水污染控制工程 城镇雨水沟道的设计PPT学习教案.pptx
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1、会计学1水污染控制工程水污染控制工程城镇雨水沟道城镇雨水沟道(udo)的的设计设计第一页,共46页。图4-1 安徽省部分地区的暴雨(boy)强度公式第2页/共46页第二页,共46页。三基本参数的确定三基本参数的确定1设计降雨的重现期设计降雨的重现期设设计计降降雨雨的的重重现现期期系系根根据据地地形形特特点点和和地地区区建建设设性性质质(居居住住区区、中中心心区区、工工厂厂区区、干干道道、广广场场等等)两两项项主主要要(zhyo)因因素素确确定定,一一般般按按下下表表确确定定(选选自自给给排水设计手册城市排水分册):排水设计手册城市排水分册):设计降雨的重现期设计降雨的重现期地形分级重现期P的选
2、用范围(年)说明平缓地形0.333、0.5、1、2谷线地形0.5、1、2、3封闭洼地1、2、3、5、个别10、20第3页/共46页第三页,共46页。2 2设计降雨历时设计降雨历时 一一场场暴暴雨雨经经历历的的整整个个时时段段称称阵阵雨雨历历时时;阵阵雨雨过过程程中中任任一一连连续续的的时时段段则则称称降降雨雨历历时时。阵阵雨雨历时和降雨历时常用分钟计算。历时和降雨历时常用分钟计算。雨雨水水管管渠渠的的设设计计降降雨雨历历时时包包括括地地面面集集水水时时间间和和管管渠渠内内流流行行(lixng)(lixng)的的时时间间两两部部分分,计计算算公式为:公式为:(4-44-4)式中:式中:t t 设
3、计降雨历时,设计降雨历时,minmin;t1 t1 地面集水时间,地面集水时间,minmin;t2t2管管渠渠内内流流行行(lixng)(lixng)时时间间,minmin;m m 延缓系数(也称折减系数),延缓系数(也称折减系数),暗管暗管m=2m=2,明渠,明渠m=1.2m=1.2。第4页/共46页第四页,共46页。(1 1)地面集水时间的确定地面集水时间的确定地面集水时间:是管渠起点断面在设计重现期、设计历时地面集水时间:是管渠起点断面在设计重现期、设计历时降雨的条件下达到设计流量的时间,降雨的条件下达到设计流量的时间,确定这个时间,要考虑地面集水距离、汇水确定这个时间,要考虑地面集水距
4、离、汇水(hushu)(hushu)面积、地面覆盖、地面坡度和降雨强度等因素。在地面坡面积、地面覆盖、地面坡度和降雨强度等因素。在地面坡度皆属平缓、地面覆盖互相接近、降雨强度都差不多的情度皆属平缓、地面覆盖互相接近、降雨强度都差不多的情况下况下(我国多数平原大中城市即属这种情况我国多数平原大中城市即属这种情况),地面集水距,地面集水距离成为主要因素。从汇水离成为主要因素。从汇水(hushu)(hushu)量上考察,平坦地形量上考察,平坦地形的地面集水距离的合理范围是的地面集水距离的合理范围是5050150150米,比较适中的是米,比较适中的是8080120120米。米。以图以图4-24-2为例
5、。为例。第5页/共46页第五页,共46页。图4-2 地面(dmin)集水时间计算示意图1一房屋,2一屋面分水线,3一道路边沟,4一雨水管 ,5一道路第6页/共46页第六页,共46页。图中箭头表示水流方向。雨水从汇水面积上最远点的房屋屋面分水线A点流到雨水口的地面集水时间通常是由下列流行路程的时间所组成:a.从屋面A点沿屋面坡度经屋檐下落到地面散水坡的时间,通常为0.3O.5min。b.从散水坡沿地面坡度流入附近道路边沟的时间.c.沿道路边沟到雨水口a的时间。地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、水流路程、道路横坡和宽度等因素的影响(yngxing),这些因素直接决定着水流沿地面或边沟
6、的速度。此外,也与暴雨强度有关,因为暴雨强度大,水流时间就短。但在上述各因素中,地面集水时间主要取决于水流距离的长短和地面坡度。第7页/共46页第七页,共46页。在实际应用中,要准确地计算t。值是困难的,故一般不进行计算,而采用经验数值。根据室外排水设计规范规定;地面集水时间视距离长短和地形坡度而定,一般采用t=515min。在设计工作中,应结合具体条件恰当地选定。如t选用过大,将会造成排水不畅,以致使管道上游地面经常积水,选用过小,又将使雨水管渠尺寸加大而增加工程造价。按照经验,一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区,或街坊内设置有雨水暗管,宜采用较小的t1值,可取t1=58mi
7、n左右。而在建筑密度较小、汇水面积较大、地形较平坦、雨水口布置(bzh)较稀疏的地区,宜采用较大的t1值,一般可取t1=1015min。起点井上游地面流行距离以不超过120150m为宜。第8页/共46页第八页,共46页。地面集水时间可参考图4-3选用。图4-3上数据系按华北平原的平均降雨强度计算,基本上适用于东北平原,华北平原,长江中下游平原的城市,西北(xbi)内陆、岭南沿海的平坦地形城市参用时可将集水时间适当加以调整,山区城市不适用。地面集水距离(jl)L(米)图4-3 地面集水时间第9页/共46页第九页,共46页。(2 2)延缓系数延缓系数m m值的确定值的确定 雨雨水水管管道道按按满满
8、流流进进行行设设计计,但但计计算算雨雨水水设设计计流流量量(liling)(liling)公公式式的的极极限限强强度度法法原原理理指指出出,当当降降雨雨历历时时等等于于集集流流时时间间时时,设设计计断断面面的的雨雨水水流流量量(liling)(liling)才才达达到到最最大大值值。因因此此,雨雨水水管管渠渠中中的的水水流流并并非非一一开开始始就就达达到到设设计计状状况况,而而是是随随着着降降雨雨历历时时的的增增长长才才能能逐逐渐渐形形成成满满流流,其其流流速速也也是是逐逐渐渐增增大大到到设设计计流流速速的的。这这样样就就出出现现了了按按满满流流时时的的设设计计流流速速计计算算所所得得的的雨雨
9、水水流流行行时时间间小小于于管管道道内内实实际际的的雨雨水水流流行行时时间间的的情情况况。如如果果t t值值过过小小,会会引引起起降降雨雨强强度度过过大大,计计算算出出的的管管道道断断面面偏偏大大,造造成成投投资资增增加加。苏苏联联的的苏苏林林教教授授对对列列宁宁格格勒勒的的雨雨水水道道进进行行了了观观测测,发发现现大大多多数数雨雨水水管管道道中中雨雨水水流流行行时时间间比比按按最最大大流流量量(liling)(liling)计计算算的的流流行行时时间间大大2020。建建议议用用大大于于1(1.2)1(1.2)的的系系数数乘乘以以用用满满流流时时的的流流速速算算出出的的管管内内雨水流行时间雨水
10、流行时间t2t2。第10页/共46页第十页,共46页。此外,雨水管渠内各管段的设计流量是按照相应于该管段的集水时间的设计暴雨强度来计算的,所以在一般情况下,各管段的最大流量就不大可能在同一时间内发生。如图4-4所示,管段AB的最大流量是发生在t=t1时,其管径按满流设计为DAB。而管段BC的最大流量是发生在t=t1+tA-B时,其管径按满流设计为DB-C。当DAB出现最大流量时,此时的DB-C只是部分满流,当管段BC内达到最大流量时,其上游管段AB的最大流量已过;由于暴雨强度q一般随历时而减少,此时(t=t1+tA-B时)管段AB的流量显然降低,而DAB是不变的,所以在沿AB长度内的管道断面就
11、出现了没有充满(chngmn)水的空隙面积x,在DAB内形成一定的富裕空间,即为管道内的空隙容量。图图4-44-4雨水管段剖面雨水管段剖面(pumin)(pumin)第11页/共46页第十一页,共46页。上述表明,当任一管段发生设计流量时,其他管段都不是满流(特别是上游管段),所以可设想利用此上游管段存在的空隙容量,使一部分水量暂时贮存在此空间内,而起到调蓄管段内最大流量的作用,从而可以降低其高峰流量,减小管渠断面尺寸,降低工程造价。然而这种调蓄作用,只有在当该管段内水流处于压力流条件下,才可能实现。因为只有处于压力流的管段的水位高于其上游管段未满流时的水位足够大时,才能在此水位差作用下形成回
12、水,迫使水流逐渐向上游管段空隙处流动而充满其空隙。由于这种水流回水造成的滞流状态,使管道内实际(shj)流速低于设计流速,也就是使管内的实际(shj)水流时间t2增大。为了利用这一原因产生的管道调蓄能力,可用大于l的系数乘以用满流时流速算得的管内流行时问t2。第12页/共46页第十二页,共46页。根据苏联列宁格勒公用事业研究院的空隙容量计算理论,该系数为1.67。综上所述,折减系数m实际是苏林系数与管道调蓄利用系数两者的乘积。我国室外(sh wi)排水设计规范建议折减系数的采用为:暗管m=2,明渠m=1.2。在陡坡地区,暗管的m=1.22。第13页/共46页第十三页,共46页。3 3径流系数径
13、流系数1 1)径流系数的定义:)径流系数的定义:降降落落在在地地面面上上的的雨雨水水,一一部部分分(b(b fen)fen)被被植植物物和和地地面面的的洼洼地地截截留留,一一部部分分(b(b fen)fen)渗渗入入土土壤壤,只只有有部部分分(b(b fen)fen)沿沿地地面面流流入入雨雨水水管管渠渠,这这部部分分(b(b fen)fen)进进入入雨雨水水管管渠渠的的雨雨水水量量称称做做径径流流量量。径径流流量量与与降雨量的比值称径流系数,其值常小于降雨量的比值称径流系数,其值常小于l l。第14页/共46页第十四页,共46页。2 2)径流系数的影响因素:)径流系数的影响因素:(1)(1)降
14、降雨雨(jin(jin y)y)条条件件 包包括括强强度度、历历时时、雨雨峰峰位位置置、前期雨量、强度递减情况、全场雨量,年雨量等;前期雨量、强度递减情况、全场雨量,年雨量等;(2)(2)地地面面条条件件 包包括括覆覆盖盖、坡坡度度、汇汇水水面面积积及及其其宽宽长长比比、地下水位、管渠疏密等。地下水位、管渠疏密等。降降雨雨(jin(jin y)y)因因素素中中的的前前期期雨雨量量,对对径径流流系系数数的的影影响响比较突出。比较突出。各种单一覆盖径流系数按下表各种单一覆盖径流系数按下表4-14-1采用。采用。第15页/共46页第十五页,共46页。表表4-1 4-1 单一单一(dny)(dny)覆
15、盖径流系数覆盖径流系数 覆 盖 种 类径 流 系 数各种屋面、混凝土和沥青路面大块石铺砌路面、沥青表面处理的碎石路面级配碎石路面 干砌砖石和碎石路面非铺砌土地面绿地和草地O.90O.600.45O.40O.30O.15第16页/共46页第十六页,共46页。各城市应参照降雨因素、地面因素等各种具体条件,根据单一覆盖径流系数用加权平均计算(j sun)综合径流系数采用,表4-2数据可作参考。表4-2 综合径流系数不 透 水 覆 盖 面 积 情 况综合径流系数1建筑稠密的中心区(不透水覆盖面积70)0.6O.82建筑较密的居住区(不透水覆盖面积5070)0.50.73 建筑较稀的居住区(不透水覆盖面
16、积3050)0.4O.64建筑很稀的居住区(不透水覆盖面积30)O.30.5注注:上上表表中中不不透透水水覆覆盖盖面面积积情情况况(qngkung)(qngkung)的的l l、2 2及及3 3一一般般相相当当市市区区,4 4相相当当郊郊区。区。第17页/共46页第十七页,共46页。第二节第二节 城镇雨水沟道的设计城镇雨水沟道的设计一、雨水沟道设计的原则一、雨水沟道设计的原则 (1)(1)尽量利用池塘、河浜受纳地面径流,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。受纳水体最大限度地减少雨水沟道的设置。受纳水体周围的地面径流可直接周围的地面径流可直接(zhji)(zhji)借地
17、面排入借地面排入水体。水体。(2)(2)利用地形,就近排入地面水体。雨水利用地形,就近排入地面水体。雨水径流的水质和地面情况有关,初期径流的污径流的水质和地面情况有关,初期径流的污染较大。近年来,国外个别地区计划处理初染较大。近年来,国外个别地区计划处理初期径流,但通常都直接期径流,但通常都直接(zhji)(zhji)排入水体。排入水体。雨水沟道应充分利用地形,就近排放地面水雨水沟道应充分利用地形,就近排放地面水体,以降低造价。体,以降低造价。(3)(3)考虑采用明沟。明沟造价低。在建筑考虑采用明沟。明沟造价低。在建筑物密度较高,交通繁忙的地区,可以采用加物密度较高,交通繁忙的地区,可以采用加
18、盖明沟。盖明沟。(4)(4)尽量避免设置雨水泵站。雨水泵站的尽量避免设置雨水泵站。雨水泵站的投资很大,用电量也很大,可能冲击正常用投资很大,用电量也很大,可能冲击正常用电。电。(5)(5)管道在检查井内连接,一般采用管顶管道在检查井内连接,一般采用管顶平接,不同断面管道必要时也可采用局部管平接,不同断面管道必要时也可采用局部管段管底平接,但在任何情况下进水管底不得段管底平接,但在任何情况下进水管底不得低于出水管底。低于出水管底。(6)(6)在有条件的地方,应考虑两个管道系在有条件的地方,应考虑两个管道系统之间的连通。统之间的连通。第18页/共46页第十八页,共46页。(7)明渠(mn q)与暗
19、管的连接:1)明渠(mn q)接入暗管,一般有跌差,其护砌做法以及端墙、格栅等均按进水口处理,见图4-5。图4-5 明渠(mn q)接入暗管示意第19页/共46页第十九页,共46页。图4-6 暗管接入明渠(mn q)示意 2)暗管接入明渠,应考虑(kol)淤积问题,也宜安排适量跌差,其端墙及护砌做法按出水口处理,见图4-6。第20页/共46页第二十页,共46页。(8)明渠与桥涵连接:明渠连接桥涵,要考虑水流断面收缩、流速变化等因素造成水面壅高的影响,必要时需对桥涵的过水能力进行核算。桥涵过水断面,应按明渠水面达到设计超高时的泄水量计算。桥涵流水面可适当低于渠底,对于管涵,其降低高度宜为0.20
20、O.25倍管径,降低部分不计入过水断面。桥涵上游和下流的一段明渠应加铺砌,以防冲刷。(9)明渠穿过洼地和高地:1)明渠穿过洼地,应尽可能允许洼地的雨水排入。需顺渠身筑堤时,宜按土质情况决定其内外边坡,堤顶宽度不小于0.5米。2)明渠避免穿过高地,当不得已需局部穿过时,应通过(tnggu)技术经济比较,然后再定该段采用明渠还是暗渠第21页/共46页第二十一页,共46页。二、雨水沟道系统的平面布置二、雨水沟道系统的平面布置 (1)(1)雨雨水水沟沟道道的的平平面面布布置置,应应根根据据城城市市规规划划和和建建设设情情况况,考考虑虑利利用用河河湖湖水水体体与与洼洼地地调调蓄蓄雨雨水水,把把地地形形条
21、条件件、地地下下水水位位以以及及原原有有的的和和规规划划的的地地下下设设施施、施施工工条条件件等等因因素素综综合考虑、合理布置、分期建设、逐步完善。合考虑、合理布置、分期建设、逐步完善。(2)(2)在在平平坦坦地地区区,干干沟沟应应设设在在流流域域的的中中部部,以以减减少少两两侧侧支支沟沟长长度度,免免得得干干沟沟埋埋深深过过大大,增增加加造造价价;在在陡陡坡坡地地区区,为为避避免免因因沟沟道道坡坡度度太太陡陡而而设设跌跌水水窨窨井井等等特特殊殊构构筑筑物物,使使干干沟与等高线斜交,以适当减少干沟坡度。沟与等高线斜交,以适当减少干沟坡度。沟沟系系定定线线还还需需注注意意设设在在地地质质(dzh
22、)(dzh)良良好好地地段段,沿沿线线的特殊构筑物要少,使施工简易,降低造价,也便于养护。的特殊构筑物要少,使施工简易,降低造价,也便于养护。(3)(3)雨雨水水沟沟系系常常沿沿道道路路铺铺设设,设设在在道道路路中中线线的的一一侧侧,与与道道路路相相平平行行,尽尽量量在在快快车车道道以以外外。雨雨水水口口的的设设置置位位置置,要要配合道路边沟,在道路交叉口处,雨水不应漫过路面。配合道路边沟,在道路交叉口处,雨水不应漫过路面。第22页/共46页第二十二页,共46页。三雨水沟道水力学设计的准则三雨水沟道水力学设计的准则 雨雨水水沟沟道道的的水水力力学学设设计计,可可按按室室外外排排水水设设计计规规
23、范进行:范进行:(1)(1)管管道道按按满满流流设设计计,明明沟沟应应留留超超高高,不不小小于于0.2 0.2 m m;(2)(2)最小设计流速为最小设计流速为0.75 m/s0.75 m/s,明沟为,明沟为0.4 m/s0.4 m/s;(3)(3)管管道道可可不不(k(k b)b)考考虑虑最最大大流流速速,明明沟沟的的最最大大流流速可按表速可按表4-34-3采用;采用;(4)(4)最最小小管管径径300mm300mm,最最小小坡坡度度0.0030.003;雨雨水水口口连连接接管管径管管径200mm200mm,最小坡度,最小坡度0.010.01;(5)(5)雨水沟道流速公式:雨水沟道流速公式:
24、(6)(6)管管段段衔衔接接一一般般用用管管顶顶平平接接,当当条条件件不不利利时时也也可可用用管底平接;管底平接;(7)(7)最最小小覆覆土土厚厚度度,在在车车行行道道下下时时,一一般般不不小小于于0.7m0.7m,基础应设在冰冻线以下;,基础应设在冰冻线以下;第23页/共46页第二十三页,共46页。表表4-3 4-3 明沟明沟(mnggu)(mnggu)最大设计流速最大设计流速沟壁材料最大设计流速(m/s)沟壁材料最大设计流速(m/s)粗砂或贫砂质粘土砂质粘土粘 土石灰岩、砂岩0.8l1.24草皮护面干砌块面浆砌块石或浆砌砖混凝土1.6234注:上表(shn bio)运用于明沟水深在0.41
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