68场最大暴雨记录，计算各历时的暴雨强度值。将各历时的暴雨强度按照大小排列成数列，然后不论年次，按照由大到小的方向选择年数的34倍的个数作为统计的基础资料。某个暴雨强度的频率越小时，该暴雨强度的值就越大。第9页/共97页6、暴雨强度的重现期：是指在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔P。单位用年（a）表示。重现期与频率互为倒数，即某一暴雨强度的重现期等于P，是指在相当长的一个时间序列中，大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是1/P。P=1Pn第10页/共97页 重现期越大，降雨强度越大。降雨强度、降雨历时、重现期三者之间的关系如右图所示。在排水管网的设计中，如果使用较高的设计重现期，则计算的设计排水量就越大，排水管网系统的设计规模相应增大，排水通畅，但排水系统的建设投资就比较高；反之，则投资较小，但安全性差降雨历时（min)第11页/共97页二、暴雨强度公式式中：q设计暴雨强度，L/s.ha；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。暴雨强度公式是反映暴雨强度q(i)、降雨历时t、重现期P三者之间的关系，是设计雨水管渠的依据。我国室外排水设计规范中规定，我国采用的暴雨强度公式的形式为：降雨历时（min)第12页/共97页 当b=0时，当n=1时，教材附录3-2收录了我国若干城市的暴雨强度公式（或参见给水排水设计手册第五册），可供计算雨水管渠设计流量时采用。目前，我国尚有一些城镇无暴雨强度公式，当这些城镇需要设计雨水管渠时，可选用附近地区城市的暴雨强度公式。第13页/共97页一、雨水设计流量计算公式雨水管渠的设计流量按下式计算：式中Q 雨水设计流量，L/s；径流系数，径流量和降雨量的比值，其值小于1；F 汇水面积，ha；q设计暴雨强度（L/sha）。公式为推理公式（半经验半理论）。3-2 雨水管渠设计流量的确定 第14页/共97页1，产流过程：降雨被植被截留地面下渗超出下渗极限产生地面余水地面洼地积满后产生径流随后降雨减小或停止地面积水减少直到消失径流终止 第15页/共97页 降雨过程与径流过程关系示意：径流的产生与终止都后于降雨发生与终止的时间，径流产生的快慢与多少与地面上的覆盖物的特性有关，与地面的地形有关，与地面土壤的渗水性有关、也与地面地形坡度等有关。降雨过程线径流过程线第16页/共97页2、流域上的汇流过程 当流域最边缘线上的雨水达到当流域最边缘线上的雨水达到集流点集流点A时，在时，在A点汇集的流量其汇点汇集的流量其汇水面积为整个流域，即全部流域面积水面积为整个流域，即全部流域面积参与径流，此时在参与径流，此时在A点产生最大流量。点产生最大流量。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0 t1t2t3BCDEFGAbc0 当全流域参与径流时,A点产生的流量来自降雨历时为0时段内的降雨量,并认为此时A点的流量达到最大.集流点处的流量是流域上不同点在不同时间的降雨量汇集而形成的.第17页/共97页 在雨水管道的设计中,采用的降雨历时t=汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间0,此时暴雨强度、汇水面积都是相应的极限值，根据公式确定的流量应是最大值。这便是雨水管道设计的极限强度理论。t 0时，只有一部分面积参与径流。与t=0时相比较，此时暴雨强度大于t=0时的暴雨强度，但汇水面积小。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=0时的径流量。极限强度理论 t 0时，全部流域面积参与径流。与t=0时相比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t=0时的暴雨强度。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=0时的径流量。极限强度理论：承认 暴雨强度随降雨历时的延长而减小的规律性；汇水面积随降雨历时的延长而增长的规律性；汇水面积随降雨历时的延长而增长的速度比暴雨强度随降雨历 时的延长而减小的速度更快。第18页/共97页 3,关于公式的推导假定：（1）暴雨强度在汇水面积上的分布是均匀的；（2）汇水面积随时间的增长速度为常数；（3）降雨强度在所选定的时间段内均匀不变；（4）降雨历时不小于全流域集水时间。同时汇水面积内地面坡度均匀，并为了方便分析，假定地面为不透水性地面，即径流系数=1。设降雨过程线如图：ht第19页/共97页 汇水面积如图所示扇形面积abc：t1bca0F1htt1h1当t=0时,降雨还没有开始,不发生径流,即h0=0;当t=t1时,降雨量为h1=h1-h0=h1-0=h1;此时只有集流时间为t1的F1面积上产生的径流才能到达集流点a,其到达的雨水量为:W1=h1*F1第20页/共97页 当t=t2时,流到a点的雨水量为(t2-t1)时段内降到F1上的雨水量加上(t1-0)时段内降在F2面积上的雨水量,集流时间为t2:W2=h2*F1+h1*F2t1t2abc0F1F2htt1t2h1h2第21页/共97页 当t=t3时,流到a点的雨水量为(t3-t2)时段内降到F1上的雨水量、(t2-t1)时段内降到F2上的雨水量、(t1-0)时段内降在F3面积上的雨水量,集流时间为t3:W3=h3*F1+h2*F2+h1*F3t1t2t3ab0F1F2F3htt1t2t3h1h2h3c第22页/共97页 当t=tn时,流到a点的雨水量为(tn-tn-1)时段内降到F1上的雨水量、(tn-1-tn-2)时段内降到F2上的雨水量(t1-0)时段内降在Fn面积上的雨水量,集流时间为tn:Wn=hn*F1+hn-1*F2+.+h1*Fn =hj*Fn-j+1t1t2t3abc0F1F2F3Fthtt1t2t3h1h2h3ht第23页/共97页 上式中的Wn表示的是在时段（tn-tn-1)内流到集流点a的雨水量，设(tn-tn-1)=t,则在t时段内，集流点a处的平均流量为：Qn=Wnt=hj*Fn-j+1t若tn为全流域集流时间0，而t无限小，即t0时，Qn即表示全流域参与径流时的瞬时流量。Fn-j+1t表示的是t时段的面积增长率，而面积增长速度为常数也即：Fn-j+1t=ff为面各增长速度第24页/共97页 而当t0时，h可以用dh表示，则流量Qn可表示为：Qn=lim f hj=t 00 0fdh而dh/dt=i,所以dh=idt,则上式为：Qn=0 0fidt其中：0 0idt表示的是0时段内的总降雨量h所以：Qn=fh=Fh0=Fi第25页/共97页 若流量的单位以L/s表示，则：Qn =167F i =Fq (L/S)第26页/共97页4、雨水管段的设计流量计算举例图中：A、B、C为3块互相毗邻的区域，设面积FA=FB=FC，雨水从各块面积上的最远点分别流入设计断面1、2、3所需的集水时间均为 1(min)，并设：（1）汇水面积随降雨历时的增加而均匀的增加；（2）降雨历时t等于或大于汇水面积最远点的雨水流达设计断面的集水时间；（3）径流系数为确定值，为讨论方便，假定其值等于1。求：图中各管段的设计流量ABC1234第27页/共97页 解：（1）管段12的雨水设计流量 Q12=1q1FA=q1FA 其中，q1为降雨历时t=1时对应的暴雨强度。ABC1234PcAq1)lg1(1671+=(1+b)n1第28页/共97页（2）管段23的雨水设计流量：Q23=2q2(FA+FB)=q2(FA+FB)其中，q2为降雨历时t=1+t12时对应的暴雨强度。ABC12341t12PcAq2)lg1(1671+=(1+t12+b)n第29页/共97页（3）管段34的雨水设计流量:Q34=3q3(FA+FB+FC)=q3(FA+FB+FC)其中，q3为降雨历时t=1+t12+t23时对应的暴雨强度。ABC12341t12t23PcAq3)lg1(1671+=(1+t12+t23+b)n第30页/共97页 由上可知，各设计管段的雨水设计流量等于该管段所承担的全部汇水面积和设计暴雨强度的乘积。各设计管段的设计暴雨强度是相应于该管段设计断面的集水时间的暴雨强度，因为各设计管段的集水时间不同，所以各管段的设计暴雨强度亦不同。在使用计算公式时，应注意到随着排水管道计算断面位置不同，管道的计算汇水面积也不同，从汇水面积最远点到不同计算断面处的集水时间（其中也包括管道内雨水流行时间）也是不同的。因此，在计算平均暴雨强度时，应采用不同的降雨历时ti。根据上述分析，雨水管道的管段设计流量，是该管道上游起点断面的最大流量。在雨水管道设计中，应根据各集水断面节点上的集水时间ti正确计算各管段的设计流量。第31页/共97页 二、径流系数的确定径流系数：地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数，其值小于1。地面径流系数的值与以下几个因素有关：汇水面积上的地面材料性质、地形地貌、植被分布、降雨历时、暴雨强度以及暴雨雨型有关。目前，在雨水管渠的设计中，通常按照地面材料性质确定径流系数的经验数值。我国排水设计规范中有关径流系数取值的规定见下表 第32页/共97页不同地面的径流系数值地面种类径流系数各种屋面、混凝土和沥青路面0.9大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面0.6级配碎石路面0.45干砌砖石和碎石路面0.40非铺砌土地面0.30公园或绿地0.15 如果汇水面积由不同的地面组合而成，整个汇水面积上的平均径流系数可按以下公式来求：av=Fi iF第33页/共97页在工程设计中，经常采用区域综合径流系数近似代替平均径流系数区域情况区域情况区域综合径流系数值区域综合径流系数值城市市区城市市区0.50.8城市郊区城市郊区0.40.6区域综合径流系数国内各地区采用的综合径流系数见教材74页的表3-5第34页/共97页 例 某小区各类地面Fi及i值见表，试求该小区平均径流系数值av。0.5775.0合 计0.900.900.400.300.151.60.80.80.90.9屋面沥青道路及人行道圆石路面非铺砌土路面绿地采用 值面积 （ha）地面种类解：由表可得：F=Fi =5.0(ha),则：第35页/共97页 三、设计重现期P的确定设计中，P选择高，计算出来的q就大，设计流量就大，管渠的断面相应也大，投资大，但地面积水少；反之，则q小，Q也小，管渠断面尺寸小，投资小，但地面可能有较多积水，影响正常生活甚至造成损失。确定设计重现期的影响因素有：排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。一般情况下，低洼地段采用的设计重现期大于高地；干管采用的大于支管；工业区采用的大于居住区；市区采用的大于郊区。重现期的最小值不宜低于0.33年，一般选用0.53年。重要的干道、区域，一般选用25年。第36页/共97页t=t1+mt2式中：t1地面集水时间；指雨水从汇水面积上最远点流到第 一个雨水口a的时间.m 折减系数；t2雨水在管道内的计算流行时间。四、集水时间t的确定 集水时间由地面集水时间t1和管道内雨水流动的时间t2两部分之和组成ABC1234a第37页/共97页1、地面集水时间t1的确定 根据室外排水设计规范规定：地面集水时间t1视距离长短、地形坡度和地面覆盖情况而定，一般采用5-15min。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。第38页/共97页 在设计过程中，应结合具体条件进行选定：在设计过程中，应结合具体条件进行选定：如果选用过大，将会造成排水不畅，使管道上游地面经常积水。如果选用过大，将会造成排水不畅，使管道上游地面经常积水。选用过小，将会造成雨水管渠尺寸加大，使工程造价增加。选用过小，将会造成雨水管渠尺寸加大，使工程造价增加。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。起点井上游地面流行距离以不超过120150m为宜第39页/共97页2、雨水在管道内流行时间t2式中：L上游各管段的管长，m；这实际上只能说是雨水在管内的计算流行时间，并不是雨水在管内的实际流行时间ABC1234v各管段满流时的水流速度，m/s。第40页/共97页3、折减系数m的确定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(苏林系数)；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(管道调蓄利用系数)管段12的最大流量发生在1时刻,根据最大流量确定出D12;管段23的最大流量发生在1+t12时刻.我国室外排水设计规范规定：折减系数的采用为管道采用2,明渠采用1.2;陡坡地区管道采用1.22。ABC1234第41页/共97页当设计重现期、设计降雨历时、折减系数确定后，计算雨水管渠的设计流量所用的设计暴雨强度公式及流量公式可写成 雨水管渠中某一设计管段的设计流量公式可改写成:PcAq)lg1(1671+=(t1+mt2+b)nPcAQ)lg1(1671+=(t1+mt2+b)nF现在回顾一下雨水设计流量的计算公式第42页/共97页五、特殊情况雨水设计流量的确定当汇水面积的轮廓形状很不规则，汇水面积畸形增长时，汇水面积上地形坡度变化较大、汇水面积上各部分的径流系数有显著差异等情况时，可能发现最大流量不是发生在全部面积参与径流的时候，而发生在部分面积参与径流时。如下例所示。例：有一条雨水干管承接两个独立的排水流域的雨水径流，如下图所示。图中FA为城市中心区汇水面积，FB为城市近郊工业区汇水面积。试求B点的设计流量是多少？FBABFAtAtA-BtB第43页/共97页（1）P=1a时的暴雨强度公式为q=（2）径流系数为=0.5；（3）FA=30ha；tA=25min；FB=15ha；tB=15min；雨水管A-B的流行时间为tA-B=10min。FBABFAtAtA-BtB1625(t+4)0.57L/Sha第44页/共97页 FBABFAtAtA-BtB解:根据已知条件可以分别单独求出FA与FB面积上产生的最大流量QA及QB:QA=qFA=0.51625(t+4)0.57FA=812.5(t+4)0.57FAQB=qFB=0.51625(t+4)0.57FB=812.5(t+4)0.57FBQA到达集流点B的时间为tA+tA-B;QB到达集流点B的时间为tB若tA+tA-B=tB,则B点的最大流量即为QA+QB.但题设两者不相等,故B点最大流量可能出现的时间点为FA面积上的径流全部汇集到B点,或者FB面积上的径流全部汇集到B点第45页/共97页 FBABFAtAtA-BtB由于tA+tA-BtB,B点的最大流量按以下两种情况分别计算:1,第一种情况:计算全部FB面积参与径流时的B的流量,这时,FA面积上只有到A点的集流时间为tB-tA-B的那部分面积的雨水能够到达B点参与径流,B点的流量为:Q=812.5(tB+4)0.57FB+812.5(tB-tA-B+4)0.57FAFA面积上1min的汇水面积为FA/tA，所以在tB-tA-B时间汇流到A点的面积FA为：FA=FAtA(tB-tA-B)=6（ha）第46页/共97页 代入后计算可得：Q=812.5(15+4)0.57 15+812.5(5+4)0.576=2275.2+1393.3=3668.5(L/S)2,第二种情况:当全部FA面积参与径流时.此时流到B的流量为FA面积上对应历时tA的流量及FB面积上对应历时为tA+tA-B的流量:Q=812.5(tA+4)0.57FA+812.5(tA+tA-B+4)0.57FB =812.5(25+4)0.5730+812.5(25+10+4)0.5715=3575.8+1510.1=5085.9(L/S)选择两者中较大的一个作为B点的设计流量.第47页/共97页六、雨水径流量的调节1、雨水调节池的作用:削峰降流量，可以减小下游管渠的断面尺寸，也可以减少下游泵站的装机（按调节后的流量设计）2、雨水调节池的位置若有天然洼地、池塘、公园水池可用，则位置视自然条件而定；若采用筑坝、挖掘等方式建造调节池时，则要合理选择位置：雨水干管中游或有大流量管道的交汇处；正在进行大规模住宅建设和新城开发的区域；在拟建雨水泵站前。第48页/共97页3、调节池的布置形式 溢流堰式底部流槽式第49页/共97页4、调节池下游干管设计流量的计算 若调节池下游干管无本段汇水面积的雨水进入时:其设计流量为Q=QmaxQmax-调节池上游干管的设计流量-下游干管设计流量的降低系数若调节池下游干管有本段汇水面积的雨水进入时:其设计流量为Q=Qmax+QQ-下游干管汇水面积上的雨水设计流量第50页/共97页一、雨水管渠系统平面布置的特点二、雨水管渠水力计算的设计参数三、雨水管渠水力计算的方法四、雨水管渠系统的设计步骤五、雨水管渠系统设计计算举例 3-3 雨水管渠系统的设计和计算第51页/共97页1、充分利用地形，就近排入水体一、雨水管渠系统平面布置的特点地形坡度较大时，雨水干管宜布置在地面标高较低处；地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间。第52页/共97页当雨水管渠接入池塘或河道时，采用分散出水口式的管道布置 当河流水位变化很大，或管道出口离水体较远时，采用集中出水口式的管道布置第53页/共97页2、根据城市规划布置雨水管道 通常应根据建筑物的分布、道路布置、街区内部的地形等布置雨水管道。布置要求同污水管道,如不宜布置在车行道下等 雨水管道的平面布置与竖向布置应考虑与其它地下构筑物的协调配合(见附录2-3)。3、合理设置雨水口，保证路面雨水排除畅通雨水口应根据地形以及汇水面积确定。一般来说，在道路交叉口的汇水点、低洼地段、道路直线段一定距离处（2550m）均应设置雨水口第54页/共97页道路交叉口处雨水口的设置凡是箭头相对的一定要设置雨水口；凡是箭头相背的不设雨水口；凡是箭头或可设可不设雨水口第55页/共97页4、雨水管渠应采用明渠或暗管，应结合具体条件确定 在城市市区或工厂内，雨水管道采用暗管；在城郊，可考虑采用明渠；在每条雨水干管的起端，应尽可能采用道路边沟排除路面雨水第56页/共97页5、设置排洪沟排除设计区外的雨水或洪水第57页/共97页二、雨水管渠水力计算的设计参数1、设计充满度：管道按满流设计，h/D=1(明渠应有 0.2m的超高，街道边沟应有0.03m的超高)、设计流速：最小流速0.75m/s,(明渠流最小流速为0.40m/s)最大流速10m/s（金属管），5m/s（非金属管）.(明渠流最大流速按照表3-9选用)明 渠 类 别最大设计流速（m/s）明 渠 类 别最大设计流速（m/s）粗砂或低塑性粉质粘土粉质粘土粘土石灰岩或中砂岩0.81.01.24.0 草皮护面 干砌石块 浆砌石块或浆砌砖 混凝土1.62.03.04.0第58页/共97页、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、最大埋深与最小埋深：同污水管道的规定管 道 类 别最小管径（mm）最小设计坡度雨水管道和合流管道雨水口连接管道3002000.0020.015.管渠的断面形式雨水管渠一般采用圆形断面，当直径超过2000mm时采用矩形、半椭圆形或马蹄形断面，明渠一般采用梯形断面。采用暗管或是明渠排除雨水，直接涉及到工程投资、环境卫生及管渠养护管理等方面的问题，在设计时，应因地制宜，结合具体条件确定。第59页/共97页 在进行雨水管道水力计算时，各管段的设计流量为已知。雨水管网水力计算包括两方面内容：1、确定各管段的直径和坡度（流速）确定出的雨水管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最小流速、最大流速的要求。（与污水管道的水力计算有不同）2、确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高）处理好各管段之间的衔接设计同污水管道三、雨水管渠水力计算的方法第60页/共97页 确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次向下游管段计算。雨水管道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。但按满流计算，即：h/D1。在具体计算时，设计流量Q和管道粗糙系数n已知，还有管径D、管道坡度I和流速v是未知的，因此需要先假定个求其它两个，这样的数学计算非常复杂，而且经常要试算。为了简化计算，常采用水力计算图见（附图13）或水力计算表进行。（Q、v、D、n、I）第61页/共97页 对水力计算图而言，粗糙系数n是已知的，图上的曲线表示的是Q、v、I、D之间的关系，这四个因素中，只要确定两个因素，就可以通过图查出其它两个因素。计算时，Q为已知，只要再知道一个因素就可以查图计算了，通常情况下先假定坡度I。管道坡度I近似等于地面坡度。由Q和I，就可查图得出v、D 复核v的规定若符合，则该管段的D、I(v)即确定。若不符合，重新设定I 或D进行计算。第62页/共97页 例:已知n0.013，设计流量Q=200L/s，该管段地面坡度i=0.004，试计算该管段的管径D、管道坡度I、流速v。A点：v1.17m/sD400500mm设采用D400mm的管道，与流量为200L/s的竖线相交于B点：I0.0096v1.63m/s不宜采用(坡度比地面坡度大得太多)设采用D500mm的管道，与流量为200L/s的竖线相交于C点：I0.0028v1.02m/s第63页/共97页雨水管渠的设计通常按以下步骤进行：(1).收集并整理设计地区各种原始资料 如地形图、排水工程规划图、水文、地质、暴雨等作为基本的设计数据。四、雨水管渠系统的设计步骤和水力计算第64页/共97页（2）划分排水流域、进行管道定线。第65页/共97页（3）划分设计管段。设置检查井,确认设计节点并编号第66页/共97页（4）划分并计算各设计管段的汇水面积。当地形平坦时,根据就近排除的原则,划分汇水面积.等分角线划分当地形有一定坡度时,根据雨水汇入低侧的原则,划分汇水面积.即按照地面雨水径流的方向划分.第67页/共97页（6）确定重现期P、地面集水时间t1（5）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。av=Fi i /F 另外,也可采用区域综合径流系数,一般经验值为：城市0.50.8；郊区0.40.6。设计时，应结合该地区的地形特点、工程建设性质和气象条件选择设计重现期p，各排水流域雨水管道的设计重现期可选用同一值，也可选用不同值。根据设计地区建筑密度情况、地形坡度和地面覆盖种类、街坊内是否设置雨水管渠，确定雨水管道的地面集水时间t1。（7）确定管道的埋深与衔接 根据管道埋设深度的要求，必须保证管顶的最小覆土厚度，在车行道下时一般不低于0.7m，此外，应结合当地埋管经验确定。当在冰冻层内埋设雨水管道，如有防止冰冻膨胀破坏管道的措施时，可埋设在冰冻线以上，管道的基础应设在冰冻线以下。雨水管道的衔接，宜采用管顶平接。第68页/共97页（8）计算单位面积径流量q0。PcAq)lg1(1671+=(t1+mt2+b)n对于具体的工程设计来说，公式中的A1、C、b、n、P、t1、m、均为已知数，因此，只要求出各管段的管内雨水流行时间，就可求出相应于该管段的q0值.（10）计算各管段的设计流量Q根据流域具体情况，选定设计流量的计算方法，计算从上游向下游依次进行，并列表计算各设计管段的设计流量。（9）管渠材料的选择 雨水管道管径小于或等于400mm，采用混凝土管，管径大于400mm，采用钢筋混凝土管，管径大于2000mm时，采用非圆形截面，材料可为砖砌、石砌、混凝土块砌等。（12）绘制图纸。包括平面图和剖面图 （11）进行雨水管渠水力计算，确定雨水管道的坡度、管径和埋深第69页/共97页五、雨水管渠系统设计计算举例 某市居住区部分雨水管道布置如图所示。地形西高东低，一条自西向东流的天然河流分布在城市的南面。该城市的暴雨强度公式为：（L/s）/ha第70页/共97页 该街区采用暗管排除雨水，管材采用圆形钢筋混凝土管。管道起点埋深1.40m。各类地面面积见下表，试进行雨水管道的设计与计算。面积采用径流系数2.274.0合 计0.120.150.8草地0.240.30.8土路面0.200.40.5圆石路面0.630.90.7沥青路面及人行道1.080.91.2屋面地面种类第71页/共97页 解 （1）从居住区地形图中得知，该地区地形较平坦，无明显分水线，因此可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积，雨水出水口设在河岸边，故雨水干管走向从西向东南，为保证在暴雨期间排水的可能性，故在雨水干管的终端设置雨水泵站。第72页/共97页 管段编号管段长度（m）管段编号管段长度（m）12754515023150561253483检查井编号地面标高检查井编号地面标高186.700486.550286.630586.530386.560686.500（2）根据地形及管道布置情况，划分设计管段，将设计管段的检查井依次编号，并量出每一设计管段的长度，汇总到表2。确定出各检查井的地面标高填入表3。表2 设计管道长度汇总表 表3 地面标高汇总表 第73页/共97页（3）每一设计管段所承担的汇水面积可按就近排人附近雨水管道的原则划分，然后将每块汇水面积编号，计算数值。雨水流向标注在图中，如图所示。第74页/共97页表4为各设计管段的汇水面积计算表。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）汇水总面积（ha）1210.45000.450233、80.9250.4501.375932、40.9001.3752.2753410、110.4002.2752.6757870.2002.6752.8758490.4752.8753.35045140.4753.3503.825101260.4503.8254.27511125、120.9254.2755.200125130.2005.2005.40056005.4005.400表4 汇水面积计算表 第75页/共97页（4）水力计算：采用列表方法进行雨水管道设计流量及水力计算。平均径流系数通过计算得 =0.5675,取为0.6确定重现期P、地面集水时间t1,以确定设计暴雨强度。确定重现期P,应根据地区建设性质确定,一般选用0.53年,对于重要的干道、立交道路的重要部分、重要地区或短期积水即能引起严重损失的地区,一般采用25年。本设计采用重现期=1年 地面集水时间t1,采用5min m取为2第76页/共97页雨水管道在设计计算时，应注意以下几方面的问题：在划分汇水面积时，应尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管段的设计流量小于上游管段的设计流量，这是因为下游管段的集水时间大于上游管段的集水时间，故下游管段的设计暴雨强度小于上游管段的设计暴雨强度，而总汇水面积只有很少增加的缘故。若出现了这种情况，应取上游管段的设计流量作为下游管段的设计流量。水力计算自上游管段依次向下游进行，一般情况下，随着流量的增加，设计流速也相应增加，如果流量不变，流速不应减小。雨水管道各设计管段的衔接方式应采用管顶平接。本例只进行了雨水干管水力计算，但在实际工程设计中，干管与支管是同时进行计算的。在支管和干管相接的检查井处，会出现到该断面处有两个不同的集水时间和管内底标高值，在继续计算相交汇点后的下一个管段时，应采用其中较大的集水时间值和较小的管内底标高。第77页/共97页（6）进行管段的水力计算设计管设计管段编号段编号管长管长L汇水汇水面积面积F管内雨水流行时间管内雨水流行时间单位面积单位面积径流量径流量q0设计设计流量流量管径管径 D坡度坡度 It2t2流速流速v管道输管道输水能力水能力Q坡降坡降 IL设计地面标高设计地面标高设计管内底标高设计管内底标高埋深埋深起点起点终点终点起点起点终点终点起点起点终点终点12750.45086.700 86.6300105?47.25?30030.7554?1.485.30085.0751.560.2251.67231501.3751.6775.57103.904002.30.801100.34586.63086.56084.975 84.6301.661.93q0=q=0.6500(1+1.47lgP)/(5+2t2)0.65=300/(10+2t2)0.653.13第78页/共97页设计管段编号管段长度L（m）汇水面积F（ha）管内雨水流行时间（min）单位面积径流量q0(L/（sha）)设计流量Q（L/s）管径D（mm）水力坡度I（）12345678912750.45001.6710547.253003231501.3751.673.1375.57103.904002.334832.6754.801.7352.52140.495001.75451503.8256.532.5045.74174.955002.85561255.4009.032.0839.02210.716002.1流速v(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1011121314151617180.75540.22586.70086.63085.30085.0751.401.560.801100.34586.63086.56084.97584.6301.661.930.801500.14586.56086.55084.53084.3852.032.171.001900.42886.55086.53084.38583.8572.172.571.002900.26386.53086.50083.85783.5942.672.91表5 雨水干管水力计算表 第79页/共97页水力计算中应注意的问题、在计算中，碰到下游管段的设计流量小于上游管段的设计流量时，下游管段的设计流量应取上游管段的设计流量。2、支管与干管的计算是同时进行计算的，在支管与干管相交的检查井处，必然会有两个t2和两个管低标高值。相交后的下游管段水力计算时，应采用大的t2和小的管低标高值。3、在水力计算中，管道坡度变化不大时，随着流量的增大，流速应该是逐渐变大或不变。第80页/共97页（7）绘制雨水干管平面图和纵剖面图第81页/共97页第82页/共97页六、立体交叉道路的排水主要任务：排除降雨在汇水面积内形成的径流及必要排除的地下水。计算公式同一般雨水管道。但具有如下特点：1，要尽量缩小汇水面积，以减少设计流量。立交的汇水面积一般包括：引道、坡道、匝道、跨线桥、绿地以及建筑红线内的适当面积。在划分面积时，有条件的要尽量将原属于立交汇水面积的区域划归另外的排水系统也可以采用分散排水的方法。要设置高水拦截措施，防止高水进入低水系统。第83页/共97页 2，必要时，要排除地下水。当立交工程的最低点低于地下水位时，为了保证路基经常处于干燥的环境中，需要采取措施排除地下水，降低地下水位。地下水排除宜采用独立的排水系统，并设置泵站排除，地下水排除泵站不能断电。方法：埋设渗渠或者花管3，排水的设计标准高于一般道路。P一般取15年，交通繁忙面积大取较大值，反之取较小值t1宜取510分种，m可取1.22.0（依坡度而定）径流系数一般取0.81.0第84页/共97页 4，雨水口的布置位置要便于拦截径流。立交的雨水口一般沿坡道两侧对称布置，越接近最低点，布置越密集，面积较大的立交，除了在坡道布置雨水口，在引道、匝道、绿地中都应在适当的位置或一定距离处设置雨水口。位于最高点的跨线桥，一般通过泄水孔将雨水排入立管，再引入下层的雨水口或者雨水管道系统上的检查井中。5，道路布置与断面选择立交排水管道在布置时应尽量避开立交桥的基础（防止不均匀沉降及避免承载力过大而破坏管道），不能避免时要采取措施。断面尺寸