第九章雨水沟道设计.

一、概念：雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物组成的一整套工程设施。二、设计目的：及时汇集并排除暴雨形成的地面径流第一节概述三、设计的主要内容：•确定当地暴雨强度公式•划分排水区域，进行雨水管渠的定线，确定可能设置的调节池、泵站位置•根据当地气象与地理条件，工程要求等确定设计参数计算设计流量和进行水力计算，确定每一设计管段的断面尺寸、坡度、管底标高及埋深•绘制管渠平面图和纵剖面图。第二节雨水径流量的估算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一、雨量分析的几个要素•降雨量(h)：•降雨的绝对量，有年平均降雨量、月平均降雨量和年最大日降雨量(mm或者L/ha);•降雨历时(t)：•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(min或者h);min/mmthiiiq167601000100010000ha)(L/s•降雨强度(i或q)：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•降雨面积和汇水面积(A)：降雨面积指降雨所笼罩的面积；汇水面积指雨水管渠汇集雨水的面积(ha或km2)雨量筒雨量筒1．先用薄铁皮做一个圆柱形的筒，再做一个圆筒状的漏斗。漏斗口高10cm。漏斗内壁衬一条薄铁皮，高出口子3~4mm，内直外斜，以防雨水溅失。薄铁皮漏斗的直径约为20cm。2．圆筒内放一个玻璃储水瓶，将漏斗放在圆筒上，这样漏斗承接的降水全部流入瓶内。另外再配置一只雨量杯，用于测定降水量。3．如果没有雨量杯，可以找一个直筒的玻璃瓶，瓶子外壁垂直贴一条白胶布。向气象站借一只雨量杯，量出1mm高的降水倒入玻璃瓶内，在白胶布上画出1mm降水的刻度。用同样的方法可以画出2mm、3mm……的刻度。mm以下的刻度可以用等分法画出。画出刻度的雨量瓶就可以代替雨量杯了[图4-2-17-2（b）]。4．如果玻璃瓶口较大，就可以把漏斗直接放在玻璃瓶上，下雨后能从自制雨量杯的白胶布刻度上读出降水量。5．雨量筒应安置在观测场内，筒口要保持水平，离地面的高度为70cm。雨量筒6．降水量的测定方法：（l）测定降水量时，先取出雨量筒内的储水瓶，装上事先准备好的空储水瓶，并将存有降水的储水瓶带回屋内，用雨量杯量取降水。（2）读数时，雨量杯必须保持水平，视线要同量杯内的水面齐平，读取水面凹下去的最低点刻度线。读数要精确到小数点后一位。有时降水量很小，不到0.05mm，应记作0.0mm，表示有降水、但数量极微。如降水量不到0.1mm、但大于0.05mm，就记作O.lmm。（3）如果降水量大，一次量不完，可以分多次量，每次计量后要记录，并累计得出总降水量。（4）降水量观测一般一天2次。学校气象站可根据实际情况安排观测时间，如上午7时和下午5时。遇到特大阵雨时，在雨过之后就应立即测量，及时了解这次降水的强度。一、雨量分析的几个要素•降雨频率(Pn)和重现期(1/Pn):%100nmPn概念式：降雨频率是指等于或大于某指定暴雨强度值出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数。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。二、推理公式iAqAiAKqv167•雨水沟道设计流量一般采用的推理公式qv——雨水设计流量(L/s)A——汇水面积(ha)I——降雨强度(mm/min)Q——降雨强度(L/(s.ha))K——换算系数等于167Ψ——径流系数其数值小于1径流系数Ψ的确定径流系数的值因汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌等情况的不同而异。⑴平均径流系数Ψav式中：Fi——汇水面积上各类地面的面积（ha）；Ψi——相应于各类地面的径流系数；F——全部汇水面积（ha）。径流系数Ψ的确定⑵区域综合径流系数设计中也有采用区域综合径流系数。一般市区的综合径流系数Ψ=0.5～0.8，郊区的Ψ=0.4～0.6。024681004080120雨量h/mm0.000.040.080.120.1604080120降雨强度i/(mm./min)三、雨水沟道设计流量的估算•设计降雨强度(q、i)的确定1.降雨分析历时t/min降雨历时t/minΔh=1.3Δt=10Δt=30Δh=2.10.00.51.01.52.02.53.03.50306090120i(mm/min)t(min)三、雨水沟道设计流量的估算•设计降雨强度(q、i)的确定•雨量曲线和雨量公式•分析每一年的记录•整理每一年的降雨分析汇总表•编制降雨分析整理成果表和雨量曲线p=10p=5p=2p=1p=0.5•全国雨量公式表nbtpcAq)()lg1(1671式中:q——设计暴雨强度(L/(s·ha))；t——地面集水时间(min)；P——设计重现期(a)A1、c、b、n——地方参数。三、雨水沟道设计流量的估算全国雨量公式表序号省、自治区、直辖市城市暴雨强度公式q20资料年份及起止年份编制方法编制单位备注1安徽安庆198251954～1979安庆市市政工程管理处•设计降雨历时(t)的确定i降雨强度iu入渗率uh’余水历时径流历时h’hh降雨历时植物截流死水产流和汇流过程示意：三、雨水沟道设计流量的估算900年前的城市排水系统：江西赣州福寿沟三、雨水沟道设计流量的估算三、雨水沟道设计流量的估算•设计降雨历时(t)的确定极限强度理论：历时t等于汇水面积最远点雨水流达集流点的集流降雨时间，因此，设计暴雨强度q、降雨历时t、汇水面积A多是相应的极限值，这便是雨水管道设计的极限强度理论.•设计降雨历时(t)的确定1.设计计算：1A1街区一A雨水口BA2街区二2A3街区三c3421ttt602vLt11121Aiqv2221132)(iAAqv333221143)(iAAAqvt1——一般在5～15min式中: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•设计重现期(1/Pn)的确定重现期选用长些年(10年、5年)还是短些年(1年、0.5年)，主要看沟道溢流、地区积水造成的危害，其次是施工费用。三、雨水沟道设计流量的估算重现期与沟道溢流之间的关系•雨水沟道按满流设计，实际到达满流时还没有溢流•重现期相同的降雨强度并非同时发生在同一阵雨中下游沟段满流时，上游沟段并非满流，留有空间。•实际流量超过满流时，出现压力流，沟道的排水量将超过满流流量。三、雨水沟道设计流量的估算•降低设计流量的尝试集水时间的修正、自由容积的利用、压力流的利用设计降雨历时理论公式：21ttt设计降雨历时修正公式：21mttt折减系数:m≈1.8～2.2苏林系数m1：流行速度实际比设计小，m1≈1.2容积利用系数m2：满流不同时出现在各管段，可调蓄作用m2≈1.7规范m：暗管2、明渠1.2、陡坡地区暗管1.2～2.0三、雨水沟道设计流量的估算折减系数m值的确定m值：是根据我国对雨水管道空隙容量的理论研究成果提出的数据。折减系数m实际是苏林系数（1.2）与管道调蓄利用系数（1.7）两者的乘积。①苏林系数主要是考虑雨水管渠中的水流并非一开始就达到设计状况，而是随着降雨历时的增长逐渐形成满流，流速逐渐增大到设计流速。这样出现了按照满流时的设计流速计算所得到的雨水流行时间小于管渠内实际的雨水流行时间的情况。根据实测资料分析，大多数雨水管渠中实测值比计算值大20%左右。因此，采用1.2的系数（苏林系数）进行计算。②管道调蓄利用系数在一般情况下，各管段的最大流量不大可能在同一时间内发生，在上游管段中断面会出现一定的空隙容量。因此，可以缩小一定的管道排水断面尺寸使上游蓄水。我国《室外排水设计规范》建议折减系数采用值：暗管m=2.0，明渠m=1.2。在陡坡地区，暗管m=1.2~2.0。三、雨水沟道设计流量的估算•讨论1.雨水径流量的计算公式多是经验公式，精度不高2.径流系数(Ψ)的不准确性3.降雨强度的确定(q)的随意性：重现期1/Pn、集水时间t4.跟当地经济条件关系iAqAiAKqv167AbmttpCAn)()lg1(167211式中：A——汇水面积(ha)；t1——地面集水时间(min)；t2——管渠内雨水流行时间(min)；三、雨水沟道设计流量的估算雨水量公式100005FqQ36005FhQ——屋面雨水设计流量，L/s;——屋面设计汇水面积，m2；——当地降雨历时5min时的暴雨强度,L/（s•104m2）；——当地降雨历时5min时的小时降雨厚度,mm/h;——径流系数，0.9。QFq5h5ψ四、雨水排水系统的水力计算900年前的城市排水系统：江西赣州福寿沟检查井内接管方式135º能迅速及时将屋面雨水排至室外，屋面溢水频率低，室内管道不漏水，地面不冒水。密闭式系统优于敞开式系统，外排水系统优于内排水系统，堰流斗重力流排水系统安全可靠性较差。虹吸式系统泄流量大、管径小，造价最低，87斗重力流系统次之，堰流斗重力流系统管径最大，造价最高。屋面集水优先考虑天沟形式，雨水都置于天沟内；建筑屋面内排水和长天沟外排水一般宜采用重力半有压流系统；大型屋面的库房和公共建筑内排水，宜采用虹吸式有压流系统，檐沟外排水宜采用重力无压流系统。4.雨水排出系统选择一、雨水沟道平面布置第四节城镇雨水沟道的设计•充分利用地形，就近排入水体。分散出水口雨水管布置集中出水口雨水管布置•根据城市规划布置雨水管道1.根据建筑物分布，道路布置及街区内部的地形等布置雨水管道。使街区内绝大部分雨水排入街道低侧雨水管。2.雨水管应平行道路布设，且宜布置在人行道或者草地带下，而不宜布置在快车道下，以免积水时影响交通或维修时破坏道路路面，道路宽大于40m时，可考虑2侧设置雨水管。3.考虑与其它地下构筑物相互协调（排水管道与其它构筑物的最小净距可参阅附录3）。一、雨水沟道平面布置•设计充满度：管道h/d为1，明沟超≥0.20m，街道边沟超高≥0.03m。•设计流速：管道最小为0.75m/s，明沟最小为0.4m/s；金属管最大设计流速10m/s，非金属管最大设计5m/s明沟最大设计流速明渠类别最大设计流速（m/s）明渠类别最大设计流速（m/s）粗砂或贫砂质粘土0.8草皮护面1.6砂质粘土1干砌块面2粘土1.2浆砌块石或浆砌砖3石灰岩、砂岩4混凝土4•最小管径和最小设计坡度：最小管径300mm，最小坡度0.003；雨水口连接管径200mm，最小坡度0.01二、雨水沟道水力计算•雨水沟道流速公式：21321IRnv•管段衔接一般用管顶平接，条件不利时可用管底平接•最小覆土厚度：车行道0.7m，基础应设在冰冻线下三、雨水沟道平面布置•合理布置雨水口，以保证路面雨水排除畅通雨水口雨水口的设置布设位置汇水点截水点十字路口处应根据雨水径流情况布置雨水口。雨水口的设置数量依据：汇水面积产生的径流量截水点及来水量较小处——单箅雨水口汇水点及来水量较大处——双箅雨水口汇水距离较长、汇水面积较大的易积水地段——三箅、四箅或联合式雨水口雨水口的设置间距根据有关因素和实践经验确定，一般为25～50m。当道路纵坡大于0.02时，雨水口间距可大于50m。在低洼和易积水的地段，应根据需要适当增加雨水口的数量。雨水口的构造进水箅：铸铁或钢筋混凝土、石料制成。井筒：砖砌或用钢筋混凝土预制，也可为预制的混凝土管。连接管:连接雨水口与街道排水管渠检查井的管道。雨水口的形式雨水口的构造要求a、平箅雨水口箅面一般宜低于附近路面30～40mm，设在土面上时宜低50～60mm，四周路面或地面应平顺坡向雨水口，不得形成陡坎。b、雨水口串联时一般不宜多于3个。c、雨水口要保证进水量大，进水效果好。d、易于施工养护，构造简单，尽可能设计选用装配式的雨水口。e、安全卫生，平箅栅条间隙不大于30mm。•雨水沟道采用明渠或暗管应结合具体条件确定。暗管接入明渠明渠接入暗管三、雨水沟道平面布置1.暗管2.盖板渠3.明渠4.路边沟•设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流三、雨水沟道平面布置四、雨水