雨水管渠的设计

雨水管渠系统的设计雨水管渠系统的组成雨水口雨水管渠检查井出水口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收集基础资料确定当地的暴雨强度公式确定设计参数划分排水流域雨水管渠的定线计算设计流量和进行管渠的水力计算绘制管渠的平面图及纵剖面图雨量分析目的确定降雨历时、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。年平均降雨量月平均降雨量年最大日降雨量降雨历时：连续降雨的时段降雨面积：降雨所笼罩的面积汇水面积：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。tHi工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示q(L/ha‧s)。iiq167601000100010000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。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nbtPcAq)()lg1(1671q:设计暴雨强度（L/s•ha)P:设计重现期（a）t：降雨历时（min）A1、c、b、n：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p—i—t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=Ψ•q•F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(ha)q——设计暴雨强度(L/(s·ha))雨水径流成因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tτ0时，部分汇流。t增大，q减小，F增大，Q增大；当t=τ0时，全面积汇流；当tτ0时，t增大，F不变，q减小，Q减小极限强度理论的内容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。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。h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=5～15min。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=60svLt602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=1.2~2.0。径流系数的确定降雨量径流量影响因素：地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时、暴雨强度、暴雨雨型等平均径流系数FFiiav区域综合径流系数一般市区的综合径流系数取Ψ=0.5～0.8，郊区取Ψ=0.4～0.6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0.5～3a，对于重要地区，一般选用2～5a。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57.0)4(1625tq5.0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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QQQQQ调节池12354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Q13Q调节池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ctQVmax5.1)1(ctmaxQ：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QQQmaxQ’：调节池下游干管汇水面积上的雨水设计流量校核调节池的放空时间出水管管径的估算：V=500~1000m3D=150~250mmV=1000~2000m3D=200~300mm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24h，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雨水管渠系统的设计和计算雨水管渠系统平面布置原则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平坦地区：雨水管布置在排水流域中间出水口形式分散出水口：雨水排入池塘或小河集中出水口河流水位变化大的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合理布置雨水口雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、低洼处道路上平均间隔30～80m应设置一雨水口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量小的地区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最小流速：管道≥0.75m/s明渠≥0.40m/s最大流速：管道：金属管道≤10m/s非金属管道≤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：≤7～8m多水、流沙、石灰岩地层：≤5m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niDAiRnQ3213821321641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64.01)9()lg514.01(7.1510)()lg1(167tPbtPcAqn123456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一般以洪峰流量计算的设计频率表示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一般设计重现期为10～100a设计洪峰流量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。21y1IRnvQ=A•v)1.0(75.013.05.2nRny推理公式法FSQn278.0适用于流域面积为40～50km2的地区，以及山区城镇。Ψ：洪峰径流系数S：暴雨雨力(mm/h)F：流域面积τ：流域的集流时间(h)n：暴雨强度衰减系数地区性经验公式nFKQF:流域面积K、n：随地区及洪水频率而变化的系数和指数设计原则在设计流量确定后，渠线走向应多方案比较合理利用地形坡度排水排洪沟的布置应与城镇或厂区的总体规划密切配合充分利用原有的天然沟道渠线走向应选在地形较平缓，地质稳定地带，并要求渠线短最好将水导至城市下游，以减少河水顶托尽量避免穿越铁路和公路尽量减少弯道排洪沟采用明渠还是暗管要视具体情况而定设计要求平面布置要求进口形式直插式侧流堰式进口布置要创造良好的导流条件，一般布置成喇叭口形进口段长度不得小于3m，可取渠中水深的5～10倍。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。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5～20倍。排洪沟穿越道路应设桥涵。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。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。最小流速防止排洪沟产生淤积。RnpdV0225.001.001.04min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：B×H＝0.4m×0.4m铺砌材料：片石或块石排洪沟的水力计算排洪能力计算21y1IRnv21y1IRAnQ矩形断面梯形断面BhBhA2水力要素计算2212mhBmhBhA)(222111mmhB＝已知Q、i渠道断面已知Q或v、n、渠道断面i已知渠道断面、n、iQ水力计算合流制管渠系统的设计截流式合流制系统的工作情况晴天截流管以非满流将生活污水、工业废水送往污水厂进行处理。雨天Q≤q时，混合水全部送入污水处理厂Q≥q时，部分混合水送入污水厂，部分水从溢流井溢出直接进入水体截流式合流制系统的使用条件雨水稀少地区排水区域内有一处或多处水源充沛的水体必须采用暗管渠排除雨水，但街道横断面较窄管渠位置受限地面有一定的坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没布置特点管渠的布置应使所有服务面积上的污废水均能合理地排入管渠，并以尽可能短的距离坡向水体。沿水体岸边布置与水体平行的截流干管，在截流干管的适当位置上设置溢流井须合理确定溢流井的数目和位置，既要减小对水体的污染，又要减小截流干管的尺寸及长度在合适的排水区域内，合流制排水系统的上游可只设污水管道合流制排水管渠的设计流量第一个溢流井中上游管渠的设计流量Q=Qs+Qi+QrQs：生活污水设计流量Qi：工业废水设计流量Qr：雨水设计流量实际工程中，若Qs+Qi＜5％Qr，则Qs、Qi可不计。雨水设计流量往往比生活污水及工业废水设计流量大得多，因此，生活污水及工业废水设计流量对管径和坡度的影响很小。risQQQQsQ：生活污水平均流量iQ：工业废水最大班平均流量isfQQQ—旱流流量溢流井下游管渠的设计流量雨水设计流量'0rfrQQnQQr’：溢流井下游排水面积上的雨水设计流量n0：截流倍数，溢流时截流的雨水与旱流流量之比。与污水水量、水质以及总变化系数，水体的卫生要求、水文、气象等有关。规范规定取用1～5，通常采用n