第三章雨水管渠系统设计.ppt

第3章雨水管渠系统的设计,WaterSupplyandSewerageEngineering,资源与环境学院环境工程教研室,本章内容,第1节雨量分析与暴雨强度公式第2节雨水管渠设计流量的确定第3节雨水管渠系统的设计和计算第4节排洪沟的设计与计算,确定当地暴雨强度公式；划分排水流域，雨水管渠定线；根据气象、地理条件，确定设计参数；计算设计流量、进行水力计算，确定管道尺寸、坡度、管底标高及埋深；绘制管渠平面图及纵剖面图。,雨水管渠设计的主要内容包括哪些？,3.1.1雨量分析的几个要素,1.降雨量：指降雨的绝对量，用降雨深度（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha）表示。,年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量,第1节雨量分析与暴雨强度公式,中国气象局规定：24小时内的降雨量称之日降雨量，凡是日降雨量在10毫米以下称为小雨，10.024.9毫米为中雨，25.049.9毫米为大雨，50.0-99.9毫米为暴雨，100.0-250.0毫米为大暴雨，超过250.0毫米的称为特大暴雨。,虹吸式雨量计,虹吸式雨量计是可连续记录降水量和降水时间的仪器。当雨水经过漏斗导入量筒后，量筒内的浮子将随水位升高而上浮，带动自记笔在自记纸上划出水位上升的曲线。雨量桶内雨量一旦达到10毫米，便利用虹吸原理自动抽一次水,2.降雨历时：是指连续降雨的时段可以指一场雨全部降雨的时间，也可以指其中个别的连续时段。用t表示，单位为min或h。从自计雨量记录纸上直接读得,3.暴雨强度：是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，用i（mm/min）表示；在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/s.公顷）表示,q=167i,暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，也是确定雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中，暴雨强度是随降雨历时变化的。所取的降雨历时长，则与该历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。,在推求暴雨强度公式时，常采用5、10、15、20、30、45、60、90、120min9个时段自记雨量曲线上任一点的斜率表示降雨过程中任一瞬时的强度，称为瞬时暴雨强度斜率越大，？越？,4降雨面积和汇水面积,流往AB断面的汇水面积，即为AB断面与该山谷相邻的山脊线的连线所围成的面积(图中虚线部分)。,降雨面积：指降雨所笼罩的面积,汇水面积：指雨水管渠汇集雨水的面积,5降雨频率和重现期,九八洪水百年一遇,降雨的频率：是指等于或大于某值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数,次频率,年频率,式中Pn-暴雨强度的年频率；N-资料记录的年限（a）；M每年选入的平均雨样数m-等于或大于某特定值的暴雨强度出现的次数。,每年只选一个雨样,水文计算中采用下式,？,次频率,年频率,这一定义是假定降雨观测资料年限非常长，可代表降雨的整个历史过程。但实际上是不可能的，只能取得一定年限内的暴雨强度值，因而n是有限的。按上式求得的暴雨强度的频率，只能反映一定时期内的经验，不能反映整个降雨的规律，故称为经验频率。,重现期与频率互为倒数（频率与周期的关系）,降雨的重现期：是指等于或大于某值的暴雨强度出现一次的时间间隔（年）,3.1.2暴雨强度公式,式中：q设计暴雨强度，L/s.公顷；P设计重现期，年；t降雨历时，min；A1,c,b,n地方参数，根据统计方法进行确定。,暴雨强度，降雨历时、重现期三者间关系,附录3-2收录了我国若干城市的暴雨强度公式，可供选用但尚有一些城镇无该公式，可选附近城区的公式或根据气象台收集自记雨量记录，做出暴雨强度曲线,第2节雨水管渠设计流量的确定,3.2.1污水管渠设计流量计算公式,此公式是根据一定的假设条件，由雨水径流成因加以推导而得出，是半经验半理论公式，用于小流域面积计算，通常称为推理公式。,式中：Q雨水设计流量，L/s；径流系数，其数值小于1；F汇水面积，公顷；q设计暴雨强度，L/s.公顷。,1.地面点上产流过程,降雨强度先增大，后减小,降雨总历时、余水历时、径流历时,开始，降雨强度小于入渗率后来，强度大于入渗率，开始余水雨水积满洼地，产流,2.流域上汇流过程,a为集流点，假设汇水面积内坡度相等。弧线de,fg,hi等称为等流线等流线上各点流达a点时间相等流域边缘线bc各点的雨水流达a点时间0称为这块汇水面积的集流时间或集水时间。,a,t1,t2,t3,d,e,f,g,h,i,b,c,t4,雨水管道设计的极限强度理论：,1当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大2当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流达集流点的集流时间时，雨水管道需要排除的雨水量最大。,3雨水管段的设计流量计算,A、B、C为三块互相毗邻的区域，设面积FA=FB=FC,雨水从各汇水面积上最远点分别流入雨水口a、b、c的地面集水时间均为1，并假设：1）汇水面积随集水时间的增加而均匀增加；2）降雨历时t等于或大于汇水面积上最远点的雨水流达设计断面的集水时间1；3）径流系数为定值,假定为1。,直到t1时，FA全部面积上的雨水均已全部流到设计断面，这时管段12内流量达到最大值。,（L/s）,式中q1管段12的设计暴雨强度，即相应降雨历时t1时的暴雨强度（L/sha）,（1）设计管段12的雨水设计流量,该设计管段收集汇水面积FA和FB上的雨水，2断面为管段23的设计断面。当t1+t12时，FA和FB全部面积上的雨水均流到2断面，管段23的流量达到最大值。即：,（L/s）,式中q2管段23的设计暴雨强度，即相应于降雨历时t1+t12的暴雨强度（L/sha）；t12管段12的管内雨水流行时间（min）。,（2）设计管段23的雨水设计流量,（3）设计管段34的雨水设计流量,（L/s）,式中q3管段34的设计暴雨强度，即相应于降雨历时t1+t12+t23的暴雨强度（L/sha）。t23管段23的管内雨水流行时间（min）,各设计管段的雨水设计流量，等于该管段承担的全部汇水面积和设计暴雨强度的乘积；而各管段的设计暴雨强度则是相应于该管段设计断面的集水时间的暴雨强度。由于各管段的集水时间不同，所以各管段的设计暴雨强度亦不同。,3.2.2径流系数的确定,进入雨水管渠的雨水量称为径流量径流量与降雨量的比值称径流系数，其值常小于1。,平均径流系数,在设计中，有时候也用区域综合径流系数，一般市区的综合径流系数0.50.8，郊区的综合径流系数0.40.6。,式中i汇水面积上各类地面的面积（ha）；i相应于各类地面的径流系数；全部汇水面积（ha）。,3.2.2径流系数的确定,3.2.3设计重现期P的确定,暴雨强度随着设计重现期增大而增大。因此综合考虑排水安全性和经济性，要确定适当的设计重现期。根据汇水面积的地区建设性质，地形特点、汇水面积和气象特点等因素确定。一般地区选择0.53a,重要地区选择25a。我国部分城市采用的雨水管渠设计重现期见表3-6,3.2.4集水时间t的确定,t为集水时间t1为地面集水时间t2管内雨水流行时间m折减系数,管道采用2，明渠采用1.2，陡坡地区管道采用1.2-2.0,1.地面集水时间t1的确定,主要取决于水流距离的长短和地面坡度。在工程实践中，地面集水时间通常不予计算，一般采用515min一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置较密的地区，宜采用较小值，取t158min。在建筑密度较小、地形较平坦、雨水口布置较疏的地区，宜采用较大值，取t11015min。,t2是指雨水在管渠内的流行时间，即：式中t2管渠内雨水流行时间（min）；L各设计管段的长度（m）；v各设计管段满流时的流速（m/s）；60单位换算系数。,2.管渠内雨水流行时间t2的确定,3.折减系数m值的确定,（1）雨水管渠按满流设计，但降雨时，管渠中的水流并非一开始就达到设计流速，而是随着降雨历时的增长逐渐达到设计流速的。这样，按公式算出的管渠内流行时间t2将比实际时间偏小。,当任一管段发生设计流量时，其他管段都不是满流(特别是上游管段)，利用上游管段的空隙容积，暂时贮存一部分雨水，而起到调蓄管段内最大流量的作用增长泄水时间，缩小断面尺寸，乘以折减系数,（2）,考虑到以上两个原因，在设计降雨历时计算时引入了折减系数m，延缓了管内流行时间，使之更接近于实际情况，并达到折减管段