第四章 城市雨水管渠设计

第四章城镇雨水管渠的设计 主要内容 1 雨水管渠系统概述2 雨水径流量的计算3 雨水径流量调节和利用4 雨水管渠的设计5 合流管道系统6 城镇防洪 第二节雨水径流量的计算 雨水管渠设计流量计算公式 雨水设计流量 L s 径流系数 其值小于1 汇水面积 ha 设计降雨强度 L s ha 要进行雨水管渠的设计 显然首先要确定雨水的流量 在雨水流量公式中有参数径流系数 降雨强度q和汇水面积A Q qA A 雨水管渠设计流量计算 试确定各管段的雨水设计流量 两点假设 1 汇水面积随降雨历时的增加而均匀增加 2 降雨历时t大于或等于汇水面积最远点的雨水流达设计断面的集水时间 1 2管段的雨水设计流量的确定 根据降雨强度公式有 对于管段1 2而言 由于是设计的起点 1处为设计断面 我们在设计时总是认为设计流量从管段的起点进入 显然有t2 0 降雨历时取区域上最远处A点流到设计断面1处的时间t1 则 管段1 2上的设计流量为 2 3管段的雨水设计流量的确定 对于管段2 3而言 最远点A流到设计断面2上的时间 即为设计降雨历时 管段2 3上的设计流量为 则 3 4管段的雨水设计流量的确定 对于管段3 4而言 最远点A流到设计断面3上的时间即为设计降雨历时 管段3 4上的设计流量为 则 管段设计流量的计算公式 根据以上讨论 我们可以得到管段i设计流量的计算公式为 管段i承担的各上游汇水区域的面积及相应的径流系数 管段i承担的汇水区域雨水从最远点开始的地面集水时间 min 管段i承担的汇水区域雨水从最远点到管段i的管道内流行总时间 min 应用推理公式计算设计流量应注意的问题 1 各管段设计流量对应集水时间的确定2 充分注意公式的局限性 1 各管段设计流量对应的集水时间的确定 Q1的集水时间和F1的集水时间对应 Q2的集水时间和F1 2的集水时间对应 Q3的集水时间和F1 3的集水时间对应 2 充分注意公式的局限性 随着从上游向下游推移 集水时间t递增 因此降雨强度q随暴雨历时递减 尽管排水面积F是递增的 因此并不能保证下游管段的流量 上游管段的流量 可见如果完全按照推理公式求出的设计雨量 会出现与实际情况不符的可能 2 充分注意公式的局限性 例如 由于q3 q2 故 假如 3和F3都很小 就可能出现 这时我们就应该以Q2的值作为34管段的设计流量 特殊情况雨水设计流量的确定 一般情况下 雨水管渠中最大设计流量发生在全部面积参与径流时 以下两种情况发生时则不然 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或者包括几个相距较远的独立区域雨水的交汇时 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 举例 有一条雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流 如下图所示 图中FA为城市中心区汇水面积 FB为城市近郊工业区汇水面积 试求B点的设计流量Q为多少 已知 1 P 1a时的降雨强度公式为 2 径流系数 0 5 3 FA 30ha tA 25min FB 15ha tB 15min 雨水管道A B的tA B 10min 按正常方法计算 将A B两个区域看作一个排水区域来考虑 按照极限强度理论 B处最大流量发生在整个区域全面积汇流时 即设计流量应取区域上最远一点处的雨水流到设计断面时的流量 整个区域上的集流时间t tA tA B 25 10 35min 在这种情况下 B点的最大流量为 分析 由于 而 因此 可见 区域FA和FB不可能同时在B处出现最大流量 因此要分两种情况进行考虑 1 最大流量可能发生在全部FB面积参与径流 而仅FA有部分雨水能够参与同时径流 2 最大流量可能发生在全部FA面积参与径流 这时FB的最大流量已经流过B点 第一种情况 FB全面积参与径流 对于FB显然降雨历时取 对于FA显然降雨历时取 FA上并没有发生全面积汇流 发生汇流部分的面积可以按照下式进行计算 在这种情况下 B点的最大流量为 第二种情况 FA全面积参与径流 对于FA显然降雨历时取 对于FB降雨历时取 FA上发生全面积汇流 FB的最大流量已经流过B点 在这种情况下 B点的最大流量为 两种情况的比较 根据以上两种情况计算的结果 选择其中最大流量Q 5085 9 L s 作为B点处所求的设计流量 关于雨水管渠设计流量计算的说明 1 雨水径流量的计算公式是经验公式 精度不高 2 径流系数 的不准确性 3 降雨强度的确定 q 的随意性 重现期P 集水时间t 4 跟当地经济条件关系 第三节雨水径流量调节及利用 3 1雨水径流量调节的作用与方法 3 2径流调节池的构造 3 3雨水资源利用概述 雨水径流调节池的作用 我国雨水管渠设计采用的重现期较小 城市中常出现暴雨集水的情况 城市快速发展引起的不透水地面面积的增加 导致了雨水径流量增大 雨水径流量的调节降低雨水流量 减少城市暴雨积水具有重大的实际意义 降低下游管渠的设计流量 降低整个管网的造价 雨水径流调节池的作用 如今后在所在的汇水区域上大量造房 会使不透水面积增加 从而使径流量剧增 一般很少有可能再重新排管 此时若能设置一个调节池 将上游的流量引入调节池 雨水高峰流量过后再排入下游管道 则可使下游管渠仍能使用 从而解决城市雨水管渠排水能力不足的问题 由于雨水流量大 管渠长 下游管渠的雨水流量尤其大 设置调节池 可使下游管渠的设计流量减小 降低下游管渠的造价 如果调节池下游设有泵站 则可减少装机容量 由于合流制管渠在遇到暴雨时 会有大量溢流水产生 而溢流的水中含有相当的生活污水和工业废水 水质较差 若能在截流式合流制的溢流井后面设置调节池 并对进入调节池的溢流污水进行处理后再将其排入水体 就能使最终排入水体的溢流水的水质得到改善 能使雨水管渠的设计有较大的灵活性 利用天然洼地或池塘 公园水池等调节径流 可以充分利用雨水资源补充景观水体 美化城镇环境 在雨水不多的干旱地区 可用于蓄积雨水综合利用 能改善合流制管系暴雨时的溢流水水质 调节池的位置选择很重要 调节池若设置在排水系统的开始或末端 可想而知是意义不大的 故最佳位置的选择需要慎重考虑 调节池的最佳设计位置选择 尽可能利用当地的地形条件 如水库 池塘 河流等 应专门建设 一般位置 汇流点 径流调节池的构造 调节池构造 溢流堰式调节水池 Q1Q2时 开始以Q3的流量溢流 Q3 Q1 Q2 Q1 Qmax时 Q3也相应达最大 随Q1的降低 Q3也相应降低 进水管高 管顶和调节池最高水位相平 出水管低 管底和调节池最低水位相平 溢流堰式调节池适用于陡坡地段 动画 底部流槽式调节池 雨水管道流经调节池中央 上下游的雨水管道在调节池中通过池底的流槽连接 池底为斜面 池顶和地面相平 管道的埋设深度即为调节池深度 适用于地形平坦而管道埋深较大的地段 动画 泵汲式调节池 泵汲式又称中部侧堰式 管渠旁有一洼地 洼地的高程低于管渠很多 有较大的容量 这样下游管渠可以作为起点管渠设计 雨停后用泵把洼地的水抽到下游管道 使洼地恢复有效调节容积 适用于地形平坦而管道埋深不大的地段 动画 陡坡地段 溢流堰式调节池 地形平坦而管道埋深较大的地段 底部流槽式调节池 地形平坦而管道埋深不大的地段 泵汲式调节池 根据地形选择调节池 3 3雨水资源利用概述 自学p99 101 第四节 雨水管渠系统的设计 4 1雨水管渠设计的原则4 2雨水管道系统的平面布置4 3雨水管渠水力设计的准则4 4雨水管渠系统的设计步骤4 5雨水管道水力设计示例 4 1雨水管渠设计的原则 雨水管渠系统的平面布置 4 2雨水管渠平面布置 合理布置雨水口 以保证路面雨水排除畅通 迎水方向设雨水口 动画 雨水管渠采用明渠或暗管应结合具体条件确定 1 暗管 2 盖板渠 3 明渠 4 路边沟 暗管接入明渠 明渠接入暗管 4 2雨水管渠平面布置 设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流 4 2雨水管渠平面布置 4 3雨水管道水力设计的准则 雨水管渠要满足不淤积 不冲刷的要求 因此 室外排水设计规范 对雨水管渠水力计算的参数有具体的规定 雨水管渠水力学设计的准则 不同材质明渠的最大设计流速 雨水管渠上检查井间距离 管径或暗渠净高 最大间距 m 200 400500 700800 10001100 15001600 2000 507090120120 P30表1 1 最小埋深与最大埋深 在干燥土壤中 管道最大埋深一般不超过7 8m 在多水 流沙 石灰岩地层中 一般不超过5m 若大于7 8米则需要加设泵站 最小覆土厚度 满足承受地面荷载和抗冰冻的要求 一般不小于0 7m 基础应该在冰冻线以下 最大埋深 雨水管渠水力计算 已知条件为 Q n和地面坡度I未知条件 i D v 管道坡度i的确定 可以参照地面坡度I或相应管径的最小坡度来确定 D v的确定从水力学算图获得 雨水管渠水力计算的方法 附图2 18 钢筋混凝土圆管满流n 0 013已知 n 0 013qv 200L s设计i 0 004 雨水管渠水力计算 雨水管渠水力学设计步骤 步骤1 划分流域与管渠定线 确定雨水流向 1 划分流域与管渠定线 确定雨水流向 2 划分设计管段与沿线汇水面积 2 划分设计管段与沿线汇水面积 汇水面积的划分 要根据当地地形条件 可以按照低边式 围坊式和对边式进行划分 将每块面积进行编号 计算出其面积的数值后 标在图中 注意 汇水面积包括街区 街道和绿地 2 划分设计管段与沿线汇水面积 设计重现期的确定要按照前面讲过的有关原则和规定 1 设计时应结合当地的地形特点 汇水面积的地区建设性质和气象特点选择设计重现期 2 各个排水流域雨水管道的设计重现期可选用同一值 也可选用不同的值 雨水管道地面集水时间t1的确定主要依据 1 建筑密度情况 2 地形坡度和地面覆盖种类 3 街区内是否设置雨水暗管等 t1 5 15min管内流行时间t2 3 确定雨量参数的设计值 雨量参数的设计值包括重现期P和排水面积的集水时间 t1和t2 单位面积径流量q0就是降雨强度q和径流系数 的乘积 对于具体的雨水管道工程来说 式中的P t1 m A1 b c都是已知数 因此q0只是t2的函数 只要求得各管段的管内雨水流行时间t2 就可