城市雨水管道系统规划培训课件

第七章

城市雨水管道系统规划7.1雨水管网布置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。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．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。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。

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。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。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。7.2雨水管管网设计与计计算雨水管渠系统统是由雨水口口、雨水管渠渠、检查井、、出水口等构构筑物组成的的一整套工程程设施。雨水管渠系统统的任务就是是及时汇集并并排除暴雨所所形成的地面面径流，以保保障人民的生生命安全和正正常生产。1．确定当地的的暴雨强度公公式或暴雨强强度曲线；2．划分排水流流域，进行雨雨水管渠的定定线；3．划分设计管管段，计算各各设计管段雨雨水设计流量量；4．进行管渠的的水力计算，，确定各设计计管段的管径径、坡度、、标高及埋深深。5．绘制管渠平平面图及纵剖剖面图。一、雨水管渠渠设计的主要要内容包括二、雨量分析析与暴雨强度度公式雨水设计流量量是雨水管渠渠系统设计的的依据。由于于雨水径流的的特点是流量量大而历时短短，因此应对对雨量进行分分析，以便经经济合理地推推算暴雨量和和径流量，作作为雨水管渠渠的设计流量量。（一）雨量分分析：降雨现象的分分析，是用降降雨量、暴雨雨强度、降雨雨历时、降雨雨面积和重现现期等因素来来表示降雨的的特征。1．降雨量降雨量是指降雨的绝绝对量，是用用降雨深度H（mm）表示，也可可用单位面积积上的降雨体体积（L/ha）表示。在研研究降雨时，，很少以一场场雨为对象，，而常用单位位时间表示：：（1）年平均降雨量量：指多年观测测所得的各年年降雨量的平平均值。（2）月平均降雨量量：指多年观测测所得的各月月降雨量的平平均值。（3）年最大日降雨雨量：指多年观测测所得的一年年中降雨量最最大一日的绝绝对量。2．降雨历时是指指连连续续降降雨雨的的时时段段，，可可以以指指一一场场雨雨全全部部的的时时间间，，也也可可以以指指其其中中个个别别的的连连续续时时段段。。用用t表示示，，单单位位以以min或h计，，从从自自计计雨雨量量记记录录纸纸上上直直接接读读得得。。3．降雨雨强强度度（（暴暴雨雨强强度度））降雨雨强强度度是是指指某某一一连连续续降降雨雨时时段段内内的的平平均均降降雨雨量量，，即即单单位位时时间间的的平平均均降降雨雨深深度度，，用用i表示示。。（mm/min）在工工程程上上统统计计的的降降雨雨多多属属暴暴雨雨性性质质，，故故称称暴暴雨雨强强度度，，常常用用单单位位时时间间内内单单位位面面积积上上的的降降雨雨体体积积q（L/s··ha）表表示示。。q与i之间间的的换换算算关关系系为为：：q＝167i式中中167——换算算系系数数。。暴雨雨强强度度是是描描述述暴暴雨雨特特征征的的重重要要指指标标，，也也是是确确定定雨雨水水设设计计流流量量的的重重要要依依据据。。在在任任一一场场暴暴雨雨中中，，暴暴雨雨强强度度是是随随降降雨雨历历时时变变化化的的。。所所取取的的降降雨雨历历时时长长，，则则与与该该历历时时相相对对应应的的暴暴雨雨强强度度将将小小于于短短历历时时对对应应的的暴暴雨雨强强度度。。在在推推求求暴暴雨雨强强度度公公式式时时，，降降雨雨历历时时常常采采用用5、10、15、20、30、45、60、90、120min9个时时段段。。在在分分析析暴暴雨雨资资料料时时，，必必须须选选用用对对应应各各降降雨雨历历时时的的最最大大降降雨雨量量。。由由于于在在各各降降雨雨历历时时内内每每个个时时刻刻的的暴暴雨雨强强度度也也是是不不同同的的，，所所以以计计算算出出的的各各历历时时的的暴暴雨雨强强度度称称为为最最大大平平均均暴暴雨雨强强度度。。4．降雨面面积和汇汇水面积积（1）降雨面面积——是指降雨雨所笼罩罩的面积积，即降降雨的范范围。（2）汇水面面积——是指雨水水管渠汇汇集雨水水的面积积，用F表示，以以公顷或或平方公公里为单单位（ha或km2）。任一场暴暴雨在降降雨面积积上各点点的暴雨雨强度是是不相等等的，但但在城镇镇雨水管管渠系统统设计中中，设计计管渠的的汇水面面积较小小，一般般小于100km2，其汇水水面积上上最远点点的集水水时间不不超过60min到120min，这种较较小的汇汇水面积积，在工工程上称称为小汇水面面积。在小汇汇水面积积上可忽忽略降雨雨的非均均匀分布布，认为为各点的的暴雨雨强度度都相相等。。5．降雨雨的频频率和和重现现期（1）暴暴雨雨强强度度的的频频率率某一一大大小小的的暴暴雨雨强强度度出出现现的的可可能能性性是是不不能能预预知知的的，，只只能能通通过过对对以以往往大大量量观观测测资资料料的的统统计计分分析析，，计计算算其其发发生生的的频频率率，，才才能能推推求求其其今今后后发发生生的的可可能能性性。。某特特定定值值暴暴雨雨强强度度的的频率率是指指等等于于或或大大于于该该值值的的暴暴雨雨强强度度出出现现的的次次数数m与观观测测资资料料总总项项数数n之比比的的百百分分数数，，即即：：%n————观测测资资料料总总项项数数m————暴雨雨强强度度出出现现的的次次数数若每每年年只只选选一一个个雨雨样样，，称称为为年年频频率率式式n=N，N————降雨雨观观测测资资料料的的年年数数若平平均均每每年年选选入入M个雨雨样样数数，，称称为为次次频频率率式式。。n=N·M，M————每年年选选入入的的平平均均雨雨样样数数这一一定定义义是是假假定定降降雨雨观观测测资资料料年年限限非非常常长长，，可可代代表表降降雨雨的的整整个个历历史史过过程程。。但但实实际际上上是是不不可可能能的的，，只只能能取取得得一一定定年年限限内内的的暴暴雨雨强强度度值值，，因因而而n是有有限限的的。。按按上上式式求求得得的的暴暴雨雨强强度度的的频频率率，，只只能能反反映映一一定定时时期期内内的的经经验验，，不不能能反反映映整整个个降降雨雨的的规规律律，，故故称称为为经验验频频率率。因因此此，，水水文文计计算算常常采采用用公公式式％％计计算算年年频频率率，，用用公公式式％％计计算算次次频频率率。。观观测测资资料料的的年年限限愈愈长长，，经经验验频频率率出出现现的的误误差差也也就就愈愈小小。。我国国现现行行《室外外排排水水设设计计规规范范》规定定，，在在编编制制暴暴雨雨强强度度公公式式时时必必须须具具有有10a以上上自自计计雨雨量量记记录录。。在在自自计计雨雨量量记记录录纸纸上上，，按按降降雨雨历历时时为为5、10、15、20、30、45、60、90、120min，每年每个历历时选择6～8场最大暴雨记记录，计算其其暴雨强度值值，然后不论论年次，将每每个历时的暴暴雨强度按大大小次序排列列，再从中选选择资料年数数的3～4倍的最大值，，作为统计的的基础资料。。（2）暴雨强度的的重现期某特定值暴雨雨强度的重现现期是指等于于或大于该值值的暴雨强度度可能出现一一次的平均间间隔时间，一一般用P表示，以年为为单位，按如如下公式进行行计算：式中P—暴雨强度的重重现期（a）；N—资料记录的年年限（a）；m—等于或大于某某特定值的暴暴雨强度出现现的次数。重现期P与年频率Pn互为倒数，即即（二）暴雨强强度公式暴雨强度公式式是在各地自自计雨量记录录分析整理的的基础上，按按照我国现行行《室外排水设计计规范》规定的方法推推求出来的。。暴雨强度公式式是暴雨强度度i（或q）、降雨历时时t、重现期P三者间关系的的数学表达式式，是雨水管管渠的设计依依据。我国常常用的暴雨强强度公式为：：式中q—设计暴雨强度度（L/s·ha）；P—设计重现期（（a）；t—降雨历时（min）；A1、c、b、n：地方参数，，根据统计方方法计算确定定。我国《给水排水设计计手册》第5册收录了我国国若干城市的的暴雨强度公公式，统计时时可直接选用用。目前尚无无暴雨强度公公式的城镇，，可借用附近近气象条件相相似地区城市市的暴雨强度度公式。三、雨水管网网设计流量计计算（一）地面径径流与径流系系数1．地面面径流流：在在地面面沿地地面坡坡度流流动的的雨水水，称称为地地面径径流。。雨水水管渠渠就是是收集集雨水水地面面径流流量。。2．径流流系数数降雨量量<地面渗渗水量量，雨雨水被被地面面吸收收降雨量量>地面渗渗水量量，余余水（（两者者之差差）在在地面面开始积积水，，产生生地面面径流流降雨强强度q大，地地面径径流量量也大大降雨强强度q=入渗率率，余余水率率=0，由于于地面面积水水仍有有地面面径流流。影响径径流系系数的的因素素主要要有汇汇水面面积的的地面面覆盖盖情况况、地地面坡坡度、、地貌貌、建建筑密密度的的大小小、路路面铺铺砌等等。此此外，，还与与降雨雨历时时、暴暴雨强强度及及暴雨雨雨型型有关关。要要精确确确定定ψ值，难难度较较大。。目前前在雨雨水管管渠设设计中中，通通常采采用按按地面面覆盖盖种类类确定定的经经验数数值。。我国现现行《室外排排水设设计规规范》中规定定的径径流系系数ψ值见下下表：：径流系系数ψ值地面种类ψ值各种屋面、混凝土和沥青路面0.90大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面0.60级配碎石路面0.45干砌砖石和碎石路面0.40非铺砌土路面0.30公园或绿地0.15在雨水水管渠渠系统统设计计中，，汇水水面积积通常常是由由各种种性质质的地地面覆覆盖组组成的的，随随着它它们占占有的的面积积比例例变化化，ψ值也各各异。。因此此整个个汇水水面积积的径径流系系数应应采用用平均均径流流系数数，其其值是是按各各类地地面面面积用用加权权平均均法计计算求求得，，即：：式中ＦＦi———汇水水面面积积上上各各类类地地面面的的面面积积（（ha）；；ψi————相应应于于各各类类地地面面的的径径流流系系数数；；Ｆ———全部部汇汇水水面面积积（（ha）。。也可可采采用用区区域域的的综综合合径径流流系系数数。。一一般般市市区区的的综综合合径径流流系系数数ψ＝0.5～0.8，郊郊区区的的综综合合径径流流系系数数ψ＝0.4～0.6。（二二））断断面面集集水水时时间间与与折折减减系系数数1．集集水水时时间间———指雨水从汇汇水面积上上最远点流流到设计的管道断断面所需时时间。（min）2．式中——设计降雨历历时（min）；t1——地面集水时时间（min）；t2——管渠内雨水水流行时间间（min）；m——折减系数。。（1）地面集水水时间t1的确定地面集水时时间是指雨水从从汇水面积积上最远点点流到雨水水口的地面面流行时间间。地面集水时时间受地形形坡度、地地面铺砌、、地面植被被情况、距距离长短等等因素的影影响，主要要取决于水水流距离的的长短和地地面坡度。。在工程实实践中，地地面集水时时间通常不不予计算，，一般采用用5～15min。一般在建筑筑密度较大大、地形较较陡、雨水水口布置较较密的地区区，宜采用用较小值，，取t1＝5～8min。在建筑密度度较小、地地形较平坦坦、雨水口口布置较疏疏的地区，，宜采用较较大值，取取t1＝10～15min。同时，起点点检查井上上游地面雨雨水流行距距离以不超超过120～150m为宜。应结合当地地具体条件件，合理地地选定t1值。t1选用过大，，将会造成成排水不畅畅，致使管管道上游地地面经常积积水；选用用过小，又又将加大雨雨水管渠尺尺寸，从而而增加工程程造价。（2）管渠内雨雨水流行时时间t2的确定t2是指雨水在在管渠内的的流行时间间，即：t2＝L/60v式中t2——管渠内雨水水流行时间间（min）；L——各设计管段段的长度（（m）；v——各设计管段段满流时的的流速（m/s）；60———单位换算系系数。（3）折减系数数m的确定折减系数m的提出原因因如下：1）雨水管渠渠按满流设设计，但降降雨时，管管渠中的水水流并非一一开始就达达到设计流流速，而是是随着降雨雨历时的增增长逐渐达达到设计流流速的。这这样，按公公式算出的的管渠内流流行时间t2将比实际际时间偏偏小。2）雨水管管渠内各各设计管管段的设设计流量量是按照照相应于于该管段段的集水水时间的的设计暴暴雨强度度来计算算的，所所以，各各管段的的最大流流量不大大可能在在同一时时间发生生。当任任一管段段出现设设计流量量时，其其他管段段（特别别是上游游管段））不一定定都是满满流.管渠内的的有一部部分空隙隙容量，，可设想想利用该该空隙容容量暂时时贮存一一部分雨雨水，起起到调蓄蓄管段内内最大流流量的作作用，从从而削减减其高峰峰流量，，减小管管渠断面面尺寸，，降低工工程造价价。为了了利用管管道的这这种调蓄蓄能力，，应使管管内水流流实际流流速低于于设计流流速，故故要延缓缓管内流流行时间间t2。考虑到以以上两个个原因，，在设计计降雨历历时计算算时引入入了折减减系数m，延缓了了管内流流行时间间，使之之更接近近于实际际情况，，并达到到折减管管段设计计流量，，减小管管渠断面面尺寸的的目的。。规范规规定：暗暗管m=2，明渠m=1.2，在陡坡坡地区的的暗管m＝1.2～2。四．例题题雨水从各各汇水面面积上最最远点分分别流入入雨水口口a、b、c、d的地面集集水时间间均为τ1，并假设设：1）汇水面面积随集集水时间间的增加加而均匀匀增加；；2）降雨历历时t等于或大大于汇水水面积上上最远点点的雨水水流达设设计断面面的集水水时间τ1；3）径流系系数ψ为定值。（1）设计管段段1～2的雨水设计计流量直到t＝τ1时，F1全部面积上上的雨水均均已全部流流到设计断断面，这时时管段1～2内流量达到到最大值。。（L/s）式中q1——管段1～2的设计暴雨雨强度，即即相应降雨雨历时t＝τ1时的暴雨强强度（L/s·ha）。（2）设计管段2～3的雨水设计计流量该设计管段段收集汇水水面积F1和F2上的雨水，，2断面为管段段2～3的设计断面面。当t＝τ1+t1－2时，F1和F2全部面积上上的雨水均均流到2断面，管段段2～3的流量达到到最大值。。即：（L/s）式中q2—管段段2～3的设设计计暴暴雨雨强强度度，，即即相相应应于于降降雨雨历历时时t＝τ1+t1－2的暴雨强度（（L/s·ha）；t1－2—管段1～2的管内雨水流流行时间（min）。（3）设计管段3～4的雨水设计流流量（L/s）式中q3——管段3～4的设计计暴雨雨强度度，即即相应应于降降雨历历时t＝τ1+t1－2+t2－3的暴雨雨强度度（L/s·ha）。t2－3——管段2～3的管内内雨水水流行行时间间（min）。（4）设计计管段段4～5的雨水水设计计流量量（L/s）式中q4——管段4～5的设计计暴雨雨强度度，即即相应应于降降雨历历时t＝τ1+t1－2+t2－3+t3－4的暴雨雨强度度（L/s·ha）。t3－4——管段3～4的管内内雨水水流行行时间间（min）。各设计计管段段的雨水设设计流流量应应等于于该管管段所所承担担的全全部汇汇水面面积与与该管管段设设计暴暴雨强强度的的乘积积。各管段段的设设计暴暴雨强强度就就是以以管段段设计计断面面集水水时间间作为为降雨雨历时时所对对应的的暴雨雨强度度。由于各各管段段的集集水时时间不不同，，所以以各管管段的的设计计暴雨雨强度度也不不同。。五、雨雨水管管渠设设计参参数（一））水力力计算算的基基本公公式式中Q——流量（（m3/s）;ω——过水断面面积积（m2）；v——流速（m/s）；R——水力半径（m）；I——水力坡度；n——粗糙系数。（二）水力计计算的设计数数据1．设计充满度度雨水中主要含含有泥砂等无无机物质，不不同于城市污污水的性质，，加之暴雨径径流量大，而而相应较高设设计重现期的的暴雨强度的的降雨历时较较短。故管道道设计充满度度按满流考虑虑，即h/D=1。明渠则应有有不小于0.20m的超高。2．设计流速为避免雨水所所挟带的泥砂砂等无机物在在管渠内沉积积下来而堵塞塞管道，我国国设计规范规规定满流时管管道最小设计计流速为0.75m/s；明渠最最小设计计流速为为0.4m/s。为防止管管壁受到到冲刷而而损坏，，雨水管管渠的最大设计计流速为：金属属管道为为10m/s；非金属属管道为为5m/s；明渠按按表采用用。明渠最大大设计流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）粗砂或低塑性粘土粉质粘土粘土石灰岩或中砂岩0.81.01.24.0草皮护面干砌块石浆砌块石或浆砌砖混凝土1.62.03.04.03．最小管管径和最最小设计计坡度雨水管道道的最小小管径为为300mm，相应的的最小坡坡度为0.003；雨水口口连接管管的最小小管径为为200mm，相应的的最小坡坡度为0.01。4．最小埋埋深与最最大埋深深在冰冻地地区，雨雨水管道道正常使使用是在在雨季，，冬季一一般不降降雨，若若该地区区使雨水水管内不不贮留水水，且地地下水位位较深时时，其最最小埋深深则可不不考虑冰冰冻影响响，但应应满足管管道最小小覆土厚厚度的要要求。其其它具体体规定同同污水管管道。第八章排水水管渠及及附属构构筑物排水管渠渠的断面面形式要要求静力学上上，具有有一定的的抗荷载载能力，，坚固稳稳定，抗压抗折折，不破破裂、不不变形水力学上上，尽可可能大的的排水能能力，不不淤积，，不沉淀淀经济上，，造价低低管理维护护上，便便于疏通通、清洗洗排水管渠渠的断面面形式圆形半椭圆形形马蹄形水力特性性好排水能力力大抗压能力力强便于预制制节省材料料抗压能力力强节省材料料用于污水水流量大大且变化化小管径大于于2m高度小于于宽度可减小埋埋深造价低、、易淤积积适用大流流量、变变化小、、出水位位置受限限制排水管渠渠的断面面形式矩形水力条件件差可现场预预制适用于排排洪沟等等明渠或或路面狭狭窄地区区梯形只适用于于明渠蛋形下部窄流量小时时流速也也较大不淤积清通养护护方便排水管渠渠材料的的要求具有一定定的强度度，抗压压抗折抗冲刷、、耐磨损损有抗腐蚀蚀，浸蚀蚀能力不透水内壁光滑滑、阻力力小货源充足足、价格格便宜常用的排排水管渠渠混凝土和和钢筋混混凝土管管陶土管金属管砖石浆砌砌或钢混混大型管管渠石棉水泥泥管其他管渠渠,包括木管管,竹管,塑料管,玻璃钢管管等(1)混凝土和和钢筋混混凝土管管优点：制造方便便，成本本低，抗抗压能力力强，适适用于大大管径缺点：抗酸、碱碱和浸蚀蚀能力低低；抗渗渗透性能能低；管管节短，接头头多，施施工困难难；重量量大，搬搬运不便便乘插式企口式平口式(2)陶土管特点：内外壁光光滑；不不透水性性能好，，耐磨损损、抗腐腐蚀；强强度低，，抗压抗抗折能力力差，管管径较小小，一般般在300mm以下适用条件件：居民区室室外排水水管、工工业废水水中(3)金属管(钢管和铸铸铁管)特点：成本高，较较少采用；；抗高压、、抗渗透能能力强；内内壁光滑，，阻力小；；长度大，，接头少；；抗酸、碱碱腐蚀和抗抗地下水浸浸蚀能力低低，需作防防腐处理适用条件：：震区，对渗渗透要求高高的地区特点：现场浇筑，，抗压、抗抗震、抗腐腐蚀能力强强，无法预预制适用条件：：大管径，管管径大于2.0m(4)砖石浆砌或或钢混大型型管渠(5)石棉棉水水泥泥管管特点点：：表面面光光滑滑、、不不透透水水；；抗抗腐腐蚀蚀性性强强；；重重量量轻轻；；质质脆脆，，易易折折断断，，不不耐耐磨磨损损(6)其他他管管渠渠:木,竹,塑料料,玻璃璃钢钢等等管渠渠材材料料的的选选择择管渠渠材材料料应应尽尽可可能能就就地地取取材材，，便便于于供供应应和和运运输输考虑虑管管材材的的造造价价根据输送水质质情况，进行行比较选择考虑管材的适适用条件排水管渠接口口的要求足够的强度不透水抗腐蚀、浸蚀蚀具有一定的弹弹性排水管渠接口口的分类柔性接口：允允许有3-5mm的纵向交错或或较小的角度度。适用于地地基软硬不一、受受力不均匀，，震区等地。。但施工复杂杂，造价高。如沥青青卷材、橡胶胶圈刚性接口：不不允许有相对对的位移。适适用于地基条条件好的地区区，施工简单，应用用广泛，如水水泥砂浆接口口半柔半刚性接接口：介于柔柔性和刚性之之间，如石棉棉水泥接口排水管渠基础础的组成管道管座基础垫层地基排水管渠基