排水系统概论课件

第三章雨水管渠系统的设计第三章雨水管渠系统的设计1一、雨水管渠系统设计的要素1雨水管渠系统的组成房屋的雨水管道系统和设备(雨水口)街坊或厂区雨水管渠系统街道雨水管渠系统排洪沟雨水泵站出水口一、雨水管渠系统设计的要素1雨水管渠系统22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。2雨水管渠系统的任务及时地33雨水管道的主要设计内容收集基础资料(收集资料,确定计算公式,设计参数,定线,流量及水力计算,绘图)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道的水力计算绘制管道的平面图及纵剖面图3雨水管道的主要设计内容收集基础资料(44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。4雨量分析目的5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6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。即降雨深度.H,mm年平均降雨量多年观测各年降雨平均值月平均降雨量年最大日降雨量降雨量：降雨的绝对量，指某场降雨落在不透水平面上的水层深度。7降雨历时：连续降雨的时段,min,h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降雨历时：连续降雨的时段,min,h85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。(mm/min)5暴雨强度指某一连续降雨时段内的平均降雨量，即单位9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)。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‧s10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。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11

暴雨强度公式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：地方参数暴雨强度公式12

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(给水排水设计手册第五册)排水工程上册附录3-1/184我国若干城市暴雨强度公式,附录3-2/185确定暴雨强度公式的步骤

收集当地气象台的自记13第二节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))半理论半经验公式,推理公式,在国内外广泛使用第二节雨水管渠设计流量的确定雨水管渠设计流量计算公14

雨水径流成因地面点上的产流过程植物截留降雨余水(降雨强度大于入渗率)

地面径流土壤渗流雨水径流成因地面点上的产流过程15排水系统概论课件16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流域上的汇流过程17排水系统概论课件18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19当t<τ0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t>τ0时，t增大，F不变，q减小，Q减小当t<τ0时，部分汇流。t增大，q减小，F增大，Q增大；20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。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21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

假设条件降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的22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。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23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:折减系数集水时间的确定t=t1+mt224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。

地面集水时间t1的确定影响因素：25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=60s管渠内雨水流行时间t2的确定L：各管段的长度(m)；26折减系数m值的确定

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。折减系数m值的确定27径流系数的确定影响因素：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、暴雨雨型等径流系数的确定影响因素：地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密28平均径流系数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

平均径流系数区域综合径流系数29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。设计重现期的确定影响因素：30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。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，31

处理方法：计算各种可能情况下的雨水设计流量，取最大值处理方法：32排水系统概论课件33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。径流调节设置调节池34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，出水管较低调节水池常用的布置形式溢流堰式调节水池35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

底部流槽式调节水池36第三节雨水管渠系统的设计和计算第三节雨水管渠系统的设计和计算37雨水管渠系统平面布置原则利用地形排水,充分利用地形，就近排入水体地形坡度较大地区：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渠系统平面布置原则利用地形排水,充分利用地形，就近排入38根据城市规划布置雨水管道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根据城市规划布置雨水管道雨水管道平行道路布置393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3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404雨水管道采用明渠和暗管结合城郊或新建工业区、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4雨水管道采用明渠和暗管结合城郊或新建工业区、建筑密度41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充满度雨水管渠水力计算的设计参数42设计流速最小流速：满流时管道≥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

设计流速43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：规定同污水管道

干燥土壤：≤7～8m多水、流沙、石灰岩地层：≤5m最小管径及最小设计坡度干燥土壤：≤7～8m多水、流沙、石灰岩44污水管道的衔接原则尽可能提高下游管段高程，以减小埋深避免在上游管段中出现回水造成淤积

方法水面平接管顶平接污水管道的衔接原则尽可能提高下游管段高程，以减小埋深避免在上45水面平接适用于等管径相接或小管径接大管径管顶平接适用于小管径接大管径水面平接适用于等管径相管顶平接适用于小管径接大管径46跌水连接适用于地面坡度很大的地区跌水连接适用于地面坡度很大的地区47控制点的确定定义对管道系统的埋深起控制作用的地点位置离出水口最远点低洼地区的管道起点控制点的确定定义48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49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（附录）洋河镇雨水设计基础资料洪水位：16.5m5012345612345651排水系统概论课件52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立体交叉道路排水尽量缩小汇水面积53排洪沟的设计与计算排洪沟的设计与计算54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设计防洪标准一般以洪峰流量计算的设计频率表示55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。Q=A•v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56推理公式法适用于流域面积为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：暴雨强度衰减系数推理公式法适用于流域面积为40～50km2的地区，以及山区城57地区性经验公式F:流域面积K、n：随地区及洪水频率而变化的系数和指数地区性经验公式F:流域面积58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原则在设计流量确定后，渠线走向应多方案比较59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。设计要求平面布置要求进口形式直插式进口布置要创造良好的导流条60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