雨水管渠系统的设计雨水管渠系统的组成n雨水口n雨水管渠n检查井n出水口n雨水泵站雨水管渠系统的任务及时地汇集并排出暴雨形成的地面径流。以保障城市人民的生命财产的安全及工农业生产的正常进行，达到既合理又经济的要求。雨水管渠的主要设计内容n收集基础资料n确定当地的暴雨强度公式n确定设计参数n划分排水流域n雨水管渠的定线n计算设计流量和进行管渠的水力计算n绘制管渠的平面图及纵剖面图雨量分析n目的确定降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的关系，以此作为雨水设计管渠设计的依据，估算排水管渠断面的尺寸 。分析要素分析要素 降雨量降雨历时暴雨强度降雨面积及汇水面积降雨频率和重现期n降雨量：降雨的绝对量，指某场降雨落 在不透水平面上的水层深度。v年平均降雨量v月平均降雨量v年最大日降雨量 n降雨历时：连续降雨的时段n降雨面积：降雨所笼罩的面积n汇水面积：雨水管渠汇集雨水的面积暴雨强度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。工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示积表示q(L/haq(L/ha s) s)。n降雨频率：等于或大于某特定值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比。n降雨重现期：等于或大于某特定值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间。暴雨强度公式q:q:设计暴雨强度（设计暴雨强度（L/sha) P:L/sha) 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：地方参数地方参数确定暴雨强度公式的步骤收集当地气象台的自记雨量记录（一般 不少于10年） 对雨量资料进行统计根据pit关系求解b、n、A1、c各个 参数，得到当地暴雨强度公式 计算抽样误差和暴雨公式均方差 雨水管渠设计流量的确定雨水管渠设计流量计算公式（极限强 度法）：Q = q F式中：Q雨水设计流量( L/s )径流系数，其数值小于1；F汇水面积(ha)q设计暴雨强度( L/(sha) )雨水径流成因n地面点上的产流过程植物截留 降雨 余水 地面径流土壤渗流n流域上的汇流过程流域：沟、溪 地面径流 低洼处 江河 城市：雨水管渠 地面径流 雨水口 江河极限强度法原理 承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性汇水面积的增长与降雨历时成正比汇水面积随降雨历时的增长较降雨强度随降雨历时增长而减小的速度更快 当t0时，t增大，F不变，q减小，Q减小 极限强度理论的内容n当汇水面积上最远点的雨水达集流点时，全面积汇流，雨水管渠的流量最大。n当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水达集流点的集流时间时，雨水管道的雨量最大。假设条件降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变汇水面积随集流时间增长的速度为常数 雨水管段的设计流量计算各管段的雨水设计流量等于该管段承担的所有汇各管段的雨水设计流量等于该管段承担的所有汇 水面积和设计暴雨强度的乘积。水面积和设计暴雨强度的乘积。集水时间的确定t=t1+mt2t1:地面集水时间t2:管内雨水流行时间m:折减系数 地面集水时间t1的确定 影响因素：地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、水流路程、道路纵坡和宽度、暴雨强度等。室外排水设计规范规定：一般采用t1=515min。 管渠内雨水流行时间t2的确定 L：各管段的长度(m)；v：各管段满流时的水流速度(m/s)；60：单位换算系数，1min=60s 折减系数m值的确定 按极限强度法计算的重力流雨水管道存在空隙容量。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。室外排水设计规范建议：暗管m=2.0，明渠m=1.2。在陡坡地区，暗管m=1.22.0。 径流系数的确定影响因素：影响因素：地面覆盖情况地面覆盖情况、地面坡度、地貌、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时、暴雨强度、暴雨雨型等暴雨强度、暴雨雨型等 v平均径流系数vv区域综合区域综合径流系数径流系数一般市区的综合径流系数取一般市区的综合径流系数取=0.5=0.50.80.8，郊区取郊区取=0.4=0.40.60.6 设计重现期的确定影响因素：汇水面积的地面建设性质、地形特点、汇水面 积和气象特点等。 重现期一般选用0.53a，对于重要地区，一 般选用25a。在同一个排水系统中可采用同一个设计重现 期或不同的设计重现期。 特殊情况雨水设计流量的计算当汇水面积的轮廓形状很不规则，即汇水面积呈畸形增长时（包括几个相距较远的独立区域雨水的交汇）；汇水面积地形坡度变化较大或汇水面积各部分径流系数有显著差异时，就可能发生管道的最大流量不是发生在全部面积参与径流时，而发生在部分面积参与汇流时。处理方法：计算各种可能情况下的雨水设计流量，取最大值径流调节设置调节池可供利用的调节池有：天然洼地、谷塘或池塘，以及人工修建的调节池。调节水池常用的布置形式 n溢流堰式调节水池设置在干管一侧，有进水管和出水管。 进水管较高，出水管较低 底部流槽式调节水池底部流槽式调节水池 当进水量小于出水量时，雨水经设在池最底部的当进水量小于出水量时，雨水经设在池最底部的 渐缩断面流槽全部流入下游干管而排走。渐缩断面流槽全部流入下游干管而排走。当进水量大于出水量时，池内水位逐渐上升，直当进水量大于出水量时，池内水位逐渐上升，直 到进水量减少至小于下游干管的通过能力时，到进水量减少至小于下游干管的通过能力时，池内水位才逐渐下降，至排空为止池内水位才逐渐下降，至排空为止 调节池容积的计算调节池内最高水位与最低水位之间的容积为有效调节容积：调节池上游干管设计流量（m3/s）：相应于Qmax时的设计降雨历时（s）：下游干管设计流量的降低系数调节池下游干管设计流量计算 QQ：调节池下游干管汇水面积上的雨调节池下游干管汇水面积上的雨水水 设计流量设计流量 校核调节池的放空时间出水管管径的估算：V=5001000m3 D=150250mmV=10002000m3 D=200300mm放空时间按照水力学中变水头下的非稳定流进行放空时间按照水力学中变水头下的非稳定流进行计算，不得超过计算，不得超过24h 24h ，然后按照调节池放空时间要然后按照调节池放空时间要求校核选用的出水管管径是否满足求校核选用的出水管管径是否满足 雨水管渠系统的设计和计算雨水管渠系统平面布置原则l利用地形排水地形坡度较大地区：雨水管布置在地形洼处或溪谷线上地形坡度较大地区：雨水管布置在地形洼处或溪谷线上地形平坦地区：雨水管布置在排水流域中间地形平坦地区：雨水管布置在排水流域中间出水口形式出水口形式分散出水口：雨水排入池塘或小河分散出水口：雨水排入池塘或小河集中出水口集中出水口河流水位变化大的地区河流水位变化大的地区地形平坦地区地形平坦地区雨水管道布置与城市规划相协调雨水管道布置与城市规划相协调雨水管道平行道路布置处理协调好雨水管道与地下构筑物及其它 管线的相交l合理布置雨水口雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、 低洼处低洼处道路上平均间隔道路上平均间隔303080m80m应设置一雨水口应设置一雨水口l有条件时应尽量采用明渠排水城郊或新建工业区、建筑密度低的地区及交通城郊或新建工业区、建筑密度低的地区及交通 量小的地区量小的地区尽量采用道路边沟排水以减少管道用量尽量采用道路边沟排水以减少管道用量设置排洪沟排出雨洪径流设置排洪沟排出雨洪径流设计充满度管道设计充满度按满流考虑明渠超高0.20m街道边沟超高0.03m雨水管渠水力计算的设计参数 设计流速设计流速最小流速：最小流速：管道管道0.75m/s0.75m/s明渠明渠0.40m/s0.40m/s最大流速：最大流速：管道：金属管道管道：金属管道10m/s10m/s非金属管道非金属管道5m/s 5m/s 最小管径及最小设计坡度雨水管道：DNmin=300imin=0.003雨水口连接管：DNmin=200imin=0.010最大埋深干燥土壤：干燥土壤：7 78m8m多水、流沙、石灰岩地层：多水、流沙、石灰岩地层：5m5m管道衔接方式管顶平接雨水管渠水力计算方法已知条件：n、Q未知条件：i参照地面坡度或相应管径的最小坡 度，假定管底坡度D、v 从水力计算图或表中求得公式公式雨水管渠系统的设计步骤 收集和整理设计地区的各种原始资料划分排水流域和管道定线 划分设计管段 划分并计算各设计管段的汇水面积 确定各排水流域的平均径流系数值 确定设计重现期P、地面集水时间t1 求单位面积径流量q0 列表进行雨水干管及支管的水力计算 绘制雨水管道平面图及纵剖面图 洋河镇雨水设计基础资料洪水位：16.5m常水位：14.3m暴雨强度公式123456立体交叉道路排水尽量缩小汇水面积取用较高的排水设计标准雨水口的布设位置要便于拦截径流管道布置应于其它市政管道综合考虑适当加大管道断面设置排水及降低地下水位的措施排洪沟的设计与计算设计防洪标准u一般以洪峰流量计算的设计频率表示u根据城市、工厂的性质，规模大小、受淹后损失和修复难易等因素综合考虑确定u一般设计重现期为10100a设计洪峰流量u洪水调查法：深入现场，勘察洪水位的 痕迹，推出它发生的频率，选择和测量 河槽断面。Q = A vu推理公式法适用于流域面积为4050km2的地区，以及山区 城镇。：洪峰径流系数洪峰径流系数 S S：暴雨雨力暴雨雨力(mm/h) F(mm/h) F：流域面积流域面积 ：流域的集流时间流域的集流时间(h) n (h) n ：暴雨强度衰减系数暴雨强度衰减系数u地区性经验公式F:F:流域面积流域面积K K、n n：随地区及洪水频率而变化的系数和随地区及洪水频率而变化的系数和指数指数设计原则u在设计流量确定后，渠线走向应多方案比较u合理利用地形坡度排水u排洪沟的布置应与城镇或厂区的总体规划密切配合u充分利用原有的天然沟道u渠线走向应选在地形较平缓，地质稳定地带，并要 求渠线短u最好将水导至城市下游，以减少河水顶托u尽量避免穿越铁路和公路u尽量减少弯道u排洪沟采用明渠还是暗管要视具体情况而定设计要求u平面布置要求进口形式进口形式直插直插式式侧流堰式侧流堰式进口布置要创造良好的导流条件，一般布置进口布置要创造良好的导流条件，一般布置 成喇叭口形成喇叭口形进口段长度不得小于进口段长度不得小于3m3m，可取渠中水深的可取渠中水深的5 5 1010倍。倍。u出口段要使水流均匀平缓扩散，防止冲刷。应设置于地形地质良好的地段，并采取 护砌措施。当排洪沟直接排入河道时，出口宜逐渐 加宽成喇叭口形状。当排洪沟穿越防洪堤时，应在出口设置 涵洞。u联结段尽量布置成直线，若有弯道，要保证转 弯处良好的水流条件。排洪沟的宽度发生变化时应设渐变段， 以防引起冲刷和涡流现象，渐变段长度 可取底宽差的520倍。排洪沟穿越道路应设桥涵。 u纵坡的确定根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以 及冲淤情况等条件确定，通常不小于1。纵坡过大，需设置跌水或陡槽。 u最大流速防止山洪对沟底及沟壁的冲刷。排洪沟不同的铺砌其最大设计流速也不同 。u最小流速防止排洪沟产生淤积。 u排洪沟的断面形式、材料及其选择断面形式：矩形或梯形最小断面尺寸：BH0.4m 0.4m铺砌材料：片石或块石排洪沟的水力计算u排洪