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第三节城市雨水工程系统规划主要内容雨水管渠系统布置的要求。基本概念和知识点雨水排水体制，雨水管渠系统布置原则，雨水口的布置要点，排洪沟的作用及设置要求。问题与应用（能力要求）具有进行城市雨水管渠系统布置及排洪沟的布置能力。雨水系统:雨水口、雨水管渠、检查井、出水口。任务：及时地汇集并排除暴雨形成的地面径流。3.1雨水管网布置3.1.1．充分利用地形，就近排入水体（1）基本原则：雨水管渠应尽量利用自然地形坡度布置，要以最短的距离靠重力流将雨水排入附近的池塘、河流、湖泊等水体中。（2）当地形坡度较大时，雨水干管布置在地形低处或溪谷线上；当地形平坦时，雨水干管布置在排水流域的中间，以便于支管接入，尽量扩大重力流排除雨水的范围。充分利用地形，就近排入水体．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。3.1.2．尽量避免设置雨水泵站当地形平坦，且地面平均标高低于河流的洪水位标高时，需将管道适当集中，在出水口前设雨水泵站，经抽升后排入水体。尽可能使通过雨水泵站的流量减到最小，以节省泵站的工程造价和经常运行费用。3.1.3．根据城市规划布置雨水管道通常应根据建筑物的分布，道路布置及街坊或小区内部的地形，出水口的位置等布置雨水管道，使街坊或小区内大部分雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道。雨水干管的平面和竖向布置应考虑与其它地下管线和构筑物在相交处相互协调，以满足其最小净距的要求。市区内如有可利用的池塘、洼地等，可考虑雨水的调蓄。在有连接条件的地方，可考虑两个管渠系统之间的连接。雨水管道应平行道路敷设，宜布置在人行道或绿化带下，不宜布置在快车道下，以免积水时影响交通或维修管道时破坏路面。当道路大于40m时，应考虑在道路两侧分别设置雨水管道。3.1.4．采用明渠或暗管的选择（1）暗管：在城市市区或厂区内，由于建筑密度高，交通量大，一般采用暗管排除雨水。特点----卫生条件好、不影响交通，造价高。（2）明渠：在城市郊区，建筑密度较低，交通量较小的地方，一般考虑采用明渠。特点---造价低；但明渠容易淤积，孳生蚊蝇，影响环境卫生，且明渠占地大，使道路的竖向规划和横断面设计受限，桥涵费用也增加。在地形平坦、埋设深度或出水口深度受限制的地区，可采用暗渠（盖板渠）排除雨水3.1.5．合理布置雨水口，保证路面雨水顺畅排除雨水口的布置应根据地形和汇水面积确定，以使雨水不致漫过路口。一般在道路交叉口的汇水点、低洼地段均应设置雨水口。此外，在道路上每隔25～50m也应设置雨水口。12312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此外，在道路路面上应尽可能利用道路边沟排除雨水，为此，在每条雨水干管的起端，通常利用道路边沟排除雨水，从而减少暗管长度约100～150m，降低了整个管渠工程的造价。3.1.6．雨水出水口的布置（1）分散出水口：当管道将雨水排入池塘或小河时，水位变化小，出水口构造简单，宜采用分散出水口。就近排放管线短、管径小，造价低。（2）集中出水口式：当河流等水体的水位变化很大，管道的出水口离常水位较远时，出水口的构造就复杂，因而造价较高，此时宜采用集中出水口式布置形式。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3.1.7．排洪沟的设置对于傍山建设的城市和厂矿企业，为了消除洪水的影响，除在设计地区内部设置雨水管道外，尚应考虑在设计地区周围或超过设计地区设置排洪沟，以拦截从分水岭以内排泄下来的洪水，并将其引入附近水体，以保证城市和厂矿企业的安全。3.1.8．调蓄水体的设置可调节洪峰流量。3.2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，作为雨水管渠的设计流量。雨量分析降雨现象的分析，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征。一、雨量分析的要素1、降雨量：指单位地面面积上，在一定时间内降雨的雨水体积。又称在一定时间内的降雨深度。用H（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha）表示。常用的降雨量统计数据计量单位有以下几种：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）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）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）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h3、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q=167ii与q两种表示方法的换算关系如下：1mm/min=10-3(m3/m2)/min=10-3(103L/m2)/min=1(L/m2)/min=1(L/min)/m2=10000(L/min)/hm2=10000/60（L/s.hm2）=167（L/s.hm2）决定雨水设计流量的主要因素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。累积降雨量60201201012345678910111213141516t(h)①在城市暴雨的推球过程中，经常采用的降雨历时为：5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min，特大城市可以用到180min最大平均暴雨强度降雨历时t(min)降雨量H(mm)暴雨强度I(mm/min)所选时段起止561.219：0719：121010.21.0219：0419：141512.30.8219：0419：192015.50.7819：0419：243020.20.6719：0419：344524.80.5519：0419：496029.50.4919：0420：049034.80.3919：0420：3412037.90.3219：0421：044、降雨面积：指降雨所笼罩的面积5、汇水面积：指雨水管渠汇集雨水的面积。单位常用hm2或km2。区域1F1区域2F2区域3F3任意场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的，但是雨水管渠的汇水面积较小，因此可假设降雨在整个小汇水面积内的分布是均匀的。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。6、暴雨强度的频率：是指在多次的观测中，等于或大于某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：Pn=m/n×100%式中：Pn=某值暴雨强度出现的频率m：将所有数据从大到小排序之后，某值暴雨强度所对应的序号n：降雨量统计数据的总个数n=N,Pn=m/n×100%=m/N×100%为年频率；n=NM,Pn=m/n×100%=m/NM×100%为次数频率。因此，水文计算常采用的公式为：Pn=m/（n+1）×100%6、暴雨强度的频率：①n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6~8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3~4倍的个数作为统计的基础资料。Pn=m/（n+1）×100%②某个暴雨强度的频率越小时，该暴雨强度的值就越大。7、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P=1/Pn①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。②重现期越大，降雨强度越大。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。确定设计重现期的因素有：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0.5~3年。重要的干道、区域，一般选用2~5年。二、暴雨强度公式nbtPcAq)()lg1(1671式中：q——设计暴雨强度，L/s.公顷；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：我国《给水排水设计手册》第5册收录了我国若干城市的暴雨强度公式，统计时可直接选用。目前尚无暴雨强度公式的城镇，可借用附近气象条件相似地区城市的暴雨强度公式。一、地面径流与径流系数1、径流系数：地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数Ψ，其值小于1。1径流量降雨量降雨量地面渗水量，雨水被地面吸收降雨量地面渗水量，余水（两者之差）在地面开始积水，产生地面径流3-3雨水管渠设计流量的确定2、径流系数Ψ的确定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：不同地面的径流系数Ψ值地面种类径流系数Ψ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：Ψav=∑Fi·Ψi/F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综合径流系数值城市市区0.5~0.8城市郊区0.4~0.6区域综合径流系数二、雨水管渠设计流量计算公式qFQ式中：Q——雨水设计流量，L/s；Ψ——径流系数，其数值小于1；F——汇水面积，公顷；q——设计暴雨强度，L/s.公顷。径流系数Ψ的确定:按照地面材料性质确定径流系数的经验数值。汇水面积F:与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长，参与径流的面积在增加，当全部流域参与径流时，进入雨水管渠中的流量就最大。暴雨强度q：与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长，暴雨强度降低。nbtPcAq)()lg1(1671三、流域上的汇流过程当流域最边缘线上的雨水达到集流点A时，在A点汇集的流量其汇水面积扩大到整个流域，即全部流域面积参与径流，此时在A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τ0At1t2t3BCDEFGbcτ0当全流域参与径流时,A点产生的最大流量来自τ0时段内的降雨量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。1、当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大。2、当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流达集流点的集流时间时，雨水管道需排除的雨水量最大。t﹤τ0时，只有一部分面积参与径流。与t=τ0时相比较，此时暴雨强度大于t=τ0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=τ0时的径流量。t﹥τ0时，全部流域面积参与径流。与t=τ0时相比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于