第9章雨水管渠系统设计计算PPT学习课件

第九章雨水管道系统设计计算，第一、f、2、第九章雨水管道系统设计计算，9.1雨量分析和暴雨强度式9.2雨水管道设计流量计算9.3雨水管道设计和计算9.4雨水流出调整9.5城市防洪设计9.6合流制排水管道的设计计计算，2，1 .确定当地的暴雨强度式或暴雨强度曲线2 .划分排水流域， 进行雨水管道线性化3 .划分设计段，计算各设计段的雨水设计流量4 .进行管道水力计算，确定各设计管道段的管径、坡度、标高和埋深。 5 .画管渠平面图和纵剖视图。 雨水管道设计的主要内容有：3，9.1雨量分析和暴雨强度式，雨水设计流量是雨水管道系统设计的依据。 雨水流出的特征是流量多时间短，通过分析雨量，经济合理地估计豪雨量和流出量，作为雨水管道的设计流量。 9.1.1雨量分析对降雨现象的分析，以降雨量、暴雨强度、降雨持续时间、降雨面积和再现期间等因素表现出降雨的特征。 降雨量是降雨量的绝对量，可以用降雨深度H(mm )表示，也可以用每单位面积的降雨体积(L/ha )表示。 在关于降雨的研究中，虽然很少把雨作为对象，但一般的单位时间是：1)年平均降雨量：年观测到的年降雨量的平均值。 2 )月平均降雨量：多年观测到的每月降雨量的平均值。 3 )年最大日降雨量：多年观测到的年降雨量最大日的绝对量。 5、(3) .降雨持续时间和降雨强度(暴雨强度)是指降雨连续的时间段，可以指一次雨的所有时间，也可以指其中的单独的连续时间段。 用t表示，单位为min或h，直接从自计雨量记录纸上读取。 降雨强度是指某个连续降雨期间内的平均降雨量，即每单位时间的平均降雨深度，用I表示。 6、(mm/min )，由于工程统计的降雨是暴雨的性质，所以称为暴雨强度，用常用时间内的单位面积的降雨体积q(L/sha )表示。 q和I的换算关系为：q=167i式，为167-换算系数。 7、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。 在任何暴雨中，暴雨的强度都随着降雨的经过而变化。 如果取得的降雨时间长，则与该时间对应的暴雨强度比与短时间对应的暴雨强度小。 在求出暴雨强度公式时，降雨持续时间总是采用5、10、15、20、30、45、60、90、120min9的9个时间段。 在分析暴雨数据时，必须选择与各降雨时间对应的最大降雨量。 由于每个降雨时间暴雨强度不同，所以计算出的每个时间的暴雨强度称为最大平均暴雨强度。 (8)暴雨强度的频度根据特定降雨持续时间的暴雨强度的出现次数遵循一定的统计规则，因此根据长期的观测数据可以计算特定降雨持续时间的暴雨强度出现的经验频度，简称暴雨强度频度。 9、(5)暴雨强度再现期、暴雨强度再现期是指在多次观测中，事件数据值在某设定值以上反复出现的平均隔年数，单位为年(a )。 一般来说，低地采用的设计再现期比高地大的干管采用的设计再现期比支管大，工业区采用的设计再现期比居住区大的市区采用的设计再现期比郊外大。 再现期间的最小值不应该低于0.33年的重要干线道路、重要的十字路口和短期积水是会引起巨大损失的地区，选择的再现期间可以达到1020年。 在同一排水系统中可采用相同的再现期或不同的再现期。 再现期间一般采用0.53年，是重要干线道路、重要地区或短期积水引起严重结果的地区，一般要采用35年，与道路设计协调。 特别重要的地区和次要地区可以根据情况适当增减。 10，4 .降雨面积和集水面积(1)降雨面积是指被降雨复盖的面积，即降雨的范围。(2)集水区面积是雨水管道收集雨水的面积，用f表示，以公顷或平方公里为单位(ha或km2 )。 虽然所有暴雨在降雨面积的各点上暴雨的强度都不相等，但在城镇的雨水管道系统设计中，设计管道的集水面积小，一般小于100km2，在集水面积最远的点的集水时间不超过60min到120min，这样的小的集水面积在工程中被称为小集水面积可以认为，在小水域面积上，降雨的不均匀分布可以忽略，各点的暴雨强度相等。 11，5 .降雨的频率和再现期，(1)暴雨强度出现频率大的暴雨强度的可能性无法预测，只能通过对过去的大量观测资料的统计分析，计算其发生频率，求出今后发生的可能性。 特定值的暴雨强度的频度是其值以上的暴雨强度出现的次数m和观测资料的总数n的比率：%，n观测资料的总数m暴雨强度出现的次数，如果12年仅选择一个雨模式，则称为年频度式，n=N，%，n降雨观测资料的年n=NM，M年选择的平均雨量，13这个定义，降雨观测资料的年限很长，可以表示降雨的整个历史过程。 但是，实际上是不可能的，因为只能取得一定年限内的暴雨强度值，所以n是有限的。 通过上式求出的暴雨强度的频度只能反映一定期间内的经验，无法反映降雨整体的规律，所以称为经验频度。 因此，水文计算经常使用式%来计算年的频度，使用式%来计算下一个频度。 观测资料年限越长，经验频率的误差也越小。14、我国目前的室外排水设计规范规定在建立暴雨强度公式时必须有10a以上的自计量雨量记录。 在本计雨量记录纸上，降雨持续时间为5、10、15、20、30、45、60、90、120min，选择每年68次的最大暴雨记录，计算其暴雨强度值，不分年份，按大小顺序排列每次的暴雨强度，从其中统计资料年数的34倍的最大值15、(2)暴雨强度的再现期某特定值的暴雨强度的再现期是指可能出现该值以上的暴雨强度的平均间隔时间，一般用p表示，以年为单位，用下式计算：式中的p -暴雨强度的再现期(a )。 n -数据记录的年数(a) m发生特定值以上暴雨的次数。 再现期p和年频率Pn相互倒数，即16、9.1.2暴雨强度式、暴雨强度式是基于各地的自计量雨量记录分析，用我国目前室外排水设计规范规定的方法求出的。 暴雨强度公式是暴雨强度I (或q )、降雨持续时间t、再现期间p三者之间关系的数学公式，是雨水管道的设计依据。 我国常用的暴雨强度公式为：17，式中q设计暴雨强度(l/sha ) p 设计再现期间(a) t降雨持续时间(min) A1、c、b、n地方的参数，根据统计方法计算确定。 中国给水排水设计手册第5卷收录了中国几个城市的暴雨强度公式，可以在统计时直接选择。 现在没有暴雨强度公式的城镇，可以借用附近气象条件相似地区的城市暴雨强度公式。 18、9.2雨水管网设计流量计算了9.2.1地面径流和径流系数，1 .地面径流：沿地面坡度流动的雨水称为地面径流。 雨水管道收集雨水的地面流出量。 2 .流出系数、降雨量地板的浸水量、剩馀水(两者之差)开始在地板上积蓄，发生地板流出，19、降雨强度q大，地板流出量也因为降雨强度q=渗透率、剩馀水率=0，地板的浸水，还有地板流出。 影响径流系数的主要因素有水池面积地面复盖情况、地面坡度、地形、建筑密度大小、路面铺装等。 此外，还与降雨持续时间、暴雨强度、暴雨雨型有关。 要正确地确定的值，难度很大。目前，雨水管道设计通常采用取决于地面霸盖的种类的经验值。 20、我国目前室外排水设计规范规定的流出系数的值如下表：流出系数的值，21、在雨水管道系统设计中，集水区面积通常由各种性质的土地垄断构成，随着它们的占有面积比例的变化，的值也不同。 因此，集水区面积整体的流出系数必须采用平均流出系数，其值是按各种地面面积用加权平均法计算求出的：式中Fi集水区面积上的各种地面面积(ha )； i是与各种地面流出系数对应的F全集水域面积(ha )。 22、也可采用区域综合径流系数。 一般市区的综合流出系数=0.50.8，郊外的综合流出系数=0.40.6。 9.2.2断面集水时间和减率系数1 .集水时间是雨水从集水面积上最远的点流向设计的管道断面所需的时间。 (min)2.式中设计降雨持续时间(min) t1地板集水时间(min) t2管渠内雨水流行时间(min) m的折扣系数。 (新规范被取消)，23，(1)地上集水时间t1的确定地上集水时间是指雨水从集水面积上最远流向雨水口的地上流行时间。 地面集水时间受地形坡度、地面铺装、地面植被情况、距离长度等因素的影响，主要取决于水流距离的长度和地面坡度。 在工程实践中，地面集水时间通常不计算，一般采用515min。 24、一般建筑密度大、地形陡、雨口密集的地区，应采用小值t1=58min。 在建筑物密度小、地形平坦、雨口配置缓慢的地区，应该采用t1=1015min的大值。 同时，起点人孔上游的地面雨水流行距离最好在120150m以下。 必须根据当地的具体条件，合理选定t1值。 t1的选择过大，排水变差，管道上游的地面容易积水过小，雨水管道的尺寸变大，工程成本增加。25、(2)管道内雨水流行时间t2的确定t2是管道内的雨水流行时间，即式中t2管道内的雨水流行时间(min ) l 3354各设计段的长度(m) v各设计段满流时的流速(m/s) 60单位26、(3)减率系数m的确定减率系数m的提出原因是：1)雨水管道设计为满流，但在降雨时，管道中的水流并不是从最初就达到了设计流速，而是随着降雨时间的延长而达到了设计流速。 这样，用式计算出的水路内流行时间t2比实际的时间小。 27，2 )雨水管渠内各设计管段的设计流量是根据与该管段的集水时间相应的设计暴雨强度计算出的，因此各管段的最大流量同时发生的可能性很低。 如果任一段出现设计流量，则其他段(特别是上游段)不一定满流。 28、水路内的一部分空隙容量利用该空隙容量暂时储存雨水的一部分，通过发挥蓄水段内的最大流量的作用，可以削减其峰值流量，减小水路截面尺寸，降低工程成本。 为了利用配管的这种调整能力，管内水流的实际流速必须比设计流速低，所以必须延迟管内流行时间t2。 考虑到以上两个原因，在设计降雨持续时间的计算中引入了减少系数m，使管内流行时间延迟，更接近实际情况，达到了减少管段设计流量，减少管渠截面尺寸的目的。 规范规定：暗管m=2，明渠m=1.2，陡坡地区暗管m=1.22。 30、2 .例题、31、雨水从各集水面积上最远的点分别流入到雨口a、b、c、d的地面集水时间为1，1 )假设集水面积随着集水时间的增加而均匀增加2 )降雨时间t在集水面积上最远的点的雨水在设计截面的集水时间1以上3 )流出系数为一定在设计分段12的雨水设计流量达到t=1之前，F1的全面积的雨水流向设计截面，此时分段12内的流量达到了最大值。(L/s )，式中的q1段12的设计暴雨强度，即降雨时间t=1时的暴雨强度(L/sha )。 33、(2)设计段23的雨水设计流量该设计段收集集水面积F1和F2的雨水，2个截面是段23的设计截面。 在t=1 t1-2时，在F1和F2的总面积中雨水流过两个截面，区段23的流量成为最大值。 即，(L/s )、式中q2段23的设计暴雨强度，即与降雨持续时间t=1 t1-2对应的暴雨强度(L/sha； t1-2第12段的管内雨水流行时间(min )。 34、(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，即与降雨持续时间t=1 t1-2 t2-3对应的暴雨强度(L/sha )。 t2-3第23段的管内雨水流行时间(min )。 35、(4)设计管段45的雨水设计流量，(L/s )，式中q4管段45的设计暴雨强度，即与降雨持续时间t=1 t1-2 t2-3 t3-4对应的暴雨强度(L/sha )。 t3-4第3-4段的管内雨水流行时间(min )。 36、各设计段的雨水设计流量应当等于该段承担的所有集水区面积与该段的设计暴雨强度的积。 各分段的设计暴雨强度，以分段设计截面集水时间为与降雨时间相对应的暴雨强度。 由于各段集水时间不同，各段的设计暴雨强度也不同。 37、9.3雨水管道的设计和计算，9.3.1雨水管道的平面配置特征，1 .利用地形，向附近排水，雨水管道应尽可能利用自然地形的坡度进行配置，以最短的距离将重力流雨水向附近的池、河流、湖等水排出。 38、一般地形坡度大的情况下，雨水干管配置在地形低的地方或溪谷线上，地形平坦时，雨水干管配置在排水流域中间，使支管的连接变得容易，重力流尽量扩大排雨范围。 分散出水口：在管道将雨水排放到池或小河中时，水位变化小，出水口结构简单，应采用分散出水口。 附近的排气管线短，管径小，成本低。 集中出水式：在河川等水体的水位变化大，管的出水口远离常水位时，出水口的结构复杂、成本高，因此应采用集中出水口式的配置形式。 39、2 .尽量避免设置雨水泵站，地面平均海拔低于河流的洪水水位海拔时，应适当集中管道，在出水口前设置雨水泵站，抽水排出水体。 尽量使通过雨水泵站的流量最小，节省泵站的工程成本和经常运行费用。 40、9.3.2雨水管道设计参数、(1)水力计算的基本式、式中Q流量(m3/s) 过水截面积(m2) v流速(m/s) R水力半径(m) I水力梯度n粗糙度系数。 41、(二)水力计算的设计数据，1 .设计充盈度雨水中主要含有砂土等无机物质，与城市污水的性质不同，暴雨径流多，设计再现期暴雨强度的降雨时间短。 因此，配管设计的充实度如果考虑全流程，则h/D=1。 明渠必须在0.20m以上的超高。 42、2 .设计流速规定满流时管道的最小设计流速为0.75m/s，明渠的最小设计流速为0.4m/s，以避免被雨水夹住的砂土等无机物堆积在管道内堵塞管道。 为了防止管壁被冲洗破损，雨水管渠