成信工水污染控制工程課件第4章 城鎮(zhèn)雨水溝道的設計

第四章

城鎮(zhèn)雨水溝道的設計第一節(jié)雨水徑流量的估算第二節(jié)雨水徑流量的調節(jié)第三節(jié)城鎮(zhèn)雨水溝道的設計

第四節(jié)雨水泵站的設計第五節(jié)城鎮(zhèn)防洪第六節(jié)合流溝道系統(tǒng)的設計

第七節(jié)我國舊城傳統(tǒng)排水措施

第一節(jié)雨水徑流量的估算陣雨歷時：指一場暴雨經(jīng)歷的整個時段。降雨歷時：指陣雨過程中任一連續(xù)的時段。雨水溝道和合流溝道的設計以降雨量為基礎，其設計流量為雨水徑流量。

雨量參數(shù)：降雨強度：指在某一降雨歷時內的平均降雨量。深度h（mm）表示方式1hm2面積上的降雨量（m3·h-1·m-2）降雨量：一段時間內降落在某一面積上的總水量。

雨量參數(shù)：i=h/t（mm·min-1）q=Ki=166.7

i

（L·s-1·hm-2）表示方式降雨強度頻率：通常稱單位時間內某種事件出現(xiàn)的次數(shù)（或比例）為頻率，水文統(tǒng)計上，用頻率反映水文事件出現(xiàn)的頻繁情況。降雨強度的重現(xiàn)期。

雨量參數(shù)：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）

推理公式：雨水溝道設計流量一般采用推理公式計算：式中：qv——雨水溝道的設計流量，L/s；

A——排水面積，hm2；

i

——降雨強度，mm/min；

q——降雨強度，L/（s·hm2）；

K——單位換算系數(shù)，等于167；

ψ

——徑流系數(shù)，其值小于1，地面徑流量與降雨量之比。降雨分析一個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要表編制降雨分析整理成果表和繪制雨量曲線雨水溝道設計流量的估算——設計降雨強度的確定t——設計降雨歷時（排水面積的集水時間），min；t1——地面積水時間，min；t2——在溝道中流行的時間，min；l——集中點上游各溝段的長度，m；v——相應各溝段的設計流速，m/s。

設計降雨歷時：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計降雨歷時。式中：雨水溝道設計流量的估算——設計降雨歷時的確定

設計雨水溝道，確定設計降雨強度時，常選用重現(xiàn)期較短的當?shù)亟涤陱姸?。選用重現(xiàn)期，主要看：溝道溢流；地區(qū)集水將造成的危害；施工費用。

雨水溝道設計流量的估算——設計重現(xiàn)期的確定

影響徑流系數(shù)的因素：地面的透水性、地面坡度、降雨情況（久雨和暴雨）。

徑流系數(shù)常采用面積內各類地面的徑流系數(shù)的加權平均值。0.15公園或綠地0.30非鋪砌地面0.40干砌磚石和碎石路面0.45級配碎石路面0.60大塊石鋪砌路面和瀝青表面處理的碎石路面0.90各種屋面、混凝土和瀝青路面ψ地面種類

雨水溝道設計流量的估算——徑流系數(shù)的確定

蘇聯(lián)：集水時間的修正、自由容積的利用和壓力流的利用。我國：《規(guī)范》修訂。雨水溝道設計流量的估算——降低設計流量的嘗試

應用推理公式確定雨水溝道的設計流量時：排水面積的值精度較高；徑流系數(shù)的值很難精確，且隨城市的建設而變動；降雨強度設計值的確定，隨意性很大；重現(xiàn)期的選用富有隨意性；地面集水時間富有隨意性。

雨水溝道口徑的決定同經(jīng)濟考慮有密切關系，不太可能避免溢流，如果溢流問題考慮周到，雨水溝道可以小些。討論

第二節(jié)雨水徑流量的調節(jié)有可能降低整個溝系的造價由于雨水流量大，溝槽長，下游溝道的雨水流量尤其大，設置調節(jié)池，可使下游溝道的設計流量減小，降低下游溝系的造價，而且做調節(jié)池的造價要比溝管省，故有可能降低整個溝系的造價。能使雨水溝道的設計有較大的靈活性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，此時若能設置一個調節(jié)池，將上游的流量引入調節(jié)池，洪峰過后再排入下游管道，則可使下游溝道仍能使用，從而解決該技術矛盾。能改善合流制管系暴雨時的溢流水水質由于合流制溝管在遇到暴雨時，會有大量溢流水產(chǎn)生，而溢流的水中含有相當?shù)纳钗鬯凸I(yè)廢水，水質較差，若能在截流式合流制的溢流井后面設置調節(jié)池，并對進入調節(jié)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得到改善。雨水徑流調節(jié)池的作用

調節(jié)池的位置選擇很重要，調節(jié)池若設置在排水系統(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。

調節(jié)池的最佳設計位置選擇

盡可能利用當?shù)氐牡匦螚l件，如水庫、池塘、河流等。應專門建設。一般位置：匯流點。

在有池塘、河床可以利用，或有洼池可以建池的情況下，往往可以調節(jié)徑流量，以減小其下游的溝道口徑。調節(jié)池構造

流槽式泵汲式

溢流堰式第三節(jié)城鎮(zhèn)雨水溝道的設計

因雨水泵站投資、用電量都很大，盡量避免設置雨水泵站。因明溝造價低，考慮采用明溝。在建筑物密度較高、交通繁忙的地區(qū)，可采用加蓋明溝。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溝道的設置。雨水溝道設計的原則雨水溝道系統(tǒng)的平面布置

雨水口的設置位置，要配合道路邊溝，在道路交叉口處，雨水不應漫過路面。

陡坡地區(qū):為避免因溝道坡度太陡，設跌水窨井等特殊構筑物，使干溝與等高線斜交，以適當減少干溝坡度。

受地形影響

平坦地區(qū):為避免干溝埋深過大，增加造價，干溝應設在流域的中部，以減少兩側支溝長度。

根據(jù)城市規(guī)劃和建設情況，考慮利用河湖水體與洼地調蓄雨水，把地形條件、地下水位以及原有的和規(guī)劃的地下設施、施工條件等因素綜合考慮，合理布置，分期建設，逐步完善。

布置原則

溝系定線

雨水溝系常沿道路鋪設，設在道路中線的一側，與道路相平行，盡量在快車道以外。

受道路交通影響

管道按滿流設計，明溝應留超高，不小于0.2m。最小設計流速為0.75m/s，明溝為0.4m/s。管道可不考慮最大流速，明溝的最大流速按下頁表采用。最小管徑300mm，最小坡度0.003；雨水口連接管管徑200mm，最小坡度0.01。雨水溝道流速公式。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，基礎應設在冰凍線以下。在直線管段上窨井的最大間距見下表。雨水溝道水力學設計的準則溝壁材料最大設計流速/（m·s-1）溝壁材料最大設計流速/（m·s-1）粗沙或貧砂質黏土0.8草皮護面1.6砂質黏土1干砌塊面2黏土1.2漿砌塊石或漿砌磚3石灰?guī)r、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200~4002040500~7005060800~100070801100~150090100>1500100120雨水溝道水力學設計步驟步驟1：劃分流域與溝道定線，確定雨水流向步驟2：劃分設計溝段與沿線匯水面積

步驟5：進行水力學計算步驟4：確定溝道的最小埋深步驟3：確定雨量參數(shù)的設計值

雨量重現(xiàn)期采用一年，相應降雨強度公式：地面集水時間t用10min。

徑流系數(shù)及加權平均的計算：

水力學計算示例基本公式和數(shù)據(jù)：步驟1：從溝道系統(tǒng)圖中量得各溝段的長度L列入第2項步驟2：根據(jù)排水面積的劃分，將各溝段的沿線面積列入第3項步驟3：各溝段的排水面積列入第4項步驟4：從圖中讀出數(shù)據(jù)列入第14、15項步驟5：根據(jù)各溝段的假定流速，算出集流時間t，比流量q0，設計流量qv，而后從水力學算圖上選定管徑D與坡度I，并確定相應的流速v，當所確定的流速v與假定流速有出入時，再調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：計算各溝底高程，并填入表格列表計算及步驟

為什么下游溝段3-2的設計流量(qv=607.2L/s)反而比上游溝段4-3的設計流量(qv=627.2L/s)小?

窨井5處計算集水點t2的集水時間時有3個值,為什么選擇最大的?

計算溝段5-4的上端的溝底高程時可得3個數(shù)值,為什么要采用最小的?Questions雨水溝道平面圖的繪制

溝道系統(tǒng)平面布置圖上，加注計算所得數(shù)據(jù)。規(guī)劃階段

完整的溝道平面圖反映初步設計的要求標明窨井的具體位置可能有施工有關的地面建筑物其他地下管線及地下建筑物的位置管線圖例及施工說明施工圖設計階段比例尺1:500~1:2000第四節(jié)雨水泵站的設計

雨水的地面徑流量很大，雨水泵站的基建費用很高，使用率往往很低，只有當?shù)貏萜教?、管路較長或出水河道水位很高時，才考慮設置雨水泵站。雨水泵的選擇入流溝道流量的120%

設計流量

軸流泵和混流泵

雨水泵選擇出水量大揚程小雨水泵特點另需裝設小流量離心式污水泵或小型的軸流泵，以節(jié)約電能

合流泵站滿足最大設計流量的要求，同時考慮雨水徑流量的變化選型要求

一般不宜少于2~3臺，最好選用同一型號，可不設備用泵

臺數(shù)及型號

進水池的設計有效容積設計要求：不小于最大一臺泵的30s出水量調節(jié)池：雨水溝道的斷面一般很大，敷設坡度較小，故將溝道本身作為備用調節(jié)池來利用進水池的設計應使進水均等地流向每臺水泵，必要時可以設置導流壁或椎，以防渦流的形成按水泵輪軸安裝的位置

豎式臥式斜式干室濕室按泵組間是否浸水

中層：水泵間特點：檢修方便，衛(wèi)生條件好，因電動機間干燥，運行條件好，造價較高特點：結構簡單，造價較低，吸水口處易發(fā)生漩渦，設備的拆裝、檢修和維護較為不便，室內的電器設備容易受潮，衛(wèi)生條件較差下層：吸水室，連進水池上層：電動機間下層：連進水池（水泵浸于水中）上層：電機間第五節(jié)城鎮(zhèn)防洪

城鎮(zhèn)防洪

沿江河城市，當市區(qū)地面標高低于洪水或大潮的高水位，則該城市就有河洪的危險。受河洪威脅的城鎮(zhèn)，大都筑江堤以御洪潮，同時還須解決市區(qū)本身的雨澇。

河洪

位于山坡或山腳下的城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)，為防止坡面上的徑流沖刷城鎮(zhèn)，應在城鎮(zhèn)山坡下修建防洪設施，攔截山洪，繞過城鎮(zhèn)，把洪水泄入江河。山區(qū)溪河雨洪暴漲暴落，水勢洶涌，破壞力極大。

山洪

防治的原則是因地制宜，宜順不宜擋。

攔洪溝的設計應憑實地考察和歷年洪災的調查。第六節(jié)合流溝道系統(tǒng)的設計

合流溝道系統(tǒng)的適用條件與布置特點合流溝道系統(tǒng)

具有截流溝道，在截流溝道上設溢流井，當水量超過截流能力時，超過的水量通過溢流井泄入水體，被截流的水予以適當處理。

全部污水不經(jīng)處理直接排入水體，對水體污染大，在環(huán)境保護上已不容許采用。截流式合流溝道在溝系造價上投資較省，溝系養(yǎng)護較簡單。地下管線可減少，不存在雨水管與污水管的誤接問題。合流制污水處理廠的造價比分流制污水廠高，處理養(yǎng)護也較復雜。截流式合流制在衛(wèi)生上比分流制差，環(huán)境污染較大。截流式合流溝道與分流制系統(tǒng)相比的優(yōu)缺點

當溢流井離排放水體較近且溢流井不受高水位倒灌影響時，原則上宜多設溢流井。

當溢流井受高水位倒灌影響時，宜減少溢流井數(shù)量，并在溢流管上設潮門，必要時設泵站排水。應使雨水及早溢入水體，以降低下游干溝的設計流量截流式合流溝系的布置原則截流倍數(shù)截流雨水量與晴天平均污水量之比n0合流污水水質與截流倍數(shù)合流制污水的水質特點

雨污混合水的BOD5與OC的平均濃度與晴天污水并無很大的差異（見左下表

）雨污混合水的SS平均為晴天時的2倍雨污混合水水質的統(tǒng)計見右下表項目晴天雨天范圍平均范圍平均BOD550～195.9112.86.45～267.23119.67OC29.9～135.858.912.43～181.3474.26SS41.1～175.284.688.13～394.97209.91項目水樣幾率/%范圍/（mg·L-1）平均/mg·L-1）BOD55033~243907058~29512190112~402189OC5027~174547042~213719063~244110SS5066~28913770144~48021590184~859376晴天污水的濃度，最大值大多在平均值的2～3倍內，雨污混合水濃度變化很大，最大值可超過平均值的10倍以上，這是因溝道晴天時的淤積在雨天時被沖刷所致。一般雨天時的加權平均BOD5值約為晴天時的70％，很少會超過晴天時的濃度；雨天時的加權平均OC值約為晴天時的80％，但因地區(qū)不同，也有可能會超過晴天濃度的；對于SS，雨天時的加權平均濃度約為晴天時的2倍，低于晴天濃度的現(xiàn)象極為少見。當截流雨水量增大，溢流污染物將急劇減少，當截流雨水量到達2～3mm/h時，溢流污染物將顯著減少；當截流雨水量超過2～3mm/h時，溢流污染物的減少就不明顯。研究認為采用截流雨水量2mm/h比較適當，按全國最大小時污水平均量1mm/h計，則截流雨水量為最大小時污水量的2倍，截流管按3倍最大小時污水量設計。流出負荷量與溢流負荷量

我國近年來有部分溝道系統(tǒng)改造成截流式合流溝道系統(tǒng)，但改造后的截流式合流溝道并不理想，污染仍極嚴重，只是污染程度有所減輕而已，原因如下：我國合流溝道系統(tǒng)的工作情況與改造問題

規(guī)范規(guī)定截流雨水量倍數(shù)n0一般用1～5，實際上為節(jié)省投資，一般用0.5～1.0，截流倍數(shù)過小，致使大量污染物泄入水體，遠遠超過水體的自凈能力。城市污水廠處理能力不足。目前城市污水廠按晴天污水量設計，甚至在晴天污水量下也已經(jīng)超負荷運行，因雨天處理能力依舊，迫使大量雨污混合水不經(jīng)處理直接流出。目前大量工業(yè)廢水并沒有達到進入城市排水溝道的水質要求，特別是一些水量大、濃度高或有毒的廢水未經(jīng)處理直接排入城市溝道。我國北方河流的流量較小，流量的季節(jié)性變化很大。將合流溝系改造成分流制一般需具備三個技術條件（3）城市街道要有足夠的地下空間，使有可能實現(xiàn)鋪設雨水和污水兩個溝系（2）工廠內部的雨水和冷卻水等排水系統(tǒng)與工業(yè)、生活污水系統(tǒng)分開（1）所有街坊與庭院都需具有雨水與污水兩個溝道系統(tǒng)，嚴格分流（1）、（2）兩條件難以具備，并且要改建幾乎所有的接戶管,要破壞大量路面，改造工作量極大，需要很長時間才可能完成，因此合流制改造成分流制在實踐中較難實現(xiàn)。從技術和經(jīng)濟兩個角度看，污水不經(jīng)處理直接排入水體的合流溝道，主要的改造方向是向截流式合流溝道過渡。

直接排放型的合流溝道改造為截流式合流溝道，需規(guī)劃設計的幾個方面：截流倍數(shù)的選用要適當提高，我國《規(guī)范》建議的截流倍數(shù)1～5較低，所用n0值宜根據(jù)不同地區(qū)的水體稀釋能力和自凈能力作不同程度的提高。合流溝系污水處理廠的設計，應對截流污水作適當處理，處理能力應與截流量相適應。溢流井的位置、構造要得當，發(fā)揮其應有的作用。溢流口附近可設置雨污混合水調節(jié)池，以截取初雨徑流，改善溢流污水水質，在晴天時把調節(jié)池中混合污水送至處理廠處理。截流干溝的布置應與市內河道的整治和城市防洪排澇規(guī)劃相結合。截流式合流溝道的水力學計算合流溝道的設計標準按設計流量計算按最大生產(chǎn)班內的設計流量計算溢流井上游的溝段：按最大徑流量計算溢流井下游的溝段：按被截流的雨水量計算按設計流量滿流計算0.75m/s，另需校核旱流時溝內流速應比同一情況下的雨水溝道設計適當提高生活污水量工業(yè)廢水量

雨水量

設計流量

設計充滿度設計最小流速設計重現(xiàn)期q’v

=(n0

+1)qvh

+q’vh

+q’vyqv

＝qvs＋qvg＋qvy＝qvh＋qvy第一個溢流井上游溝道的設計流量qv：溢流井下游溝道的設計流量q’v：截流式合流溝道的設計流量式中:qvs——平均生活污水量，L/s;

qvg——工業(yè)廢水的平均最大班流量，L/s;

qvy——設計雨水徑流量，L/s;

qvh——qvh＝qvs+qvg，旱流污水量，L/s。式中:q’vh——溢流井以后的污水設計流量，L/s；

q’vy——溢流井以后匯水面積的設計雨水徑流量,L/s;n0——截流倍數(shù)。溢流井水力學設計

截留干溝按滿流設計，滿流時堰口開始溢流。

水力學設計上，溢流開始時，二條入流管和一條截流出水管的水位應在同一高程，即堰口高程（截流溝段采用溝頂平接）。溢流井構造二條入流管：上游合流干溝，上游截流干溝二條出流管：下游截流干溝，溢流管

上游合流污水流量上升時，溢流井中水位隨著上升，溢流量逐漸加大。這時，截流干溝從重力流轉入壓力流，流量隨著變動。截流干溝終端應設窨井控制流量，以免污水廠出現(xiàn)來水過多而泛濫溢流過程確定堰口高程：以堰口高程的確定和堰口長度的核算為目的的溢流井水力學設計溢流井下游溝道的設計流量q’v：堰口與上游合流干溝（D一般大于1m）垂直時，堰口長度L=D。估計與設計流量相應的堰口水頭H，若H過大，適當增加堰口長度，改變溢流井平面布置。堰口流量的公式：式中：v2/2g為堰口附近流速水頭,可采用上游合流干溝的設計流速水頭；C值和H值最好用實測確定；C可采用1.86。

上游合流干溝設計流量qv1等于徑流設計流量qv與污水設計流量qvw之和：

qv1=qv+qvw下游截流干溝設計流量qv2=n0qvw或(n0+1)qvw，n0稱稀釋倍數(shù)，決定于環(huán)境質量要求和經(jīng)濟條件。計算在截流干溝滿流時，上游合流干溝中的充滿度h/D。溢流井堰口高程=上游合流干溝溝底高程+h。

例：某鎮(zhèn)合流溝系人口密度為400人/hm2，污水量標準150L/(d·人)，ψ=0.6，t1=8min，P=1a,n0=4。

雨量公式：

解：污水比流量：（L·s-1·hm-2）

雨水比流量：截流式合流溝