第四章雨水管道设计.ppt

第四章城镇雨水沟道的设计 第一节雨水径流量的计算 第二节雨水径流量调节及利用 第三节雨水管渠的设计 第四节合流制管道系统 第五节城镇防洪 第一节雨水径流量的估算 雨量参数 降雨强度 指在某一降雨历时内的平均降雨量 深度h mm 雨量参数 深度 体积 单位时间单位面积上的降雨体积 某个汇水面积上单位时间平均降雨深度 雨量参数 频率太抽象 为了通俗起见 往往用重现期一词等效地代替频率一词 年平均降雨量 多年观测所得的各年降雨量的平均值 月平均降雨量 多年观测所得的各月降雨量的平均值 年最大日降雨量 多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量 历史上出现的最大日或最大24小时降雨量对城镇雨水沟道设计有参考价值 降雨量一般用自记降雨计记录 降雨面积和汇水面积 1 降雨面积 降雨所笼罩的面积 2 汇水面积 雨水管渠汇集雨水的面积 任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的 就是说 降雨是非均匀分布的 但城镇或工厂的雨水管渠或排洪沟汇水面积较小 一般小于100平方公里 最远点的汇水时间不至超过60min到120min 在这种小汇水面积上降雨不均匀分布的影响较小 因此 可假定降雨在整个小汇水面积内是分布均匀 即在面积内各i相等 从而可以认为 雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个汇水面积的面雨量资料 即不考虑降雨在面积上的不均匀性 推理公式 径流系数 雨水沟道设计流量的估算 设计降雨强度的确定 设计降雨强度公式 q 设计降雨强度 L s hm2 t 降雨历时 min P 设计重现期 a A1 C n b 参数 根据统计方法进行计算确定 在具有十年以上自动雨量记录的地区 设计暴雨强度公式可按室外排水规范附录A的有关规定编制 雨水沟道设计流量的估算 设计降雨历时的确定 设计雨水管道 确定设计降雨强度时 常选用重现期较短的当地降雨强度 选用重现期 主要看 管道溢流 地区积水将造成的危害 施工费用 雨水沟道设计流量的估算 设计重现期的确定 雨水管渠设计重现期 应根据汇水地区性质 地形特点和气候特征等因素确定 同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期 重现期一般采用0 5 3a 重要干道 重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区 一般采用3 5a 并应与道路设计协调 特别重要地区和次要地区可酌情增减 国内一些城市采用的设计重现期 影响径流系数的因素 地面的透水性 地面坡度 降雨情况 久雨和暴雨 汇水面积的平均径流系数常采用面积内各类地面的径流系数的加权平均值 0 10 0 20 公园或绿地 0 25 0 35 非铺砌地面 0 35 0 45 干砌砖石和碎石路面 0 40 0 50 级配碎石路面 0 55 0 65 大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面 0 85 0 95 各种屋面 混凝土和沥青路面 地面种类 雨水沟道设计流量的估算 径流系数的确定 综合径流系数 综合径流系数 可按规范的规定取值 雨水管渠的降雨历时 应按下列公式计算 t t1 mt2式中 t 降雨历时 min t1 地面集水时间 min 视距离长短 地形坡度和地面铺盖情况而定 一般采用5 15min m 折减系数 暗管折减系数m 2 明渠折减系数m 1 2 在陡坡地区 暗管折减系数m 1 2 2 t2 管渠内雨水流行时间 min 雨水沟道设计流量的估算 降低设计流量的尝试 讨论 第二节雨水径流量调节及利用 有可能降低整个管系的造价由于雨水流量大 沟槽长 下游管道的雨水流量尤其大 设置调节池 可使下游管道的设计流量减小 降低下游管系的造价 而且做调节池的造价要比管道省 故有可能降低整个管系的造价 能使雨水管道的设计有较大的灵活性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 洪峰过后再排入下游管道 则可使下游管道仍能使用 从而解决该技术矛盾 能改善合流制管系暴雨时的溢流水水质由于合流制管道在遇到暴雨时 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 雨水径流调节池的作用 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 在有池塘 河床可以利用 或有洼池可以建池的情况下 往往可以调节径流量 以减小其下游的管道口径 调节池构造 进水管较高 其管顶一般与池内最高水位相平 出水管较低 其管底一般与池内最低水位相平 Q1为调节池上游雨水干管中流量 Q2为不进入调节池的泄水量 Q3为调节池下游雨水干管的流量 Q4为调节池进水流量 Q5为调节池出水流量 当Q1Q2时 这时将有Q4 Q1 Q2 的流量通过溢流堰进入调节池 该池开始工作 随着Q1增加 Q4也不断增加 直到Q1达到最大流量Qmax时 Q4也达到最大 然后随着Q1的减少 Q4也不断减少 直到Q1 Q2时 该池不再进水 Q4 0 贮存在池内的水量通过池出水管不断地排走 直到池内水放空为止 这时调节池停止工作 当Q1 Q3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 池内流槽深度等于池下游干管的直径 当Q1 Q3时 池内逐渐被高峰时的多余水量 Q1 Q3 所充满 池内水位逐渐上升 直到Q1不断减少至小于池下游干管的通过能力Q3时 池内水位才逐渐下降 至排空为止 沟道旁有一洼地 高程低于沟道很多 有较大容量 下游沟道可作为起点沟道设计 雨停后 用泵 小容量 可利用低电谷时排水 按需要情况恢复池的有效调节容积 雨水资源利用概述 1 雨水水质特点2 雨水利用系统3 雨水截流和储存技术4 雨水径流渗透技术5 雨水水质净化技术 第三节雨水管渠的设计 因雨水泵站投资 用电量都很大 尽量避免设置雨水泵站 因明渠造价低 考虑采用明渠 在建筑物密度较高 交通繁忙的地区 可采用加盖明渠 利用地形 就近排放地面水体 降低造价 尽量利用池塘 河浜受纳地面径流 最大限度地减少雨水管道的设置 雨水管道设计的原则 雨水管道系统的平面布置 1 充分利用地形 就近排入水体 3 3雨量管渠系统的设计和计算 一 雨水管渠系统平面布置的特点 1 地形 2 出水口 分散出水口就近排入小河 池塘 构造简单 造价不高集中出水口出口离常水位较远地形平坦 地面平均标高低于河流洪水位 2 根据城市规划布置雨水管道 3 3雨量管渠系统的设计和计算 一 雨水管渠系统平面布置的特点 1 平行道路 最好在人行道 草地下 而不宜在快车道下 2 道路宽 40m 可考虑两侧布置 结合建筑物分布 道路及街坊内部地形 出水口位置等布置 3 与其它管线平面 竖向位置相协调 3 雨水口布置 3 3雨量管渠系统的设计和计算 一 雨水管渠系统平面布置的特点 设置 根据地形 汇水面积确定 一般在道路交叉口汇水点 低洼地段 原则 合理布置 保证路面雨水排除通畅 0个 2个 单坡路 2个 双坡路 4个 双坡路 4个 双 单坡路交叉 8个 双坡路 4 明渠与暗渠相结合 视具体条件确定 3 3雨量管渠系统的设计和计算 一 雨水管渠系统平面布置的特点 1 暗管 城市市区或工厂内 2 明渠 城郊 3 边沟 雨水干管起端 4 连接方式 暗管接入明渠 3 3雨量管渠系统的设计和计算 4 连接方式 暗管接入明渠 明渠接入暗管 雨水管道水力学设计的准则 不同之处h D 1 R D 4 3 3雨量管渠系统的设计和计算 三 雨水管渠水力计算的方法 同污水管道 雨水管道水力设计步骤 步骤1 划分流域与管道定线 确定雨水流向 1 划分排水流域 管道定线 2 划分设计管段 管道转弯处 管径 坡度变化处支管接入处管道交汇处超过一定距离的直线管段上 3 3雨量管渠系统的设计和计算 四 雨水管渠系统的设计步骤和水力计算 检查井位置 从上游至下游编号 设计管段 两检查井之间 Q不变 估计采用相同的D I 收集资料 地形图 城市规划 水文 地质资料 暴雨等 雨量重现期采用一年 相应降雨强度公式 地面集水时间t用10min 径流系数及加权平均的计算 水力计算示例 基本公式和数据 步骤1 从管道系统图中量得各管段的长度L列入第2项 步骤2 根据排水面积的划分 将各管段的沿线面积列入第3项 步骤3 各管段的排水面积列入第4项 步骤4 从图中读出数据列入第14 15项 步骤5 根据各管段的假定流速 算出集流时间t 比流量q0 设计流量Qs 而后从水力学算图上选定管径D与坡度I 并确定相应的流速v 当所确定的流速v与假定流速有出入时 再调假定流速并进行重新计算 最终使假定流速与确定的流速两者一致 步骤6 计算各管底高程 并填入表格 列表计算及步骤 为什么下游管段3 2的设计流量 qv 607 2L s 反而比上游管段4 3的设计流量 qv 627 2L s 小 检查井5处计算集水点t2的集水时间时有3个值 为什么选择最大的 计算管段5 4的上端的管底高程时可得3个数值 为什么要采用最小的 Questions 雨水管道平面图的绘制 施工图设计阶段 第四节合流管道系统 合流管道系统的适用条件与布置特点 合流管道系统 截流式合流合道与分流制系统相比的优缺点 截流式合流管系的布置原则 截流倍数 截流雨水量与晴天平均污水量之比n0 合流污水水质与截流倍数 合流制污水的水质特点 低截流比截流井工作示意 高截流比截流井工作示意 晴天污水的浓度 最大值大多在平均值的2 3倍内 雨污混合水浓度变化很大 最大值可超过平均值的10倍以上 这是因管道晴天时的淤积在雨天时被冲刷所致 一般雨天时的加权平均BOD5值约为晴天时的70 很少会超过晴天时的浓度 雨天时的加权平均OC值约为晴天时的80 但因地区不同 也有可能会超过晴天浓度的 对于SS 雨天时的加权平均浓度约为晴天时的2倍 低于晴天浓度的现象极为少见 当截流雨水量增大 溢流污染物将急剧减少 当截流雨水量到达2 3mm h时 溢流污染物将显著减少 当截流雨水量超过2 3mm h时 溢流污染物的减少就不明显 研究认为采用截流雨水量2mm h比较适当 按全国最大小时污水平均量1mm h计 则截流雨水量为最大小时污水量的2倍 截流管按3倍最大小时污水量设计 流出负荷量与溢流负荷量 我国近年来有部分管道系统改造成截流式合流管道系统 但改造后的截流式合流管道并不理想 污染仍极严重 只是污染程度有所减轻而已 原因如下 我国合流管道系统的工作情况与改造问题 规范规定截流雨水量倍数n0一般用1 5 实际上为节省投资 一般用0 5 1 0 截流倍数过小 致使大量污染物泄入水体 远远超过水体的自净能力 城市污水厂处理能力不足 目前城市污水厂按晴天污水量设计 甚至在晴天污水量下也已经超负荷运行 因雨天处理能力依旧 迫使大量雨污混合水不经处理直接流出 目前大量工业废水并没有达到进入城市排水沟道的水质要求 特别是一些水量大 浓度高或有毒的废水未经处理直接排入城市沟道 我国北方河流的流量较小 流量的季节性变化很大 将合流管系改造成分流制一般需具备三个技术条件 直接排放型的合流管道改造为截流式合流管道 需规划设计的几个方面 截流倍数的选用要适当提高 我国 规范 建议的截流倍数1 5较低 所用n0值宜根据不同地区的水体稀释能力和自净能力作不同程度的提高 合流管系污水处理厂的设计 应对截流污水作适当处理 处理能力应与截流量相适应 溢流井的位置 构造要得当 发挥其应有的作用 溢流口附近可设置雨污混合水调节池 以截取初雨径流 改善溢流污水水质 在晴天时把调节池中混合污水送至处理厂处理 截流干管的布置应与市内河道的整治和城市防洪排涝规划相结合 截流式合流管道的水力计算 合流管道的设计标准 q v n0 1 qvh q vh q vy qv qvs qvg qvy qvh qvy 第一个溢流井上游沟道的设计流量qv 溢流井下游管道的设计流量q v 截流式合流管道的设计流量 式中 qvs 平均生活污水量 L s qvg 工业废水的平均最大班流量 L s qvy 设计雨水径流量 L s qvh qvh qvs qvg 旱流污水量 L s 式中 q vh 溢流井以后的污水设计流量 L s q vy 溢流井以后汇水面积的设计雨水径流量 L s n0 截流倍数 溢流井水力设计 截留干管按满流设计 满流时堰口开始溢流 水力设计上 溢流开始时 二条入流管和一条截流出水管的水位应在同一高程 即堰口高程 截流管段采用管顶平接 确定堰口高程 以堰口高程的确定和堰口长度的核算为目的的溢流井水力设计 溢流井下游管道的设计流量q v 堰口与上游合流干管 D一般大于1m 垂直时 堰口长度L D 估计与设计流量相应的堰口水头H 若H过大 适当增加堰口长度 改变溢流井平面布置 堰口流量的公式 式中 v2 2g为堰口附近流速水头 可采用上游合流干沟的设计流速水头 C值和H值最好用实测确定 C可采用1 86 上游合流干管设计流量qv1等于径流设计流量qv与污水设计流量qvw之和 qv1 qv qvw下游截流干管设计流量qv2 n0qvw或 n0 1 qvw n0称稀释倍数 决定于环境质量要求和经济条件 计算在截流干管满流时 上游合流干管中的充满度h D 溢流井堰口高程 上游合流干管管底高程 h 例 某镇合流沟系人口密度为400人 hm2 污水量标准150L d 人 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 截流式合流管道水力学计算实例 求 截流干管3 2 1 0的设计流量及D I v 第六节城镇防洪 城镇防洪 第七节我国旧城传统排水措施 泰安 曲阜 潍坊 杭州 四城市旧区都没有排水沟道 借天然地形 地面水体和下渗排除雨水 泰安 泰山南麓雨水多由冲沟宣泄 旧城区地层为冲积层 由砂砾和粉砂质黏土组成 渗水性良好 城区雨水沿地面和街道流淌 并无沟道 总不积水 岱庙地表无铺盖 设互连甬道以便行走 甬道拱起 高于路边泥地 虽雨天也可行走 曲阜 曲阜以孔庙 孔府和孔林成名 孔林南侧有洙水河流过 城区有明渠 从城内北部向东绕城东部沿