*1Free template from www.brainybetty.com第第9 9章章 雨水管渠系统设计计算雨水管渠系统设计计算9 91 1 雨量分析与暴雨强度公式雨量分析与暴雨强度公式9 92 2 雨水管渠设计流量计算雨水管渠设计流量计算9 93 3 雨水管渠设计与计算雨水管渠设计与计算9. 4 9. 4 雨水径流调节雨水径流调节9. 5 9. 5 城市防洪设计城市防洪设计9. 6 9. 6 合流制排水管渠的设计计算合流制排水管渠的设计计算21 1确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线；确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线；2 2划分排水流域，进行雨水管渠的定线；划分排水流域，进行雨水管渠的定线；3 3划分设计管段，计算各设计管段雨水设计流划分设计管段，计算各设计管段雨水设计流量；量；4 4进行管渠的水力计算，确定各设计管段的管进行管渠的水力计算，确定各设计管段的管径、坡度、标高及埋深。径、坡度、标高及埋深。5 5绘制管渠平面图及纵剖面图。绘制管渠平面图及纵剖面图。雨水管渠设计的主要内容包括：雨水管渠设计的主要内容包括：39 91 1 雨量分析与暴雨强度公式雨量分析与暴雨强度公式雨水设计流量是雨水管渠系统设计的依据。由于雨水设计流量是雨水管渠系统设计的依据。由于雨水径流的特点是流量大而历时短，因此应对雨量进雨水径流的特点是流量大而历时短，因此应对雨量进行分析，以便经济合理地推算暴雨量和径流量，作为行分析，以便经济合理地推算暴雨量和径流量，作为雨水管渠的设计流量。雨水管渠的设计流量。9.1.1 9.1.1 雨量分析雨量分析降雨现象的分析降雨现象的分析，是用降雨量、暴雨强度、降，是用降雨量、暴雨强度、降雨历时、降雨面积和重现期等因素来表示降雨的特雨历时、降雨面积和重现期等因素来表示降雨的特征。征。4（1 1）降雨量）降雨量降雨量降雨量是指降雨的绝对量，是用降雨深度是指降雨的绝对量，是用降雨深度 H H（mmmm ）表示，也可用单位面积上的降雨体积（）表示，也可用单位面积上的降雨体积（L/haL/ha）表示）表示 。在研究降雨时，很少以一场雨为对象，而常用单位。在研究降雨时，很少以一场雨为对象，而常用单位 时间表示：时间表示：1 1）年平均降雨量年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨：指多年观测所得的各年降雨 量的平均值。量的平均值。2 2）月平均降雨量月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨：指多年观测所得的各月降雨 量的平均值。量的平均值。3 3）年最大日降雨量年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中：指多年观测所得的一年中 降雨量最大一日的绝对量。降雨量最大一日的绝对量。5（3 3）降雨历时和降雨强度（暴雨强度）降雨历时和降雨强度（暴雨强度）是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部的时是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部的时间，也可以指其中个别的连续时段。用间，也可以指其中个别的连续时段。用 t t表示，单表示，单位以位以 minmin或或 h h计，从自计雨量记录纸上直接读得。计，从自计雨量记录纸上直接读得。降雨强度是指某一连续降雨时段内的平均降雨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，用量，即单位时间的平均降雨深度，用 i i表示。表示。6（mm/min）在工程上统计的降雨多属暴雨性质，故称暴雨强度，常用单位时间内单位面积上的降雨体积 q（L/sha）表示。q与 i之间的换算关系为：q167i式中 167-换算系数。7暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，也是确暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，也是确定雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中，暴定雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中，暴雨强度是随降雨历时变化的。所取的降雨历时长，雨强度是随降雨历时变化的。所取的降雨历时长，则与该历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的则与该历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。在推求暴雨强度公式时，降雨历时常采暴雨强度。在推求暴雨强度公式时，降雨历时常采用用5 5、1010、1515、2020、3030、4545、6060、9090、120 min 9120 min 9个个时段。在分析暴雨资料时，必须选用对应各降雨历时段。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。由于在各降雨历时内每个时刻的时的最大降雨量。由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的，所以计算出的各历时的暴雨暴雨强度也是不同的，所以计算出的各历时的暴雨强度称为最大平均暴雨强度。强度称为最大平均暴雨强度。8（4 4）暴雨强度频率）暴雨强度频率 对应于特定降雨历时的暴雨强度的出现次数对应于特定降雨历时的暴雨强度的出现次数 服从一定的统计规律，可以通过长期的观测服从一定的统计规律，可以通过长期的观测 数据计算某个特定的降雨历时的暴雨强度出数据计算某个特定的降雨历时的暴雨强度出 现的经验频率，简称暴雨强度频率。现的经验频率，简称暴雨强度频率。9（5 5）暴雨强度重现期）暴雨强度重现期 暴雨强度重现期是指在多次的观测中，事件 数据值大于等于某个设定值重复出现的平均 间隔年数，单位为年 (a)。 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 设计重现期大于支管，工业区采用的设计重现期大于居住区；市区 采用的设计重现期大于郊区。 重现期的最小值不宜低于0.33年；重要干道、重要立交路口或短 期积水即能引起较严重损失的地区，选用的重现期可达1020年。 在同一排水系统中可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般 采用0.53年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后 果的地区，一般采用35年，并应与道路设计协调。特别重要的地 区或次要地区可根据实际情况酌情增减。 104 4降雨面积和汇水面积降雨面积和汇水面积 （1 1）降雨面积）降雨面积是指降雨所笼罩的面积，即降雨是指降雨所笼罩的面积，即降雨 的范围。的范围。 （2 2）汇水面积）汇水面积是指雨水管渠汇集雨水的面积，是指雨水管渠汇集雨水的面积， 用用 F F表示，以公顷或平方公里为表示，以公顷或平方公里为 单位（单位（haha或或kmkm2 2）。）。任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相 等的，但在城镇雨水管渠系统设计中，设计管渠的汇等的，但在城镇雨水管渠系统设计中，设计管渠的汇 水面积较小，一般小于水面积较小，一般小于100 km100 km2 2，其汇水面积上最远，其汇水面积上最远 点的集水时间不超过点的集水时间不超过60 min60 min到到120 min120 min，这种较小的，这种较小的 汇水面积，在工程上称为汇水面积，在工程上称为小汇水面积小汇水面积。在小汇水面积。在小汇水面积 上可忽略降雨的非均匀分布，认为上可忽略降雨的非均匀分布，认为各点的暴雨强度都各点的暴雨强度都 相等。相等。 115 5降雨的频率和重现期降雨的频率和重现期 （1 1）暴雨强度的频率）暴雨强度的频率某一大小的暴雨强度出现的可能性是不能预知的某一大小的暴雨强度出现的可能性是不能预知的 ，只能通过对以往大量观测资料的统计分析，计算其，只能通过对以往大量观测资料的统计分析，计算其 发生的频率，才能推求其今后发生的可能性。发生的频率，才能推求其今后发生的可能性。某特定值暴雨强度的某特定值暴雨强度的频率是指等于或大于该值的是指等于或大于该值的 暴雨强度出现的次数暴雨强度出现的次数 m m与观测资料总项数与观测资料总项数 n n之比的百之比的百 分数，即：分数，即：% %nn观测资料总项数观测资料总项数 mm暴雨强度出现的次数暴雨强度出现的次数 12若每年只选一个雨样，称为年频率式若每年只选一个雨样，称为年频率式 n n = = N N， % %NN降雨观测资料的年数降雨观测资料的年数 若平均每年选入若平均每年选入 M M个雨样数，称为次频率式。个雨样数，称为次频率式。n n = = N NM M， M每年选入的平均雨样数 13这一定义是假定降雨观测资料年限非常长，可代这一定义是假定降雨观测资料年限非常长，可代表降雨的整个历史过程。但实际上是不可能的，只能表降雨的整个历史过程。但实际上是不可能的，只能取得一定年限内的暴雨强度值，因而取得一定年限内的暴雨强度值，因而n n是有限的。按是有限的。按上式求得的暴雨强度的频率，只能反映一定时期内的上式求得的暴雨强度的频率，只能反映一定时期内的经验，不能反映整个降雨的规律，故称为经验，不能反映整个降雨的规律，故称为经验频率经验频率。因此，水文计算常采用公式因此，水文计算常采用公式 计算计算年频率，用公式年频率，用公式 计算次频率。观计算次频率。观测资料的年限愈长，经验频率出现的误差也就愈小。测资料的年限愈长，经验频率出现的误差也就愈小。14我国现行我国现行室外排水设计规范室外排水设计规范规定，在编制暴规定，在编制暴雨强度公式时必须具有雨强度公式时必须具有10 a10 a以上自计雨量记录。在自以上自计雨量记录。在自计雨量记录纸上，按降雨历时为计雨量记录纸上，按降雨历时为 5 5、1010、1515、2020、3030、4545、6060、9090、120 min120 min，每年每个历时选择，每年每个历时选择 6 68 8场场最大暴雨记录，计算其暴雨强度值，然后不论年次，最大暴雨记录，计算其暴雨强度值，然后不论年次，将每个历时的暴雨强度按大小次序排列，再从中选择将每个历时的暴雨强度按大小次序排列，再从中选择资料年数的资料年数的 3 34 4倍的最大值，作为统计的基础资料倍的最大值，作为统计的基础资料。15（2 2）暴雨强度的重现期）暴雨强度的重现期某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值 的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，一般用的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，一般用 P P表示，以年为单位，按如下公式进行计算：表示，以年为单位，按如下公式进行计算：式中式中 P P - - 暴雨强度的重现期（暴雨强度的重现期（a a）；）；N N - - 资料记录的年限（资料记录的年限（a a）；）；m m - - 等于或大于某特定值的暴雨强度出现等于或大于某特定值的暴雨强度出现的次数。的次数。 重现期重现期 P P与年频率与年频率 PnPn互为倒数，即互为倒数，即169 91 12 2 暴雨强度公式暴雨强度公式暴雨强度公式是在各地自计雨量记录分析整理暴雨强度公式是在各地自计雨量记录分析整理的基础上，按照我国现行的基础上，按照我国现行室外排水设计规范室外排水设计规范规规定的方法推求出来的。暴雨强度公式是暴雨强度定的方法推求出来的。暴雨强度公式是暴雨强度 i i（或（或q q）、降雨历时）、降雨历时 t t、重现期、重现期 P P三者间关系的数三者间关系的数学表达式，是雨水管渠的设计依据。我国常用的暴学表达式，是雨水管渠的设计依据。我国常用的暴雨强度公式为：雨强度公式为：17式中式中 q q 设计暴雨强度（设计暴雨强度（L/shaL/sha）；）；P P 设计重现期（设计重现期（a a）；）；t t 降雨历时（降雨历时（minmin）；）；A A1 1、c c、b b、n n 地方参数，根据统计方法计算地方参数，根据统计方法计算 确定。确定。我国我国给水排水设计手册给水排水设计手册第第5 5册收录了我国若册收录了我国若干城市的暴雨强度公式，统计时可