第10章-雨水管渠系统 4课时课件

1、第十章 雨水管渠系统 雨水管渠系统的组成： 由雨水口、连接管、雨水管渠、检查井、出水口等。 雨水管渠系统的任务： 及时汇集并排除暴雨所形成的地面径流，保障居民生命安全和 正常生产。 10-1 雨量分析与暴雨强度公式雨量分析与暴雨强度公式一、雨量分析一、雨量分析1 1、降雨量：、降雨量： 降雨量指单位地面面积上在一定时间内降雨的降雨量指单位地面面积上在一定时间内降雨的雨水雨水体积体积，其计量单位为，其计量单位为:（体积（体积/时间）时间）/面积。面积。 雨水径流的特点：流量大、历时短雨水径流的特点：流量大、历时短 常用的降雨量单位有以下几种：常用的降雨量单位有以下几种：(1)年平均降雨量：指多年

2、观测所得的各年降雨量的平均值年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值(2)月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值 (3)年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中降雨量最大一年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的降雨量日的降雨量（mm/d）2 2、降雨历时：、降雨历时： 是指是指连续连续降雨的时段，可以指一场雨全部降雨的时间，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。用也可以指其中个别的连续时段。用t t表示，单位为表示，单位为minmin或或h h。 3 3、暴雨强度：、暴雨强度： 是指某

3、一连续降雨时段内的是指某一连续降雨时段内的平均降雨量平均降雨量，即单位时间的，即单位时间的平均降雨深度，用平均降雨深度，用i i（mm/minmm/min）表示）表示 : : i=H/t (mm/min)q=167i i i与与q q两种表示方法的换算关系为：两种表示方法的换算关系为： 在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/s.公顷）表示公顷）表示。 暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，是确定雨水设计流量的重要依据。 在任一场暴雨中，暴雨强度随降雨历时的变化而变化 。就雨水管渠设计而言，有意义的是找出降雨量最大的那个时段内的降雨量。因此，

4、暴雨强度的数值与所取的连续时间段t的跨度和位置有关。在城市暴雨强度公式推求中，经常采用的降雨历时为5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9个历时数值，特大城市可以用到180min。 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。各历时的暴雨强度暴雨强度为最大平均暴雨强度最大平均暴雨强度 。 4、降雨面积与汇水面积（1）降雨面积是指降雨所笼罩的面积，即降雨的范围。 （2）汇水面积是指雨水管渠汇集雨水的面积，用 F表示，以公顷或平方公里为单位（ ha或km2） 。 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

5、于 100 km2，其汇水面积上最远点的集水时间不超过 60 min到120 min ，这种较小的汇水面积，在工程上称为小小汇水面积汇水面积 。在小汇水面积上可忽略降雨的非均匀分布，认为各点的暴雨强度都相等。 因此，雨量计所测得的因此，雨量计所测得的点雨量点雨量资料可以代表整个小汇资料可以代表整个小汇水面积的水面积的面雨量面雨量资料。资料。 5、暴雨强度的频率PN 某一特定暴雨强度的频率是指等于或大于该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：nPn=m100%1）若每年只选一个雨样，称为年频率，称为年频率，n = N,用经验频率表示：N+1Pn=m100%N降雨观测资料的年

6、数降雨观测资料的年数 一般在水文计算中常采用以下公式计算n+1Pn=m100% 2）若平均每年选入若平均每年选入M个雨样数，称为次频率，个雨样数，称为次频率， n = NM 用次频率表示为： NM+1Pn=m100%n 越大，参与统计的数据越多，根据上面公式计算来的经验越大，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。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，必须具有时，必须具有10年年以上的自计雨量记录，且每年选择以上的自计雨量记录，且每年选择68场最场最大暴雨记录，计算各

7、历时的暴雨强度值。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，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按照由大到小的方向选择年数的34倍的个数作为统计的基础倍的个数作为统计的基础资料。资料。某个暴雨强度的频率越小时，该暴雨强度的值就越大。某个暴雨强度的频率越小时，该暴雨强度的值就越大。6 6、暴雨强度的重现期：、暴雨强度的重现期： 是指是指在多次的观测中，在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度重复等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔出现的平均时间间隔P，单位用年（，单位用年（a a）表示。）表示。

8、重现期与频率重现期与频率互为倒数互为倒数，即，即P=1Pn某一暴雨强度的重现期等于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，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大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是出现的可能性是1/1/ P。1 1、暴雨强度曲线、暴雨强度曲线二、暴雨强度曲线与暴雨强度公式二、暴雨强度曲线与暴雨强度公式降雨历时（降雨历时（min)暴雨强度暴雨强度q(i)q(i)、降雨历时、降雨历时t t、重、重现期现期P P三者之间的关系如右图所三者之间的关系如右图所示。示。 重现期越大，降雨强度越大。重现期越大，降雨强度越大。 在排水管网的设计中，如

9、果使用较高的设计重现期，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；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，但安全性差反之，则投资较小，但安全性差。2 2、暴雨强度公式、暴雨强度公式nbtPcAq)()lg1 (1671式中：式中： q设计暴雨强度，设计暴雨强度，L/s.ha； P设计重现期，年；设计重现期，年； t 降雨历时，降雨历时，min；A1,c,b,n地方参数，由统计方法确定地方参数，由统计方法确定 教材附录附

10、表教材附录附表5收录了我国若干城市的暴雨强度公式可供计算雨水收录了我国若干城市的暴雨强度公式可供计算雨水管渠设计流量时采用。管渠设计流量时采用。 目前，我国尚有一些城镇目前，我国尚有一些城镇无暴雨强度公式，无暴雨强度公式，当这些城镇需要设计当这些城镇需要设计雨水管渠时，可选用附近地区城市的暴雨强度公式。雨水管渠时，可选用附近地区城市的暴雨强度公式。 10-2 雨水管渠设计流量雨水管渠设计流量一、雨水设计流量计算公式一、雨水设计流量计算公式 雨水管渠的设计流量按下式计算： 式中 Q 雨水设计流量，L/s； 径流系数，径流量和降雨量的比值，其值小于1； F 汇水面积，ha； q 设计暴雨强度（L/

11、sha）。 公式为推理公式（半经验半理论）。QqF 在雨水管道的设计中,采用的降雨历时t=汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间0，此时暴雨强度、汇水面积都是相应的极限值，根据公式确定的流量应是最大值。这便是雨水管道设计的极限强度理论。 t 0时，只有一部分面积参与径流。时，只有一部分面积参与径流。与与t=0时相比时相比较，此时暴雨强度大于较，此时暴雨强度大于t=0时的暴雨强度，但汇水面积小时的暴雨强度，但汇水面积小。根据公式计算得来的雨水径流量小于根据公式计算得来的雨水径流量小于t=0时的径流量。时的径流量。极限强度理论极限强度理论 t 0时，全部流域面积参与径流。时，全部流域面积参与径流

12、。与与t=0时相比较，时相比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t=0时的暴雨强时的暴雨强度。度。根据公式计算得来的雨水径流量小于根据公式计算得来的雨水径流量小于t=0时的径流量。时的径流量。2、雨水管段的设计流量的计算、雨水管段的设计流量的计算图中：图中：A、B、C、D为为4块互相毗邻的区域，设面积块互相毗邻的区域，设面积FA=FB=FC=FD，雨水从各块，雨水从各块面积上的最远点分别流入设计断面面积上的最远点分别流入设计断面1、2、3、4所需的集水时间均为所需的集水时间均为 1( min)，并设：并设：（1）汇水面积随降雨历时的增加而均匀的增加；）汇

13、水面积随降雨历时的增加而均匀的增加；（2）降雨历时）降雨历时t等于或大于汇水面积最远点的雨水流达设计断面的集水时间等于或大于汇水面积最远点的雨水流达设计断面的集水时间；（3）径流系数）径流系数为确定值，为讨论方便，假定其值等于为确定值，为讨论方便，假定其值等于1。求：图中各管段的设计流量求：图中各管段的设计流量 径流系数径流系数：地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数，其值小于其值小于1。 地面径流系数的值与以下几个因素有关：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、降汇水面积上的地面材料性质、地形地貌、植被分布、

14、降雨历时、暴雨强度以及暴雨雨型有关。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，通常按照目前在雨水管渠的设计中，通常按照地面地面覆盖情况覆盖情况确定确定径流系数的经验数值。径流系数的经验数值。 10-3 雨水管渠系统设计雨水管渠系统设计流量流量计算计算QqF一、雨水管段设计流量的计算一、雨水管段设计流量的计算 在工程设计中，经常采用在工程设计中，经常采用区域综合径流系数区域综合径流系数近似代替近似代替平均径流系数平均径流系数。区域综合径流系数区域综合径流系数 1、设计重现期、设计重现期P 设计中，设计中，P选择高，计算出来的选择高，计算出来的q就大，设计流量就大，就大，设计流量

15、就大，管渠的断面相应也大，投资大，但地面积水少；反之，管渠的断面相应也大，投资大，但地面积水少；反之，则则q小，小，Q也小，管渠断面尺寸小，投资小，但地面可能也小，管渠断面尺寸小，投资小，但地面可能有较多积水，影响正常生活甚至造成损失。有较多积水，影响正常生活甚至造成损失。 确定设计重现期的影响因素有：确定设计重现期的影响因素有： 排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。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

16、于居住区；市区采管采用的大于支管；工业区采用的大于居住区；市区采用的大于郊区。用的大于郊区。 重现期的最小值不宜低于重现期的最小值不宜低于0.33年，一般选用年，一般选用0.53年。重年。重要的干道、区域，一般选用要的干道、区域，一般选用25年。年。nbtPcAq)()lg1 (1671二、设计降雨强度的确定二、设计降雨强度的确定t=t1+mt2式中：t1地面集水时间；指雨水从汇水面积上最远点流到第一个 雨水口a的时间. m 折减系数； t2雨水在管道内的计算流动时间。2、设计降雨历时设计降雨历时t的确定的确定 设计降雨历时设计降雨历时由由地面集水时间地面集水时间t1和和管道内雨水流动的时管道

17、内雨水流动的时间间t2两部分之和组成两部分之和组成。a、地面集水时间t1的确定 地面集水时间地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到雨水口的地是指雨水从汇水面积上最远点流到雨水口的地面流行时间。面流行时间。 地面集水时间地面集水时间主要主要取决于取决于雨水流程雨水流程的长短和地面坡度的长短和地面坡度。 在设计过程中，应结合具体条件进行选定：在设计过程中，应结合具体条件进行选定： 如果选用过大，将会造成排水不畅，使管道上游地面经常积水。如果选用过大，将会造成排水不畅，使管道上游地面经常积水。 选用过小，将会造成雨水管渠尺寸加大，使工程造价增加。选用过小，将会造成雨水管渠尺寸加大，使工程造价增加

18、。 根据室外排水设计规范规定：地面集水时间t1视距离长短、地形坡度和地面覆盖情况而定，一般采用5-15min。b、雨水在管道内流行时间t2(min)602vLt式中：L上游各管段的管长，m； 这实际上只能说是雨水在管内的计算流行时间，这实际上只能说是雨水在管内的计算流行时间，并不是雨水在管内的实际流行时间并不是雨水在管内的实际流行时间v各管段满流时的水流速度，m/s。c、折减系数m的确定雨水在管道内的实际流行时间与计算得出的流行时间不符，需要雨水在管道内的实际流行时间与计算得出的流行时间不符，需要采用一个系数进行修正，此系数叫采用一个系数进行修正，此系数叫折减系数折减系数v 引入折减系数的原因

19、有二：引入折减系数的原因有二： 一是雨水管道内不总是满流，按满流计算的流行时间小于雨水实一是雨水管道内不总是满流，按满流计算的流行时间小于雨水实际的流行时间际的流行时间(苏林系数苏林系数)； 二是雨水管道的最大流量不大可能在同一时间发生，上游管道存二是雨水管道的最大流量不大可能在同一时间发生，上游管道存在调蓄容积在调蓄容积(管道调蓄利用系数管道调蓄利用系数) 管段管段12的最大流量发生在的最大流量发生在1时刻时刻,根据最大流量确定出根据最大流量确定出D12;管段管段23的最大流量发生在的最大流量发生在1+t12时刻时刻.我国室外排水设计规范规定：折减系数的采用为我国室外排水设计规范规定：折减系

20、数的采用为管道采用管道采用2, ,明渠采用明渠采用1.2; ;陡坡地区管道采用陡坡地区管道采用1.22。 当设计重现期当设计重现期P、设计降雨历时、设计降雨历时t、折减系数、折减系数m确定后，计算雨水管确定后，计算雨水管渠的设计流量所用的设计暴雨强度公式及流量公式可写成渠的设计流量所用的设计暴雨强度公式及流量公式可写成 nbtPcAq)()lg1(1671qFQ雨水管渠雨水管渠中某一设计管段的中某一设计管段的设计流量公式可改写成设计流量公式可改写成: :PcAq)lg1(1671(t1+mt2+b)nPcAQ)lg1(1671(t1+mt2+b)nF现在回顾一下雨水设计流量的计算公式、最小管径

21、和最小设计坡度：、最小管径和最小设计坡度：雨水管最小管径为雨水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为，相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管最小管径为雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为，最小坡度为0.01 三三、雨水管渠水力计算的设计参数、雨水管渠水力计算的设计参数1、设计充满度：、设计充满度： 管道按满流设计，管道按满流设计，h/D=1(明渠应有明渠应有 0.2m的超高，街道边的超高，街道边沟应有沟应有0.03m的超高的超高)、设计流速：、设计流速：最小流速最小流速0.75m/s,(明渠流最小流速为明渠流最小流速为0.40m/s)最大流速最大流速10m/s（金属管），（金属管）

22、，5m/s（非金属管）（非金属管）。 (明渠流最大流速按照表明渠流最大流速按照表10.5选用选用)。（1）划分排水流域、进行管道定线。）划分排水流域、进行管道定线。四四、雨水管渠水力计算的、雨水管渠水力计算的步骤和步骤和方法方法（2）划分设计管段。）划分设计管段。设置检查井设置检查井,确认设计节点并编号确认设计节点并编号（3）划分并计算各设计管段的汇水面积。）划分并计算各设计管段的汇水面积。（5）确定重现期）确定重现期P、地面集水时间、地面集水时间t1（4）计算平均径流系数。）计算平均径流系数。 av=Fi i / F 也可采用区域综合径流系数也可采用区域综合径流系数,一般经验值为：城市一般经

23、验值为：城市0.50.8；郊；郊区区0.40.6。 确定重现期确定重现期P,应根据地区建设性质确定应根据地区建设性质确定,一般选用一般选用0.53年年,对于重要的干道、立交道路的重要部分、重要地区或短期积水对于重要的干道、立交道路的重要部分、重要地区或短期积水即能引起严重损失的地区即能引起严重损失的地区,一般采用一般采用25年。年。 例如，例如，某某设计采用重现期设计采用重现期=1年年，且，且地面集水时间地面集水时间t1,采用采用10分钟分钟qFqFFQq0（7）计算各管段的设计流量）计算各管段的设计流量Q（6）计算单位面积径流量）计算单位面积径流量q0。 对一个具体的管段来说对一个具体的管段

24、来说,只要求出该管段上游管段中雨水流行只要求出该管段上游管段中雨水流行的时间的时间,就可相应求出该管段的就可相应求出该管段的q0值值PcAq)lg1(1671(t1+mt2+b)n 10-4 城镇防洪工程城镇防洪工程一、防洪设计原则一、防洪设计原则 防洪工程，为控制、防御洪水以减免洪灾损失所修建的工程。主要有堤、河道整治工程、分洪工程和水库等。按功能和兴建目的可分为挡、泄（排）和蓄（滞）几类。 确定洪峰设计流量，拟定工程规模。 降雨频率计算洪峰流量的依据，称为防洪设计标准。 实际工作中，常用暴雨重现期衡量设计标准，重现期越大，设计标准就越高，工程规模也就越大。二、防洪设计标准二、防洪设计标准

25、地区性地区性经验公式法经验公式法应用最普遍的以流域面积应用最普遍的以流域面积F为参数的一般地区性经验公式为参数的一般地区性经验公式:Q=KFmQ设计洪峰流量设计洪峰流量(m3/s)F流域面积流域面积(km2)K, m随地区及洪水频率面变化的系数和指数随地区及洪水频率面变化的系数和指数三、设计洪峰流量的计算 洪水调查法洪水调查法 该方法该方法主要是深入现场，勘察洪水位的痕迹，推导主要是深入现场，勘察洪水位的痕迹，推导其发生的频率，选择和测量河槽断面，并按明渠均匀其发生的频率，选择和测量河槽断面，并按明渠均匀流水力计算公式计算洪峰流量，再换算成设计频率的流水力计算公式计算洪峰流量，再换算成设计频率

26、的洪峰流量洪峰流量。 推理公式法推理公式法四、排洪沟设计计算1) 排洪沟布置应与厂区总体规划密切配合排洪沟布置应与厂区总体规划密切配合,统一考虑统一考虑避免把厂房建筑或居住建筑设在山洪口上，让开山洪避免把厂房建筑或居住建筑设在山洪口上，让开山洪；排洪沟应布置在厂区、居住区外围靠山坡一侧，避免穿越建筑排洪沟应布置在厂区、居住区外围靠山坡一侧，避免穿越建筑群。群。排洪沟与建筑物之间应留有排洪沟与建筑物之间应留有3米以上的距离，以防水流冲刷建米以上的距离，以防水流冲刷建筑物的基础。筑物的基础。1、排洪沟的设计要点2) 排洪沟尽可能利用原有山洪沟排洪沟尽可能利用原有山洪沟,必要时可作适当修整必要时可作

27、适当修整3) 排洪沟应尽量利用自然地形坡度排洪沟应尽量利用自然地形坡度4、排洪沟采用明渠和暗渠相结合、排洪沟采用明渠和暗渠相结合 一般采用明渠。一般采用明渠。5、排洪沟平面布置基本要求、排洪沟平面布置基本要求(1)进口段：要求衔接良好，水流畅通，具有较好的水流条件进口段：要求衔接良好，水流畅通，具有较好的水流条件(2)出口段：要求不冲刷排放地点，应选择在地质条件良好的出口段：要求不冲刷排放地点，应选择在地质条件良好的地段，并采取护砌措施；且出口段宜设置为渐扩段。地段，并采取护砌措施；且出口段宜设置为渐扩段。(3)联接段：要求转弯处有良好的水流条件，不应使弯道处受联接段：要求转弯处有良好的水流条件，不应使弯道处受冲刷（转弯半径和护砌）；宽度发生变化时，应设渐变段；穿冲刷（转弯半径和护砌）；宽度发生变化时，应设渐变段；穿越道路时应设桥涵。越道路时应设桥涵。6、排洪沟纵坡的确定、排洪沟纵坡的确定 一般不小于一般不小于1%，且应使沟内流速均匀增加，防止沟内产生淤积。，且应使沟内流速均匀增加，防止沟内产生淤积。 当纵坡很大时，应考虑设置跌水槽，但