第四章_城市雨水管渠的设计

1、第四章第四章 城镇雨水管渠的设计城镇雨水管渠的设计主要内容1. 雨水管渠系统概述2.雨水径流量的计算3.雨水径流量调节和利用4.雨水管渠的设计5.合流管道系统6.城镇防洪第二节 雨水径流量的计算雨水管渠设计流量计算公式-雨水设计流量（L/s）Qq-径流系数，其值小于1-汇水面积（ha）-设计降雨强度（L/（s.ha） 要进行雨水管渠的设计，显然首先要确定雨水的流量。在雨水流量公式中有参数径流系数、降雨强度q和汇水面积A。Q=qAA雨水管渠设计流量计算试确定各管段的雨水设计流量雨 水 口街 区 一街 区 二街 区 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3

2、 v3街 道 中 心 线两点假设（1）汇水面积随降雨历时的增加而均匀增加；（2）降雨历时t大于或等于汇水面积最远点的雨水流达设计断面的集水时间；1-2管段的雨水设计流量的确定根据降雨强度公式有 nnnbvLmtPCAbmttPCAbtPCAq)60()lg1 (167)()lg1 (167)()lg1 (167112111 对于管段1-2而言，由于是设计的起点，1处为设计断面，我们在设计时总是认为设计流量从管段的起点进入，显然有t2=0，降雨历时取区域上最远处A点流到设计断面1处的时间t1，则 ： nbtPCAq)()lg1 (167111管段1-2上的设计流量为 nbtPCAFqFQ)()l

3、g1 (16711111111雨 水 口街 区 一街 区 二街 区 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3 v3街 道 中 心 线2-3管段的雨水设计流量的确定 对于管段2-3而言，最远点A流到设计断面2上的时间，即为设计降雨历时。11260vLt nnbvLmtPCAbmttPCAq)60()lg1 (167)()lg1 (16711112112管段2-3上的设计流量为 则nbvLmtPCAFFqFFqFqFQ)60()lg1 (167)()(11112211222112222112雨 水 口街 区 一街 区 二街 区 三ABC1234F1 1F2

4、 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3 v3街 道 中 心 线3-4管段的雨水设计流量的确定 对于管段3-4而言，最远点A流到设计断面3上的时间即为设计降雨历时 管段3-4上的设计流量为 则221126060vLvLtnnbvLvLmtPCAbmttPCAq)6060()lg1 (167)()lg1 (1672211112113nbvLvLmtPCAFFFqFFFqFqFqFQ)6060()lg1 (167)()(22111133221133322113333223113雨 水 口街 区 一街 区 二街 区 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v

5、2L3 Q3 v3街 道 中 心 线管段设计流量的计算公式 根据以上讨论，我们可以得到管段i设计流量的计算公式为： kknkkkkniFbvLmtPCAFbmttPCAQ60)lg1 (167)()lg1 (16711211管段i承担的各上游汇水区域的面积及相应的径流系数； 管段i承担的汇水区域雨水从最远点开始的地面集水时间,min; 管段i承担的汇水区域雨水从最远点到管段i的管道内流行总时间，min； kkF1t2t应用推理公式计算设计流量应注意的问题雨 水 口街 区 一街 区 二街 区 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3 v3街 道 中 心

6、线1.各管段设计流量对应集水时间的确定2.充分注意公式的局限性 1.各管段设计流量对应的集水时间的确定Q1的集水时间和F1的集水时间对应，Q2的集水时间和F1-2的集水时间对应，Q3的集水时间和F1-3的集水时间对应，nbtPCAFqFQ)()lg1 (16711111111nbvLmtPCAFFqFFqFqFQ)60()lg1 (167)()(11112211222112222112nbvLvLmtPCAFFFqFFFqFqFqFQ)6060()lg1 (167)()(221111332211333221133332231132.充分注意公式的局限性 随着从上游向下游推移，集水时间t递增，因

7、此降雨强度q随暴雨历时递减。 尽管排水面积F是递增的，因此并不能保证下游管段的流量上游管段的流量。 可见如果完全按照推理公式求出的设计雨量，会出现与实际情况不符的可能。2.充分注意公式的局限性例如33322113333223113)(qFFFqFqFqFQ222112222112)(qFFqFqFQ33323221123)(qFqqFFQQ由于q3q2 ，故0)(232211qqFF假如3和F3都很小，就可能出现23QQ 这时我们就应该以Q2的值作为34管段的设计流量。特殊情况雨水设计流量的确定 一般情况下，雨水管渠中最大设计流量发生在全部面积参与径流时。以下两种情况发生时则不然。当汇水面积的

8、轮廓形状很不规则，即汇水面积呈畸形增长时或者包括几个相距较远的独立区域雨水的交汇时；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。举例 有一条雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流，如下图所示。图中FA为城市中心区汇水面积，FB为城市近郊工业区汇水面积，试求B点的设计流量Q为多少? 已知：（1）P=1a时的降雨强度公式为: （2）径流系数=0.5； （3）FA=30ha，tA=25min；FB=15ha，tB=15min；雨水管道A-B的tA-B=10min。 57. 0)4(1625tq)./(hasL按正常方法计算 将A、B两个区域看作一个排水区域来考虑。按照极限强度理论，

9、B处最大流量发生在整个区域全面积汇流时，即设计流量应取区域上最远一点处的雨水流到设计断面时的流量。整个区域上的集流时间t=tA+tA-B=25+10=35min在这种情况下，B点的最大流量为： )/( 3 .4530)1530()435(16255 . 0)()4(162557. 057. 0sLFFtqFQBA分析由于 min351025BAAttmin15Bt而 因此 BBAAttt可见，区域FA和FB不可能同时在B处出现最大流量。 因此要分两种情况进行考虑： （1）最大流量可能发生在全部FB面积参与径流，而仅FA有部分雨水能够参与同时径流； （2）最大流量可能发生在全部FA面积参与径流，

10、这时FB的最大流量已经流过B点。第一种情况：FB全面积参与径流 对于FB显然降雨历时取 ：min15Bt对于FA显然降雨历时取 ：min51015BABtt FA上并没有发生全面积汇流，发生汇流部分的面积可以按照下式进行计算：hatttFFBABAAA6)1015(2530)(/在这种情况下，B点的最大流量为： )/(5 .3668)41015(65 .812)415(155 .812)4(5 .812)4(5 .81257. 057. 057. 0/57. 0sLttFtFQBABABB第二种情况：FA全面积参与径流对于FA显然降雨历时取 ：对于FB降雨历时取 ： FA上发生全面积汇流，FB

11、的最大流量已经流过B点，在这种情况下，B点的最大流量为： min25Atmin351025BAAtt)/(9 .5085)41025(155 .812)425(305 .812)4(5 .812)4(5 .81257. 057. 057. 057. 0sLttFtFQBAABAA两种情况的比较根据以上两种情况计算的结果，选择其中最大流量Q=5085.9（L/s）作为B点处所求的设计流量。关于雨水管渠设计流量计算的说明1. 雨水径流量的计算公式是经验公式，精度不高。2. 径流系数()的不准确性。3. 降雨强度的确定(q)的随意性：重现期P、集水时间t4. 跟当地经济条件关系第三节 雨水径流量调节

12、及利用3.1 雨水径流量调节的作用与方法；3.2 径流调节池的构造；3.3 雨水资源利用概述雨水径流调节池的作用n我国雨水管渠设计采用的重现期较小，城市中常出现暴雨集水的情况。n城市快速发展引起的不透水地面面积的增加，导致了雨水径流量增大。 雨水径流量的调节降低雨水流量，减少城市暴雨积水具有重大的实际意义。降低下游管渠的设计流量，降低整个管网的造价 雨水径流调节池的作用如今后在所在的汇水区域上大量造房，会使不透水面积增加，从而使径流量剧增，一般很少有可能再重新排管，此时若能设置一个调节池，将上游的流量引入调节池，雨水高峰流量过后再排入下游管道，则可使下游管渠仍能使用，从而解决城市雨水管渠排水能

13、力不足的问题。由于雨水流量大，管渠长，下游管渠的雨水流量尤其大，设置调节池，可使下游管渠的设计流量减小，降低下游管渠的造价。如果调节池下游设有泵站，则可减少装机容量。由于合流制管渠在遇到暴雨时，会有大量溢流水产生，而溢流的水中含有相当的生活污水和工业废水，水质较差，若能在截流式合流制的溢流井后面设置调节池，并对进入调节池的溢流污水进行处理后再将其排入水体，就能使最终排入水体的溢流水的水质得到改善。能使雨水管渠的设计有较大的灵活性 利用天然洼地或池塘、公园水池等调节径流，可以充分利用雨水资源补充景观水体，美化城镇环境。在雨水不多的干旱地区，可用于蓄积雨水综合利用。能改善合流制管系暴雨时的溢流水水

14、质 调节池的位置选择很重要，调节池若设置在排水系统的开始或末端，可想而知是意义不大的，故最佳位置的选择需要慎重考虑。 调节池的最佳设计位置选择 尽可能利用当地的地形条件，如水库、池塘、河流等。 应专门建设。 一般位置：汇流点。调节池构造 流槽式泵汲式 溢流堰式溢流堰式调节水池Q1Q2时，开始以Q3的流量溢流， Q3 Q1-Q2。Q1Qmax时， Q3也相应达最大。随Q1的降低， Q3也相应降低。进水管出水管调节水池Q1Q2Q3进水管高，管顶和调节池最高水位相平。出水管低，管底和调节池最低水位相平。溢流堰式调节池适用于陡坡地段。动画底部流槽式调节池 上游管Q1下游管Q3AAA-A 雨水管道流经调

15、节池中央，上下游的雨水管道在调节池中通过池底的流槽连接。 池底为斜面，池顶和地面相平，管道的埋设深度即为调节池深度。适用于地形平坦而管道埋深较大的地段。动画泵汲式调节池 侧堰泵 泵汲式又称中部侧堰式。管渠旁有一洼地，洼地的高程低于管渠很多，有较大的容量。这样下游管渠可以作为起点管渠设计，雨停后用泵把洼地的水抽到下游管道，使洼地恢复有效调节容积。适用于地形平坦而管道埋深不大的地段。动画陡坡地段溢流堰式调节池地形平坦而管道埋深较大的地段底部流槽式调节池 地形平坦而管道埋深不大的地段泵汲式调节池 根据地形选择调节池3.3 雨水资源利用概述自学p99101第四节.雨水管渠系统的设计4.1 雨水管渠设计

16、的原则4.2 雨水管道系统的平面布置 4.3 雨水管渠水力设计的准则 4.4 雨水管渠系统的设计步骤 4.5 雨水管道水力设计示例4.14.1雨水管渠设雨水管渠设 计的原则计的原则 利用地形，就近排入地面水体，降低造价。 因明渠造价低，考虑采用明渠。在建筑物密度较高、交通繁忙的地区，可采用加盖明渠。尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水管渠的设置。因雨水泵站投资、用电量都很大，尽量避免设置雨水泵站。雨水管渠系统的平面布置 雨水口的设置位置，要配合道路边沟，在道路交叉口处，雨水不应漫过路面。 陡坡地区:为避免因管渠坡度太陡而设跌水检查井等特殊构筑物，使干管与等高线斜交，以适当减少干管

17、坡度。 受地形影响 平坦地区:为避免干管埋深过大，增加造价，干管应设在流域的中部，以减少两侧支管长度。 根据城市规划和建设情况，考虑利用河湖水体与洼地调蓄雨水，把地形条件、地下水位以及原有的和规划的地下设施、施工条件等因素综合考虑，合理布置，分期建设，逐步完善。 布置原则 管渠定线 雨水管渠常沿道路铺设，设在道路中线的一侧，与道路相平行，尽量在快车道以外。 受道路交通影响 4.2雨水管渠平面布置合理布置雨水口，以保证路面雨水排除畅通一 路 汇 水 三 路 分 水二 路 汇 水 二 路 分 水三 路 汇 水 一 路 分 水四 路 汇 水 （ 最 不 利 情 况 ）四 路 分 水迎水方向设雨水口动

18、画雨水管渠采用明渠或暗管应结合具体条件确定。1 1. 暗管2. 盖板渠3. 明渠4. 路边沟暗管接入明渠暗管接入明渠明渠接入暗管明渠接入暗管4.2雨水管渠平面布置设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流。4.2雨水管渠平面布置1-雨 水 管 2-排 洪 沟河451442252545449504746484.3 雨水管道水力设计的准则 雨水管渠要满足不淤积、不冲刷的要求。因此，室外排水设计规范对雨水管渠水力计算的参数有具体的规定。 管道按满流设计，明沟应留超高，不小于0.2m。最小设计流速为0.75m/s，明沟为0.4 m/s。管道可不考虑最大流速，明沟的最大流速按下页表采用(P102表4-8)。最

19、小管径300mm，塑料管最小坡度0.002,其它管最小坡度0.003；雨水口连接管管径200mm，最小坡度0.01。雨水管渠流速公式: v=(1/n)R2/3I1/2管段衔接一般用管顶平接，当条件不利时也可用管底平接。最小覆土厚度，在车行道下时，一般不小于0.7m，基础应设在冰冻线以下。在直线管段上窨井的最大间距见下表。雨水管渠水力学设计的准则渠壁材料最大设计流速/（ms-1）渠壁材料最大设计流速/（ms-1）粗沙或低塑性粉质黏土0.8草皮护面1.6砂质黏土1干砌块面2黏土1.2浆砌块石或浆砌砖3石灰岩和中砂岩4混凝土4不同材质明渠的最大设计流速雨水管渠上检查井间距离管径或暗渠净高最大间距/m

20、200-400500-700800-10001100-15001600-2000507090120120P30表1-1最小埋深与最大埋深 在干燥土壤中，管道最大埋深一般不超过78 m；在多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m；若大于78米则需要加设泵站。最小覆土厚度 满足承受地面荷载和抗冰冻的要求。一般不小于0.7m，基础应该在冰冻线以下。 最大埋深雨水管渠水力计算已知条件为：Q 、n和地面坡度I未知条件：i、D、v。管道坡度i的确定，可以参照地面坡度I或相应管径的最小坡度来确定。D、v的确定从水力学算图获得。 雨水管渠水 力计算的方法附图附图2-182-18：钢筋混凝：钢筋混凝 土圆管满流

21、土圆管满流 n n0.0130.013已知：已知：n n0.0130.013 q qv v200L/s200L/s 设计设计 i i0.0040.004雨水管渠水力计算雨水管渠水力学设计步骤步骤1：划分流域与管渠定线，确定雨水流向步骤2：划分设计管段与沿线汇水面积 步骤5：进行水力学计算步骤4：确定管渠的最小埋深步骤3：确定雨量参数的设计值 1.划分流域与管渠定线，确定雨水流向2.划分设计管段与沿线汇水面积19181721129531110162.划分设计管段与沿线汇水面积 汇水面积的划分，要根据当地地形条件。可以按照低边式、围坊式和对边式进行划分。 将每块面积进行编号，计算出其面积的数值后，标在图中。 注意：汇水面积包括街区、街道和绿地。 2.划分设计管段与沿线汇水面积 1918172360.681.5460.490.30.450.451.122111.263310.981.1213140.5734320.91.35151.2416170.90.718291.260.32444142421.41.32331.3430.560.42391.3301.50.90.7280.76384645400.