排涝水文计算课件

第十章排涝水文计算

第一节概述

第二节农业区排涝计算

第三节城市防洪与排水措施

第四节排水管网设计流量计算

第五节城市圩（垸）排涝模数计算第十章排涝水文计算

第一节概述

第二节第一节

概述第一节概述

一、涝灾的形成

因暴雨产生的地面径流不能及时排除，使得低洼区淹水造成财产损失，或使农田积水超过作物耐淹能力，造成农业减产的灾害，称为涝灾。

一、涝灾的形成一、涝灾的形成

因地下水位过高或连续阴雨致使土壤过湿而危害作物正常生长造成的灾害，称为渍害。本节重点讨论涝灾。一、涝灾的形成

一、涝灾的形成

降雨过量是涝灾发生的主要原因，灾害程度往往与降雨强度、历时、降雨总量和分布范围有关。一、涝灾的形成平原洼地平原坡地易涝区分类平原洼地平原坡地易涝区分类水网圩区城市地区易涝区分类水网圩区城市地区易涝区分类二、排水系统排水系统是排除涝水的主要工程措施。分为农田排水系统和城市排水系统。二、排水系统排水系统是排除涝水的主要工程措施。分为农排涝水文计算ppt课件排涝水文计算ppt课件二、排水系统：农业排水系统畦格田排水沟排水涵洞二、排水系统：农业排水系统畦格田排水沟排水涵洞排涝水文计算ppt课件排涝水文计算ppt课件二、排水系统：城市排水系统雨水沟检查井排涝泵站二、排水系统：城市排水系统雨水沟检查井排涝泵站三、排涝标准三、排涝标准排涝水文计算ppt课件第二节

农业区排涝计算第二节农业区排涝计算我国绝大多数地区农业排水区设计暴雨历时为1~3天。我国绝大多数地区农业排水区设计暴雨历时为1~3天。二、入河径流计算：入河径流总量：各种土地利用面积上进入河渠径流量之和。

1、

水面产流：直接进入排水河渠R=P-E0式中：R为水面产流量，mm；P为降雨量，mm；E0为水面蒸发量，mm；二、入河径流计算：排涝水文计算ppt课件

3、

旱地及非耕地入河流量可采用新安江模型进行产流计算，资料不足可采用：R=P-I式中：R为水面产流量，mm；P为降雨量，mm；I为次降雨损失量，mm。

排涝水文计算ppt课件三、圩（垸）排涝模数计算式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；Q为设计排涝流量，m3/s；F为排涝面积，km2。三、圩（垸）排涝模数计算式中：M为设计排涝模数，m3/s/k三、圩（垸）排涝模数计算式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；R为t日暴雨产生的涝水总量，mm；α为圩内水面率；ΔZ为圩内沟渠预降水深，mm；K为日开机时间，h/d；T为排涝天数，d。三、圩（垸）排涝模数计算式中：M为设计排涝模数，m3/s/k四、区域排涝模数计算式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；R为设计暴雨径流深，mm；F为排涝面积，km2；C为综合系数；m为峰量指数；n为递减系数。M=CRmFn四、区域排涝模数计算式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2第二节城市防洪与排水措施

一、城市地区的洪水问题

第一，城市本身暴雨引起的洪水。这是城市排水面临的问题。第二，城市上游洪水对城区的威胁；解决这类问题属城市防洪范畴。第三，城市本身洪水下泄造成的下游地区洪水问题。构成了城市下游地区的防洪问题。第二节城市防洪与排水措施一、城市地区的洪水问题海口市暴雨成灾海口市暴雨成灾洪水淹没下游城镇洪水淹没下游城镇广东阳江市江城区堤坝崩溃军民紧急抢险广东阳江市江城区堤坝崩溃军民紧急抢险

二、城市防洪与排水工程措施

（一）防洪工程措施1．疏通和治理城市上下游河道，增加河道过水能力，或者使河流改道，直接进入城市下游区域；

2．建造堤防和防洪墙保护城市，阻挡洪水侵入，傍临大江大河的城市大部分采用这一措施；

3．在城市上游修建防洪水库储蓄洪水，以达到削减洪峰的目的。工程要结合水资源开发、发电诸方面综合考虑；

4．在城市上游建造分洪区分洪。减缓稀遇大洪水对下游城市的威胁。二、城市防洪与排水工程措施

（一）防洪工程措施排涝水文计算ppt课件排涝水文计算ppt课件

（二）排水工程措施

城市排水主体工程是管渠排水系统，将城区雨洪尽快排出。全面解决城市雨洪问题，应结合各城市具体情况，采取综合治理措施来减小、延缓和调节城市雨洪，削减洪峰和减少洪量。（二）排水工程措施

城市排水主体工程是管渠排水1．建立人工蓄洪池塘。在雨洪流量较大时储存一部分洪量，而流量下降时排出，以达到削减洪峰作用。

2．设立等高绿地。在广场和住宅区周围沿等高线设置绿地，使雨水进入绿地后再排出，增加下渗量和降低汇流速度，减小地表径流，削减洪峰流量。排水综合治理措施:1．建立人工蓄洪池塘。在雨洪流量较大时储存一部分洪量4．利用屋顶蓄水滞水。采用屋顶蓄水池或屋顶花园；增大屋顶铺面糙率，如波状屋顶、砾石屋顶等，束狭落水管使屋顶雨水滞蓄。

5．采用透水性排水管道。多孔的排水管道可以增加透水量，使排水流量降低。

6．地下水回灌。利用枯井、深水井对雨水进行地下水回灌。3．采用透水铺面。可铺砌透水公路、广场，砖、砾石人行道和巷道，增加下渗量。4．利用屋顶蓄水滞水。采用屋顶蓄水池或屋顶花园；增大

三、城市防洪与排水非工程措施

1．植树绿化及水土保持

在城市上游和城区植树或种草，增加土壤下渗和滞水能力，降低和延缓洪峰；

2．洪水预报和警报

编制洪水预报方案，在洪水来临之前通告群众和有关部门，及时做好抗洪工作；

3．洪水调度

结合洪水预报方案和洪水警报制定合理的洪水调度方案，降低洪水对城市的威胁程度；三、城市防洪与排水非工程措施

1．植树绿化及水土保

4．洪水保险对遭受洪涝灾害的个人及集体支付赔偿，用经济杠杆提高人们防洪意识。

5．水利管理条例

国家和地方有关主管部门根据具体情况颁布水利方面的有关管理条例。

6．城市水利规划

制定合理的水利布局方案并留有充分的发展与改进的余地。

第三节管渠水系统设计流量过程线推求

在城市管渠排水系统的规划与设计中，当涉及系统的优化设计，超载状态，工程控制调度，管渠溢流计算，调节池与泵站设计，雨水污染分析与防治等工程问题时，需要推求相应的设计流量过程线。

第三节管渠水系统设计流量过程线推求

在城市管

一、设计暴雨计算

（一）设计雨量

在城市管渠排水系统设计雨量的推求，一般采用暴雨公式：

i＝A（1＋CLgT）/（t＋B）n（mm／min）若重现期T已确定，则a＝A（1＋CLgT）为一常数，则上式写成

i＝a/（t＋b）n（mm／min）上式与水利部门采用的雨强公式完全相同。因此可以推求得降雨历时为tp的设计雨量为

P＝atp/（t＋b）n

一、设计暴雨计算（一）设计雨量

在城市管渠排水系

（二）设计暴雨过程拟定

1．典型分配：选用实际的暴雨过程作为典型，经同倍比或同频率放大后，得出设计暴雨过程

2．同频率分配：按这一途径分配得出一个单峰暴雨过程，每一历时的雨量均满足设计频率，雨峰位置采用地区综合值。（二）设计暴雨过程拟定

1．典型分配：选用实

3．雨量分配公式：下式是根据暴雨公式推导出的一个瞬时雨强公式，它以雨峰为坐标原点：

雨峰前：I1＝a[(1-n)(t1/r)+b]/(t1/r+b)n+1

雨峰后：I2＝a[(1-n)t2/(1-r)+b]/[(t1/(1-r)+b]n+1

式中，I1，I2—雨峰前t1和雨峰后t2时刻雨强；

r—峰前历时与总降雨历时之比；

a、b、n—暴雨公式中的参数。3．雨量分配公式：下式是根据暴雨公式推导出的一个瞬时例:已知某暴雨公式为

i＝18（1＋0.9LgT）/（t＋15）0.8求2年一遇的设计暴雨过程。（1）取计算时段为5min，由暴雨公式式计算得5,10，…,60min共12个历时平均雨强i，列第（1）、（2）栏；（2）计算各历时降雨总量P＝it，列第（3）栏；例:已知某暴雨公式为（1）取计算时段为5min，（3）由第3栏中各相邻历时雨量之差推求时段雨量ΔPj＝Pj

－Pj-1，j＝1，2，…，12。此时，ΔPj是按大至小排列，序号即为j，j与ΔPj列（4）（5）两栏；（4）查地区手册得r＝0.45，由0.45×12＝5.4可知，雨峰位于第6时段，按单峰暴雨过程确定时段雨强大小序号K，并按K的顺序位置，分配相应的时段雨量ΔPK，分列第（6）（7）两栏

第（7）栏即为推求的设计暴雨过程（3）由第3栏中各相邻历时雨量之差推求时段雨量ΔPj＝表5－9同频率暴雨过程推求表5－9同频率暴雨过程推求二、排水管网设计流量计算

市政部门习惯采用公顷（hm2），升（L），分钟（min）作为面积、水量、时间的基本单位。推求管道设计流量的推理公式形式：

Qp

＝aipF

式中：Qp

—设计洪峰流量，L／s

a

—径流系数

ip

—集流时间内平均雨强，L／s·hm2二、排水管网设计流量计算

市政部门习惯采用公顷（

在城市区域，下垫面各处差别很大，径流系数也各自不同。平均径流系数计算公式

a＝∑aifi/F＝∑biai

式中，ai－对应于面积fi的局部径流系数，

F－流域面积。

城市径流系数与地面不透水性有很大关系。在城市区域，下垫面各处差别很大，径流系数也各自不同。平

表9－1各种地表复盖的径流系数表

表9－1各种地表复盖的径流系数表

表9－2区域不透水性综合径流系数

除了下垫面不透水程度，径流系数大小还与降雨特性、土壤含水量、地下水埋深等特性有关。因此，在选用径流系数时，必须视具体情况而定。表9－2区域不透水性综合径流系数

除了下垫面不

市政部门常用的暴雨公式形式为：

i＝167A（1＋CLgT）/（t＋B）n

式中,T

—重现期，年；

i

—平均雨强，L／（s·hm2）；

A、B、C、n

—暴雨公式的参数。

市政部门常用的暴雨公式形式为：

i＝167A表9－3我国部分城市暴雨公式的参数表9－3我国部分城市暴雨公式的参数

流域集流时间τ由下式计算

τ＝tc

+mtf

式中,tc

—管道入水口坡面汇流时间，min；

tf

—上游管道管流时间，min；

m

—延缓系数，管道m＝2，明渠m＝1.2

流域集流时间τ由下式计算

τ＝tc计算坡面汇流时间的公式：

（1）运动波法公式

tc＝1.359L0.6n0.6i－0.4J－0.3

式中，L

—坡面流长度，m；

n

—地面糙率；

i

—降雨强度，mm／min；

J

—地面平均坡度。计算坡面汇流时间的公式：

（1）运动波法公式

tc＝1.35

（2）机场排水公式

tc＝0.703（1.1－a）L0.5J－0.333

式中，a

—径流系数。

（3）SchaaKe公式

tc＝1.397L0.24J－0.16

I－0.26

式中，I—不透水面积百分比。（2）机场排水公式

tc＝0.703（1表9－4几种下垫面覆盖的糙率

表9－4几种下垫面覆盖的糙率

表9－5几种区域地面糙率

表9－5几种区域地面糙率

管径的计算根据设计流量按满管重力流计算，这里仅介绍用曼宁公式计算圆管管径：

D＝（3.2084nQp）3/8/J1／2

式中D

—设计圆管管径，m；

n

—圆管道糙率；

Qp—指定频率设计洪峰流m3／s；

J

—管道坡度。

在实际应用时，实用管径应等于或稍大于计算出管径。管径的计算根据设计流量按满管重力流计算，这里仅介绍用

计算管道平均流速V有以下几种方法（以圆管为例）

（1）按满管重力流用连续方程计算

V＝4Qp/（πD2）

式中,D

—实际采用的管径，m。

（2）按满管重力流用曼宁公式计算

V＝0.397n

D2／3J1／2

计算管道平均流速V有以下几种方法（以圆管为例）

根据平均流速可计算得管流时间：

tf＝L／（60V）

式中,L

—上游管道管长，m；

tf—上游平均管流时间，min

由上游管道的地面汇流时间和管流时间之和,得出设计管道的总集流时间τ代入推理公式可以推得管道设计洪峰流量。根据平均流速可计算得管流时间：

tf＝L

管道各自独立地采用推理公式计算设计流量。各管道设计流量并非由同一设计暴雨所形成，仅仅是在计算集流时间τ时，要用到上游管道的汇流时间而已。

进入设计管道的流量不是一条路径，应把径流流时最长的那条路径的水流时间作为设计管段的集流时间。管道各自独立地采用推理公式计算设计流量。各管道设计流应用推理公式推求管道设计流量框图排水面积f长度和坡度、造率设计雨强推求洪峰流量结束径流系数C集流时间τ暴雨公式计算下一管路计算管流时间计算本段管径最后管段应用推理公式推求管道设计流量框图排水面积f长度和坡度、造率设

［算例］北京市某区域需要铺设排水管网。管网上端三个管道，雨水井以及集水面积见示意图。推求各管道二年一遇设计洪峰流量。132设计管道布设示意图

［算例］北京市某区域需要铺设排水管网。管网上端三个管

表9－6排水区域与设计管道基本资料具体计算是自上游管道向下游管道逐段推求设计流量。先计算1号和2号管道设计流量、流速和管径。最后计算3号管道设计流量、流速和管径。

表9－6排水区域与设计管道基本资料具体计算是自

表9－7北京市某区上游排水管道设计计算表

表9－7北京市某区上游排水管道设计计算表

首先计算1号管道设计流量、流速和管径，计算过程及表中各栏说明如下：第（1）栏，管道编号，与管首雨水井编号相同第（2）栏，管道集水面积，它是管首雨水井集水面积以及上游入水管道排水面积之和

F1＝5.1hm2首先计算1号管道设计流量、流速和管径，计算过程及表中

对应于各种下垫面情况的面积权重bi在表9－6已给定。根据地面复盖物情况由表9－2查得对应的径流系数ai，则可计算得

a1＝0.55×0.85＋0.60×0.15＝0.558

第（3）栏，管道排水面积的权重径流系数

a＝∑aibi对应于各种下垫面情况的面积权重bi在表9－6已给定。

第（4）栏，雨水井的地面汇流时间，这里采用机场排水公式计算。

tc＝0.703（1.1－a）L0.5J－0.333

tc1＝0.703（1.1－0.556）1030.5×0.104－0.333＝17.7（min）

第（5）栏，各管道排水面积集流时间。第1、2号管道位于上游顶端，管道排水面积等于管首雨水井集水面积，集流时间

τ1＝tc1＝17.7（min）第（4）栏，雨水井的地面汇流时间，这里采用机场排水公

第（6）栏，设计雨强。由表5－3查得北京市雨强公式，把T＝2年和t＝τ代入

i＝167×11.98（1＋0.811Lg2）/（τ＋8）0.711＝2489.1/（τ＋8）0.711

i1＝2489.1/（17.7＋8）0.711

＝248（L／s·hm2）第（6）栏，设计雨强。由表5－3查得北京市雨强公式，

第（7）栏，设计流量

Qp＝aipF

Qp1＝0.558×248×5.1＝706（L／s）

第（8）栏，管道糙率。查表9－8可知混凝土管糙率

n＝0.014。第（7）栏，设计流量

Qp＝aipF

Qp

第（9）栏，计算出的设计管径，这里按满管重力流由曼宁公式计算

D＝（3.2084nQp/J0

0.5）3/8

D1＝（3.2084×0.014×0.706/0.0180.5)3/8＝0.582（m）

第（10）栏，实际采用的管径。第（9）栏，计算出的设计管径，这里按满管重力流由曼宁

第（11）栏，管道平均流速，按满管重力流由连续方程计算

V＝4Qp/（Dn2π）

V1＝4×0.706/（0.62×3.14）＝2.50（m/s）

第（12）栏，管流时间

tf＝L0／（60V）

tf1＝109／（60×2.5）＝0.73（min）第（11）栏，管道平均流速，按满管重力流由连续方程计

在上游的1、2号管道计算完毕后，才可推求第3号管道的设计值，说明如下：2号管道计算与1号管道相同。第（1）栏

NＯ3＝3

第（2）栏

F3＝6.3＋5.1＋2.9＝14.3（hm2）在上游的1、2号管道计算完毕后，才可推求第3号管道的

第（3）栏，

α3′＝0.75×0.60＋0.60×0.40＝0.69

α3＝(0.69×6.3＋0.558×5.1＋0.43×2.9)/14.3

＝0.59第（4）栏，

tc3＝0.703（1.1－0.69）1190.50.0125－0.333

＝13.5（min）第（3）栏，第（4）栏，

第（5）栏，管道3汇水路径有三条，第一条从管道1汇入，第二条从管道2汇入，第三条从本管首雨水井汇入，各管路流时为

路径1：T1=τ1+mtf1=17.7＋2×0.73＝19.2min

路径2：T2=τ2＋mtf2=17.2＋2×0.75＝18.7min

路径3：T3＝tc3＝13.5min132从三条路径中选择最大流时作为管道3的集流时间，即

τ3＝19.2min第（5）栏，管道3汇水路径有三条，第一条从管道1汇入第（6）栏，i3＝2489.1（19.2＋8）－0.711＝238（L／s·ha）第（7）栏，Qp3＝0.59×238×14.3＝2008（L／s）第（8）栏，n＝0.014第（9）栏，D3＝（3.2084×0.0014×2.008/0.0210.5）3/8

＝0.837（m）第（10）栏，Dn3＝900mm第（11）栏，V3＝4×2.008／（0.92×3.14）＝3.16（m／s）第（12）栏，tf3＝90／（60×3.16）＝0.47（min）第（6）栏，i3＝2489.1（19.2＋8）－0.71二、设计净雨计算

（一）城市地区产流计算的特点

1．城市管渠排水系统工程规模受洪峰控制，由于成峰水量主要来自地表径流，许多计算方法注重地表径流计算，简单处理甚至忽略地下径流；2．城市不透水面积比重大，由于城市排水系统设计标准不高，设计暴雨强度低，透水面积上产生的地表径流很小，地表径流主要产生于不透水面积；3．当设计中需研究水质问题时，可能涉及初损计算。二、设计净雨计算（一）城市地区产流计算的特点霍顿曾用方程来表示植物截留量与降水量之间的关系

IR＝a＋bPn

式中,IR

—植物截流量，mm；

P

—降水量，mm；

a、b、n—参数。（二）降雨损失的分项计算霍顿曾用方程来表示植物截留量与降水量之间的关系

表9－10部分植物的霍顿截留公式参数表9－10部分植物的霍顿截留公式参数填洼量一般采用经验性数据。例如，美国丹佛地区政府根据现有水文资料研究结果，编制了不同地面复盖的填洼深度表（表9－11）。表9－11不同地面覆盖物的填洼量填洼量一般采用经验性数据。例如，美国丹佛地区政府根据现有水文

（三）φ指标法

绝大部分城市排水缺乏实测下渗资料，无法推求出下渗曲线。

在城市排水区域，由设计暴雨推求净雨计算中，一般采用径流系数折算出径流总量。根据设计暴雨总量P，径流系数α，可以求得地表径流总量R和降雨损失总量I：

R＝αP；

I＝（1－α）P（三）φ指标法

绝大部分城市排水缺乏实测下渗

采用均匀分配原则将损失量I平均分摊到每一时段的降雨中，即φ指标扣损法:第i时段地表净雨

hi＝0Pi≤φ

hi＝Pi－φ

Pi＞φ

最终