城鎮(zhèn)雨水管渠的設(shè)計課件

1、第四章 城鎮(zhèn)雨水管渠的設(shè)計概述概念： 雨水管渠系統(tǒng)是由雨水口、雨水管渠、檢查井、出水口等構(gòu)筑物組成的一整套工程設(shè)施。 設(shè)計目的： 及時匯集并排除暴雨形成的地面徑流。概述設(shè)計的主要內(nèi)容：確定當?shù)乇┯陱姸裙?確定雨水徑流量)劃分排水區(qū)域，進行雨水管渠的定線，確定可能設(shè)置的調(diào)節(jié)池、泵站位置根據(jù)當?shù)貧庀笈c地理條件，工程要求等確定設(shè)計參數(shù)、計算設(shè)計流量和進行水力計算，確定每一設(shè)計管段的斷面尺寸、坡度、管底標高及埋深繪制管渠平面圖和縱剖面圖。4.1 雨水徑流量的估算 雨水管道和合流管道的設(shè)計以降雨量為基礎(chǔ)，設(shè)計流量為雨水徑流量（合流管道的主要部分）。4.1.1雨量分析的幾個要素降雨歷時(t)：連續(xù)降雨的

2、時段，可以指一場雨全部降雨的時間(陣雨歷時)，也可以指其中任一連續(xù)的時段(min或者h);降雨量(h)：降雨的絕對量，是一段時間（日、月、年）內(nèi)降落在某一面積上的總水量，用深度h表示（mm）或(m3/ha或m3/hm2)，有年平均降雨量、月平均 降雨量和年最大日降雨量。歷史上最大日降雨量對雨水管道的設(shè)計有參考價值。降雨強度或雨率(i或q)：某一連續(xù)降雨時段內(nèi)（即某一降雨歷時，如10min、20min、30min）的平均降雨量。有兩種表示方法：K為單位換算系數(shù)單位時間的平均降雨深度單位時間內(nèi)單位面積上的降雨體積（工程上更常用）雨量分析的幾個要素降雨面積和排（匯）水面積(A)：降雨面積指降雨所籠罩

3、的面積；排（匯）水面積指雨水管渠匯集雨水的面積(ha 或 km2)降雨強度的頻率(Pn)和重現(xiàn)期(P):單位時間內(nèi)某種事件出現(xiàn)的次數(shù)（或百分率）通常稱為頻率，水文統(tǒng)計上，用頻率反映降雨出現(xiàn)的頻繁情況，但工程上更常用重現(xiàn)期。（根據(jù)水文站自記雨量計的多年記錄統(tǒng)計分析）洪水的大小50年一遇100年一遇洪水重現(xiàn)期50年100年頻率2%（0.02）1%（0.01）年頻率式（每年選一個雨樣，即年最大值法選樣，N為降雨觀測資料的年數(shù)）n=N次頻率式（每年選M個雨樣，即一年多次法選樣）:n=NM降雨強度的頻率(Pn)和重現(xiàn)期(P): 概念式： 水文計算年頻率和次頻率:m 等于或大于某特定值暴雨強度出現(xiàn)的次數(shù)。

4、n 觀測資料總次數(shù)。經(jīng)驗頻率規(guī)范規(guī)定，編制暴雨強度公式時必須有10年以上的自記雨量記錄。降雨強度的頻率：等于或大于某特定值的暴雨強度出現(xiàn)的次數(shù)與觀測資料總項數(shù)之比的百分數(shù)。按年最大值法選樣時，第m次暴雨的重現(xiàn)期P為其經(jīng)驗頻率的倒數(shù)，即：暴雨重現(xiàn)期(P)，單位為 年（a）:按一年多次法選樣時，第m次暴雨的重現(xiàn)期P為：推理公式雨水管道設(shè)計流量一般采用的推理公式Qs雨水設(shè)計流量(L/s)A排（匯）水面積(ha)i降雨強度(mm/min)q降雨強度(L/(s.ha)K換算系數(shù)等于167徑流系數(shù)其數(shù)值小于1降雨強度(q、 i)的確定 推理公式用的降雨強度 i 應(yīng)當是與排水面積的集水時間t（最遠一點的雨水

5、流到設(shè)計管段的時間）相對應(yīng)（比如10min，20min，30min）的降雨歷時的最大平均降雨強度。降雨分析降雨強度(q、 i)的確定降雨分析表降雨分析降雨強度(q、 i)的確定 雨量曲線，可得出與任一降雨歷時（集水時間）相應(yīng)的降雨強度。降雨分析降雨分析自記雨量計降雨記錄的整理雨量曲線和雨量公式分析每一年的記錄整理每一年的降雨分析匯總表全國十大城市雨量公式摘錄表 表4-5編制降雨分析整理成果表和繪制雨量曲線雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨強度的確定 分析每一年的記錄，從中選較大的幾個降雨，通常68個（室外排水設(shè)計規(guī)范），豐水年多選幾個，旱年少選幾個。 按降雨深度從大到小排列每一年的降雨分析匯總表，

6、并取最大的35組，豐水年多選幾組，旱年少選幾組。 匯總各年降雨分析整理成果表（一般不少于10年，室外排水設(shè)計規(guī)范），按降雨深度的大小排列，把降雨深度化為降雨強度，并計算出相應(yīng)的重現(xiàn)期。 可以整理成一個雨量公式，方法參見給水排水設(shè)計手冊 第五冊（解析法）。 雨量曲線p 設(shè)計重現(xiàn)期 （a） t 降雨歷時 （min）A1，c，b，n 地方參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計方法計算確定。暴雨強度公式給水排水設(shè)計手冊 第五冊表4-5t，降雨歷時；p，重現(xiàn)期。地面上產(chǎn)流過程雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定排（匯）水面積上的匯流過程集水時間雨水徑流從排（匯）水面積的最遠點流到集水點（如雨水口、雨管渠上某一斷面）的時間稱

7、為排（匯）水面積的集水時間（或集流時間）。極限強度理論：設(shè)計暴雨強度i、降雨歷時t、排（匯）水面積A多是相應(yīng)的極限值。雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定1、當排（匯）水面積上最遠點的雨水流達集水點時，全面積產(chǎn)生匯流，雨水管道的設(shè)計流量最大。2、當降雨歷時等于排（匯）水面積上最遠點的雨水流達集水點的集水時間時，雨水管道需要排除的雨水量最大。雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定1 A1 街區(qū)一A雨水口B A2街區(qū)二2 A3街區(qū)三c34 （1號井或管段1-2）設(shè)計降雨歷時：以排水面積中最遠的一點到集水點的雨水流行時間作為設(shè)計降雨歷時，即某一排水面積的設(shè)計降雨歷時等于它的集水時間，由于都沿地

8、面流行的，稱之為地面集水時間。 規(guī)范建議地面集水時間在515min中選定。 雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定 地面集水時間很難計算，一般采用經(jīng)驗值，規(guī)范建議地面集水時間在515min中選定。 t設(shè)計降雨歷時（排水面積的集水時間），min；t1地面集水時間，min；t2在管道中流行的時間，min；l集水點上游各管段的長度，m；v相應(yīng)各管段的設(shè)計流速，m/s。 設(shè)計降雨歷時：以排水面積中最遠的一點到集水點的雨水流行時間作為設(shè)計降雨歷時。式中：雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定t1一般在515min雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定1 A1 街區(qū)一A雨水口B A2街區(qū)二2 A3街

9、區(qū)三c34雨水管道設(shè)計流量的估算設(shè)計降雨歷時的確定1 A1 街區(qū)一A雨水口B A2街區(qū)二2 A3街區(qū)三c34小于小于 這反映了推理公式有局限性。設(shè)計重現(xiàn)期(P)的確定1. 重現(xiàn)期選用長些年(10年、5年)還是短些年(1年、0.5年)，主要看管道溢流、地區(qū)積水將造成的危害，其次是施工費用。2. 重現(xiàn)期與管道溢流之間的關(guān)系(重現(xiàn)期為1年，是否平均每年溢流1次？)；(1). 雨水管道按滿流設(shè)計，實際到達滿流時還沒有溢流；(2). 重現(xiàn)期相同的降雨強度并非同時發(fā)生在同一陣雨中，下游管段滿流時，上游管段并非滿流，留有空間；(3). 實際流量超過滿流時，出現(xiàn)壓力流，管道的排水量將超過滿流流量。 雨水管道設(shè)

10、計流量的估算重現(xiàn)期的確定 雨水管道設(shè)計流量的估算重現(xiàn)期的確定 規(guī)范規(guī)定，重現(xiàn)期應(yīng)根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、城鎮(zhèn)類型、地形特點和氣候特征等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后按表46取值。 雨水管道設(shè)計流量的估算重現(xiàn)期的確定 為了減少城市內(nèi)澇，規(guī)范除了提高雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期外，還專門提出了內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期的規(guī)定，以將降雨期間地面積水控制在可接受的范圍內(nèi) 。根據(jù)內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期校核地面積水排除能力，當不符合要求時，調(diào)整設(shè)計，包括放大管徑、增設(shè)滲透設(shè)施、建調(diào)蓄池、內(nèi)河整治等。徑流系數(shù)()的確定徑流系數(shù)()的影響因素：主要因素是地面透水性和坡度。地面覆蓋情況、地貌、建筑密度的分布、 路面鋪砌情況； 降雨歷時、降雨強度、

11、降雨類型（久雨和暴雨） 。2. 平均徑流系數(shù)(加權(quán)平均值，av)： 雨水管道設(shè)計流量的估算徑流系數(shù)的確定 徑流系數(shù)常采用面積內(nèi)各類地面的徑流系數(shù)的加權(quán)平均值。 雨水管道設(shè)計流量的估算徑流系數(shù)的確定 雨水管道設(shè)計流量的估算徑流系數(shù)的確定 注：平均徑流系數(shù)在實際使用中不方便，在設(shè)計中常采用區(qū)域綜合徑流系數(shù)。降低設(shè)計流量的嘗試1. 集水時間的修正、自由容積的利用、壓力流的利用2. 設(shè)計降雨歷時理論公式：設(shè)計降雨歷時修正公式：折減系數(shù)m = m1 m2 1.82.2：延緩系數(shù)（蘇林系數(shù)）m1 ：流行速度實際比設(shè)計小，m1 1.2容積利用系數(shù)m2 ：滿流不同時出現(xiàn)在各管段，可起調(diào)蓄作用 m2 1.7規(guī)范

12、m ：暗管2、明渠1.2、陡坡地區(qū)暗管1.22.0 雨水管道設(shè)計流量的估算降低設(shè)計流量的嘗試鑒于近年來城市暴雨積水嚴重的情況，規(guī)范建議取消折減系數(shù)雨水管道設(shè)計流量的估算雨水管渠設(shè)計流量計算的其它方法1. 推理公式的改進法2. 單位過程線方法3. 計算機模型：Wallingford水文曲線法Illinois城市排水模擬裝置降雨強度管理模型SWMM雨水管道設(shè)計流量的估算討論1. 雨水徑流量的計算公式多是經(jīng)驗公式，精度不高2. 徑流系數(shù)()的不準確性3. 降雨強度 q、重現(xiàn)期P、集水時間t的確定都有經(jīng)驗性4. 雨水管道口徑與經(jīng)濟考慮有密切關(guān)系，不太可能避免溢流，應(yīng)研究解決溢流對策。第二節(jié)雨水徑流調(diào)蓄

13、1、有可能降低整個管網(wǎng)的造價 由于雨水流量大，下游管道的雨水流量尤其大，設(shè)置調(diào)蓄池，可使下游管道的設(shè)計流量減小，降低下游管段的造價（下游若有泵站，可以降低裝機容量），而且做調(diào)蓄池的造價要比管道省，故有可能降低整個管網(wǎng)的造價。2、能解決舊有雨水管渠排水能力不足的問題 如今后在所在的匯水區(qū)域上大量造房，會使不透水面積增加，從而使徑流量劇增，一般很少有可能再重新排管，此時若能設(shè)置一個調(diào)蓄池，將上游的流量引入調(diào)蓄池，洪峰過后再排入下游管道，則可使下游管道仍能使用，從而解決該技術(shù)矛盾。3、能改善合流制管道暴雨時的溢流水水質(zhì) 由于合流制管道在遇到暴雨時，會有大量溢流水產(chǎn)生，而溢流的水中含有相當?shù)纳钗鬯?/p>

14、工業(yè)廢水，水質(zhì)較差，若能在截流式合流制的溢流井后面設(shè)置調(diào)蓄池，并對進入調(diào)蓄池的溢流污水進行處理后再將其排入水體，就能使最終排入水體的溢流水的水質(zhì)得到改善。4、在干旱地區(qū)，可用于蓄積雨水綜合利用。雨水徑流調(diào)蓄池的作用 調(diào)蓄池的位置選擇很重要，調(diào)蓄池若設(shè)置在排水系統(tǒng)的開始或末端，可想而知是意義不大的，故最佳位置的選擇需要慎重考慮。 調(diào)蓄池的最佳設(shè)計位置選擇 盡可能利用當?shù)氐牡匦螚l件，如水庫、池塘、河流、洼地等。 應(yīng)專門建設(shè)。 一般位置：雨水干管中游，有大流量管道的交匯處，正進行大規(guī)模住宅建設(shè)和新城開發(fā)的區(qū)域，擬建雨水泵站前的適當位置。調(diào)蓄池構(gòu)造 流槽式泵汲式 溢流堰式 溢流堰式適宜于陡坡地段。 調(diào)

15、蓄池 流槽式適宜于平坦地形而管道埋深較大的條件。 調(diào)蓄池泵汲式適宜于平坦地形而管道埋深不大的情況。利用底部低于管道的池塘、洼地或在管道一側(cè)建設(shè)低于管道埋深的調(diào)蓄池。 調(diào)蓄池第三節(jié)城鎮(zhèn)雨水管道的設(shè)計 因雨水泵站投資、用電量都很大，盡量避免設(shè)置雨水泵站。因明渠造價低，考慮采用明渠。在建筑物密度較高、交通繁忙的地區(qū)，可采用加蓋明渠（一般用暗管）。利用地形，就近排放地面水體，降低造價。盡量利用池塘、河浜受納地面徑流，最大限度地減少雨水管道的設(shè)置。雨水管渠設(shè)計的原則 充分利用地形： 1、地形坡度變化較大時，雨水干管宜布置在地形較低處或溪谷線上；地形平坦時，雨水干管宜布置在排水流域的中間，盡量擴大重力流排

16、出雨水的范圍。 2、當管道排入池塘或小河時，出水口構(gòu)造簡單，造價較低，宜采用分散出水口式的管道布置，且就近排放，管線較短，管徑較小，技術(shù)經(jīng)濟合理。 3、當河流水位變化較大，管道出水口離常水位較遠時，出水口構(gòu)造較復(fù)雜，宜采用集中出水口的管道布置。 4、當?shù)匦纹教?，且地面平均標高低于河流常年洪水位標高時，需將出水口適當集中，在出水口前設(shè)雨水泵站，暴雨期間雨水抽升后排放，為盡可能減少雨水泵站流量，節(jié)省投資可在泵站前設(shè)調(diào)蓄池。分散出水口雨水管布置集中出水口雨水管布置雨水管渠系統(tǒng)的平面布置 雨水口的設(shè)置位置，要配合道路邊溝，在道路交叉口的匯水點和低洼地段均應(yīng)設(shè)置雨水口，避免雨水漫過路面(圖47)。 陡坡

17、地區(qū):為避免因管渠坡度太陡，設(shè)跌水檢查井等特殊構(gòu)筑物，使干管與等高線斜交，以適當減少干管坡度。另外，管渠定線還需注意設(shè)在地質(zhì)良好的地段，沿線特殊構(gòu)筑物少，使施工簡易，降低造價，也便于維護。 受地形影響 平坦地區(qū):為避免干管埋深過大，增加造價，干管應(yīng)設(shè)在流域的中部，以減少兩側(cè)支管長度。 根據(jù)城市規(guī)劃和建設(shè)情況，考慮利用河湖水體與洼地調(diào)蓄雨水，把地形條件、地下水位以及原有的和規(guī)劃的地下設(shè)施、施工條件等因素綜合考慮，合理布置，分期建設(shè)，逐步完善。 布置原則 管渠定線 雨水管渠常沿道路鋪設(shè)，設(shè)在道路中線的一側(cè)，與道路相平行，盡量在快車道以外。 受道路交通影響 道路交叉口雨水口的布置管道按滿流設(shè)計，明渠

18、應(yīng)留超高，不小于0.2m。最小設(shè)計流速為0.75m/s，明渠為0.4 m/s。管道可不考慮最大流速，明渠的最大流速按下頁表采用（P101,表4-10）。最小管徑300mm，塑料管最小坡度0.002，其它管最小坡度0.003；雨水口連接管管徑200mm，最小坡度0.01。雨水管道流速公式：管段銜接一般用管頂平接，當條件不利時也可用管底平接。最小覆土厚度，在車行道下時，一般不小于0.7m，基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在冰凍線以下。在直線管段上檢查井的最大間距見下表（P29，表11） 。雨水管渠水力設(shè)計的準則渠壁材料最大設(shè)計流速/（ms-1）渠壁材料最大設(shè)計流速/（ms-1）粗沙或低塑性粉質(zhì)黏土0.8草皮護面1.6沙質(zhì)

19、黏土1干砌塊面2黏土1.2漿砌塊石或漿砌磚3石灰?guī)r、中砂巖4混凝土4管徑或暗渠凈高/mm最大間距/m污水管道雨水（合流）管道2004004050500700607080010008090110015001001201500120120雨水管道水力設(shè)計步驟步驟1：劃分流域與管渠定線，確定雨水流向。根據(jù)地形的分水線、豎向規(guī)劃和鐵路、公路、河道的具體情況。步驟2：劃分設(shè)計管段與沿線匯水面積，一般以100200m左右為一段。匯水 面積的劃分根據(jù)當?shù)氐匦螚l件。平坦時，根據(jù)就近排除原則，按角等分線劃分；地面有坡度時，按雨水向低處流的原則劃分。步驟5：進行水力計算，確定各設(shè)計管段的管徑、坡度、管底高程和埋深

20、步驟4：確定管道的最小埋深步驟3：確定雨量參數(shù)的設(shè)計值，包括徑流系數(shù)、重現(xiàn)期、地面集水時間 雨水管道系統(tǒng)平面圖雨水管道水力設(shè)計示例 雨量重現(xiàn)期采用兩年，相應(yīng)降雨強度公式：地面集水時間t用10min。 基本公式和數(shù)據(jù)：雨水管道水力設(shè)計示例徑流系數(shù)及加權(quán)平均的計算： 雨水管道水力設(shè)計示例基本公式和數(shù)據(jù)：步驟1：從管道系統(tǒng)圖中量得各管段的長度L列入第2列步驟2：根據(jù)排水面積的劃分，將各管段的沿線面積列入第3列步驟3：各管段的設(shè)計排水面積列入第4列步驟4：從圖中讀出數(shù)據(jù)列入第14、15列步驟5：根據(jù)各管段的假定流速，算出集水時間t，比流量q0，設(shè)計流量Qs，而后從水力學算圖上選定管徑D與坡度I，并確定相應(yīng)的流速v，當所確定的流速v與假定流速有出入時，再調(diào)假定流速并進行重新計算，最終使假定流速與確定的流速兩者一致。步驟6：計算各管底高程，并填入表格 為什么下游管段3-2的設(shè)計流量(Qs=927.8L/s)