第9章-雨水管渠系统设计计算课件

第9章雨水管渠系统设计计算2023/7/311Freetemplatefrom第9章雨水管渠系统设计计算2023/7/311Free第9章雨水管渠系统设计计算9．1雨量分析与暴雨强度公式9．2雨水管渠设计流量计算9．3雨水管渠设计与计算9.4雨水径流调节9.5城市防洪设计9.6合流制排水管渠的设计计算2第9章雨水管渠系统设计计算9．1雨量分析与暴雨强度公

1．确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线；

2．划分排水流域，进行雨水管渠的定线；

3．划分设计管段，计算各设计管段雨水设计流量；

4．进行管渠的水力计算，确定各设计管段的管径、坡度、标高及埋深。

5．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：31．确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线；雨水管渠设9．1雨量分析与暴雨强度公式雨水设计流量是雨水管渠系统设计的依据。由于雨水径流的特点是流量大而历时短，因此应对雨量进行分析，以便经济合理地推算暴雨量和径流量，作为雨水管渠的设计流量。9.1.1雨量分析

降雨现象的分析，是用降雨量、暴雨强度、降雨历时、降雨面积和重现期等因素来表示降雨的特征。49．1雨量分析与暴雨强度公式雨水设计流量是雨水管渠（1）．降雨量

降雨量是指降雨的绝对量，是用降雨深度H（mm）表示，也可用单位面积上的降雨体积（L/ha）表示。在研究降雨时，很少以一场雨为对象，而常用单位时间表示：

1）年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值。

2）月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值。

3）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。5（1）．降雨量5（3）．降雨历时和降雨强度（暴雨强度）是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部的时间，也可以指其中个别的连续时段。用t表示，单位以min或h计，从自计雨量记录纸上直接读得。降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表示。6（3）．降雨历时和降雨强度（暴雨强度）降雨强度是（mm/min）在工程上统计的降雨多属暴雨性质，故称暴雨强度，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/s·ha）表示。q与

i之间的换算关系为：

q＝167i式中167-—换算系数。7（mm/min）在工程上统计的降雨多属暴雨性质，故称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，降雨历时常采用5、10、15、20、30、45、60、90、120min9个时段。在分析暴雨资料时，必须选用对应各降雨历时的最大降雨量。由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的，所以计算出的各历时的暴雨强度称为最大平均暴雨强度。8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（4）暴雨强度频率对应于特定降雨历时的暴雨强度的出现次数服从一定的统计规律，可以通过长期的观测数据计算某个特定的降雨历时的暴雨强度出现的经验频率，简称暴雨强度频率。9（4）暴雨强度频率对应于特定降雨历时的暴雨强度的出现次数服从（5）暴雨强度重现期暴雨强度重现期是指在多次的观测中，事件数据值大于等于某个设定值重复出现的平均间隔年数，单位为年(a)。一般情况下，低洼地段采用的设计重现期大于高地；干管采用的设计重现期大于支管，工业区采用的设计重现期大于居住区；市区采用的设计重现期大于郊区。重现期的最小值不宜低于0.33年；重要干道、重要立交路口或短期积水即能引起较严重损失的地区，选用的重现期可达10～20年。在同一排水系统中可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般采用0.5～3年，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3～5年，并应与道路设计协调。特别重要的地区或次要地区可根据实际情况酌情增减。10（5）暴雨强度重现期暴雨强度重现期是指在多次的观测中，事件数4．降雨面积和汇水面积（1）降雨面积——是指降雨所笼罩的面积，即降雨的范围。（2）汇水面积——是指雨水管渠汇集雨水的面积，用F表示，以公顷或平方公里为单位（ha或km2）。任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的，但在城镇雨水管渠系统设计中，设计管渠的汇水面积较小，一般小于100km2，其汇水面积上最远点的集水时间不超过60min到120min，这种较小的汇水面积，在工程上称为小汇水面积。在小汇水面积上可忽略降雨的非均匀分布，认为各点的暴雨强度都相等。114．降雨面积和汇水面积任一场暴雨在降雨面积上各点的暴

5．降雨的频率和重现期（1）暴雨强度的频率某一大小的暴雨强度出现的可能性是不能预知的，只能通过对以往大量观测资料的统计分析，计算其发生的频率，才能推求其今后发生的可能性。某特定值暴雨强度的频率是指等于或大于该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，即：%n——观测资料总项数m——暴雨强度出现的次数125．降雨的频率和重现期（1）暴雨强度的频率%n——观测资料若每年只选一个雨样，称为年频率式n=N，%N——降雨观测资料的年数若平均每年选入M个雨样数，称为次频率式。n=N·M，M——每年选入的平均雨样数

13若每年只选一个雨样，称为年频率式n=N，%N——降雨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。因此，水文计算常采用公式％计算年频率，用公式％计算次频率。观测资料的年限愈长，经验频率出现的误差也就愈小。14这一定义是假定降雨观测资料年限非常长，可代表降雨的整我国现行《室外排水设计规范》规定，在编制暴雨强度公式时必须具有10a以上自计雨量记录。在自计雨量记录纸上，按降雨历时为5、10、15、20、30、45、60、90、120min，每年每个历时选择6～8场最大暴雨记录，计算其暴雨强度值，然后不论年次，将每个历时的暴雨强度按大小次序排列，再从中选择资料年数的3～4倍的最大值，作为统计的基础资料。15我国现行《室外排水设计规范》规定，在编制暴雨强度公式（2）暴雨强度的重现期某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，一般用P表示，以年为单位，按如下公式进行计算：式中P—-暴雨强度的重现期（a）；

N—-资料记录的年限（a）；

m—-等于或大于某特定值的暴雨强度出现的次数。重现期P与年频率Pn互为倒数，即16（2）暴雨强度的重现期式中P—-暴雨强度的重现期（a9．1．2暴雨强度公式暴雨强度公式是在各地自计雨量记录分析整理的基础上，按照我国现行《室外排水设计规范》规定的方法推求出来的。暴雨强度公式是暴雨强度i（或q）、降雨历时t、重现期P三者间关系的数学表达式，是雨水管渠的设计依据。我国常用的暴雨强度公式为：179．1．2暴雨强度公式暴雨强度公式是在各地自计雨量记式中q——设计暴雨强度（L/s·ha）；

P——设计重现期（a）；

t——降雨历时（min）；A1、c、b、n——地方参数，根据统计方法计算确定。我国《给水排水设计手册》第5册收录了我国若干城市的暴雨强度公式，统计时可直接选用。目前尚无暴雨强度公式的城镇，可借用附近气象条件相似地区城市的暴雨强度公式。18式中q——设计暴雨强度（L/s·ha）；我国《9．2雨水管网设计流量计算9．2．1地面径流与径流系数1．地面径流：在地面沿地面坡度流动的雨水，称为地面径流。雨水管渠就是收集雨水地面径流量。2．径流系数降雨量<地面渗水量，雨水被地面吸收降雨量>地面渗水量，余水（两者之差）在地面开始积水，产生地面径流199．2雨水管网设计流量计算1．地面径流：在地面沿地面坡度降雨强度q大，地面径流量也大降雨强度q=入渗率，余水率=0，由于地面积水，仍有地面径流。影响径流系数的因素主要有汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的大小、路面铺砌等。此外，还与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。要精确确定ψ值，难度较大。目前在雨水管渠设计中，通常采用按地面覆盖种类确定的经验数值。20降雨强度q大，地面径流量也大影响径流系数的因素主要有我国现行《室外排水设计规范》中规定的径流系数ψ值见下表：径流系数ψ值地面种类ψ值各种屋面、混凝土和沥青路面0.90大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面0.60级配碎石路面0.45干砌砖石和碎石路面0.40非铺砌土路面0.30公园或绿地0.1521我国现行《室外排水设计规范》中规定的径流系数ψ值见下在雨水管渠系统设计中，汇水面积通常是由各种性质的地面覆盖组成的，随着它们占有的面积比例变化，ψ值也各异。因此整个汇水面积的径流系数应采用平均径流系数，其值是按各类地面面积用加权平均法计算求得，即：式中Ｆi——汇水面积上各类地面的面积（ha）；

ψi——相应于各类地面的径流系数；

Ｆ——全部汇水面积（ha）。22在雨水管渠系统设计中，汇水面积通常是由各种性质的地面也可采用区域的综合径流系数。一般市区的综合径流系数ψ＝0.5～0.8，郊区的综合径流系数ψ＝0.4～0.6。9．2．2断面集水时间与折减系数1．集水时间——指雨水从汇水面积上最远点流到设计的管道断面所需时间。（min）2．式中

——设计降雨历时（min）；

t1——地面集水时间（min）；

t2——管渠内雨水流行时间（min）；

m——折减系数。（新规范已取消）23也可采用区域的综合径流系数。一般市区的综合径流系数ψ＝（1）地面集水时间t1的确定

地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到雨水口的地面流行时间。地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植被情况、距离长短等因素的影响，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5～15min。24（1）地面集水时间t1的确定24一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置较密的地区，宜采用较小值，取t1＝5～8min。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t1＝10～15min。同时，起点检查井上游地面雨水流行距离以不超过120～150m为宜。应结合当地具体条件，合理地选定t1值。

t1选用过大，将会造成排水不畅，致使管道上游地面经常积水；选用过小，又将加大雨水管渠尺寸，从而增加工程造价。25一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置较密的地区，宜采（2）管渠内雨水流行时间t2的确定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。26（2）管渠内雨水流行时间t2的确定26（3）折减系数m的确定折减系数m的提出原因如下：

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。27（3）折减系数m的确定272）雨水管渠内各设计管段的设计流量是按照相应于该管段的集水时间的设计暴雨强度来计算的，所以，各管段的最大流量不大可能在同一时间发生。当任一管段出现设计流量时，其他管段（特别是上游管段）不一定都是满流.282）雨水管渠内各设计管段的设计流量是按照相应于该管段的集水时管渠内的有一部分空隙容量，可设想利用该空隙容量暂时贮存一部分雨水，起到调蓄管段内最大流量的作用，从而削减其高峰流量，减小管渠断面尺寸，降低工程造价。为了利用管道的这种调蓄能力，应使管内水流实际流速低于设计流速，故要延缓管内流行时间t2。29管渠内的有一部分空隙容量，可设想利用该空隙容量暂时贮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，并达到折减管段设计流量，减小管渠断面尺寸的目的。规范规定：暗管m=2，明渠m=1.2，在陡坡地区的暗管m＝1.2～2。30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2．例题312．例题31雨水从各汇水面积上最远点分别流入雨水口a、b、c、d的地面集水时间均为τ1，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τ1；

3）径流系数ψ为定值。32雨水从各汇水面积上最远点分别流入雨水口a、b、c、（1）设计管段1～2的雨水设计流量直到t＝τ1时，F1全部面积上的雨水均已全部流到设计断面，这时管段1～2内流量达到最大值。

（L/s）式中q1——管段1～2的设计暴雨强度，即相应降雨历时t＝τ1时的暴雨强度（L/s·ha）。33（1）设计管段1～2的雨水设计流量（L/s）式中q1—（2）设计管段2～3的雨水设计流量该设计管段收集汇水面积F1和F2上的雨水，2断面为管段2～3的设计断面。当t＝τ1+t1－2时，F1和F2全部面积上的雨水均流到2断面，管段2～3的流量达到最大值。即：

（L/s）式中q2——管段2～3的设计暴雨强度，即相应于降雨历时t＝τ1+t1－2的暴雨强度（L/s·ha）；

t1－2——管段1～2的管内雨水流行时间（min）。34（2）设计管段2～3的雨水设计流量（L/s）式中q2—（3）设计管段3～4的雨水设计流量

（L/s）式中q3——管段3～4的设计暴雨强度，即相应于降雨历时t＝τ1+t1－2+t2－3的暴雨强度（L/s·ha）。

t2－3——管段2～3的管内雨水流行时间（min）。35（3）设计管段3～4的雨水设计流量（L/s）式中q3（4）设计管段4～5的雨水设计流量

（L/s）式中q4——管段4～5的设计暴雨强度，即相应于降雨历时t＝τ1+t1－2+t2－3+t3－4的暴雨强度（L/s·ha）。

t3－4——管段3～4的管内雨水流行时间（min）。36（4）设计管段4～5的雨水设计流量（L/s）式中q4各设计管段的雨水设计流量应等于该管段所承担的全部汇水面积与该管段设计暴雨强度的乘积。各管段的设计暴雨强度就是以管段设计断面集水时间作为降雨历时所对应的暴雨强度。由于各管段的集水时间不同，所以各管段的设计暴雨强度也不同。37各设计管段的雨水设计流量应等于该管段所承担的全部汇水面9．3雨水管渠设计与计算9.3.1雨水管渠平面布置特点1．充分利用地形，就近排入水体雨水管渠应尽量利用自然地形坡度布置，要以最短的距离靠重力流将雨水排入附近的池塘、河流、湖泊等水体中。389．3雨水管渠设计与计算9.3.1雨水管渠平面布置特点一般情况下，当地形坡度较大时，雨水干管布置在地形低处或溪谷线上；当地形平坦时，雨水干管布置在排水流域的中间，以便于支管接入，尽量扩大重力流排除雨水的范围。分散出水口：当管道将雨水排入池塘或小河时，水位变化小，出水口构造简单，宜采用分散出水口。就近排放管线短、管径小，造价低。集中出水口式：当河流等水体的水位变化很大，管道的出水口离常水位较远时，出水口的构造就复杂，因而造价较高，此时宜采用集中出水口式布置形式。39一般情况下，当地形坡度较大时，雨水干管布置在地形低处2．尽量避免设置雨水泵站当地形平坦，且地面平均标高低于河流的洪水位标高时，需将管道适当集中，在出水口前设雨水泵站，经抽升后排入水体。尽可能使通过雨水泵站的流量减到最小，以节省泵站的工程造价和经常运行费用。402．尽量避免设置雨水泵站409.3.2雨水管渠设计参数（一）水力计算的基本公式式中Q——流量（m3/s）;

ω——过水断面面积（m2）；

v——流速（m/s）；

R——水力半径（m）；

I——水力坡度；

n——粗糙系数。419.3.2雨水管渠设计参数（一）水力计算的基本公式式中（二）水力计算的设计数据

1．设计充满度雨水中主要含有泥砂等无机物质，不同于城市污水的性质，加之暴雨径流量大，而相应较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时较短。故管道设计充满度按满流考虑，即h/D=1。明渠则应有不小于0.20m的超高。42（二）水力计算的设计数据1．设计充满度42

2．设计流速为避免雨水所挟带的泥砂等无机物在管渠内沉积下来而堵塞管道，我国设计规范规定满流时管道最小设计流速为0.75m/s；明渠最小设计流速为0.4m/s。为防止管壁受到冲刷而损坏，雨水管渠的最大设计流速为：金属管道为10m/s；非金属管道为5m/s；明渠按表采用。432．设计流速43明渠最大设计流速明渠类别最大设计流速（m/s）明渠类别最大设计流速（m/s）粗砂或低塑性粘土粉质粘土粘土石灰岩或中砂岩0.81.01.24.0草皮护面干砌块石浆砌块石或浆砌砖混凝土1.62.03.04.044明渠最大设计流速明渠类别最大设计流速（m/s）明渠类别最大设9.3.3雨水管渠断面设计暗管：在城市市区或厂区内，由于建筑密度高，交通量大，一般采用暗管排除雨水。

特点：卫生条件好、不影响交通，造价高。明渠：在城市郊区，建筑密度较低，交通量较小的地方，一般考虑采用明渠。

特点：造价低；但明渠容易淤积，孳生蚊蝇，影响环境卫生，且明渠占地大，使道路的竖向规划和横断面设计受限，桥涵费用也增加。在地形平坦、埋设深度或出水口深度受限制的地区，可采用暗渠（盖板渠）排除雨水459.3.3雨水管渠断面设计暗管：在城市市区或厂区内，由于建3．最小管径和最小设计坡度雨水管道的最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管的最小管径为200mm，相应的最小坡度为0.01。

4．最小埋深与最大埋深 在冰冻地区，雨水管道正常使用是在雨季，冬季一般不降雨，若该地区使雨水管内不贮留水，且地下水位较深时，其最小埋深则可不考虑冰冻影响，但应满足管道最小覆土厚度的要求。其它具体规定同污水管道。463．最小管径和最小设计坡度4．最小埋深与最大埋深 469.3.4雨水管网设计步骤（一）划分排水流域，进行管道定线根据城市总体规划图，按地形划分排水流域。在每一排水流域内，结合建筑物及雨水口分布，充分利用各排水流域内的自然地形，布置管道，使雨水以最短距离靠重力流就近排入水体。在总平面图上绘出各流域的主干管、干管和支管的具体位置。479.3.4雨水管网设计步骤（一）划分排水流域，进行管道定（二）划分设计管段根据管道的具体位置，在管道转弯、管径或坡度改变、有支管接入、管道交汇等处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检查井。把两个检查井之间流量不变且预计管径和坡度也不变的管段定为设计管段。并从管段上游往下游依次进行检查井的编号。48（二）划分设计管段48（三）确定各设计管段的汇水面积各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。

地形较平坦时，可按就近排入附近雨水管道的原则划分；

地形坡度较大时，应按地面雨水径流的水流方向划分。并将每块面积进行编号，计算其面积并将数值标注在图上。汇水面积除包括街坊外，还应包括街道、绿地等。49（三）确定各设计管段的汇水面积49（四）确定各排水流域的平均径流系数通常根据排水流域内各类地面的面积数或所占比例，计算出该排水流域的平均径流系数。也可根据规划的地区类别，采用区域综合径流系数。（五）确定设计重现期P和地面集水时间t1

结合地形特点、汇水面积的地区建设性质和气象特点确定设计重现期。各排水流域的设计重现期可相同，也可不同。根据设计地区的建筑密度、地形坡度和地面覆盖种类、街坊内是否设置雨水暗管等，确定雨水管道的地面集水时间。50（四）确定各排水流域的平均径流系数（五）确定设计重现期P（六）求单位面积径流量q0

暴雨强度q与径流系数ψ的乘积，称为单位面积径流量q0。即：对于某一设计来说，式中P、t1、ψ、m、A1、b、c、n均为已知数，只要求得各管段的管内雨水流行时间t2，就可求出相应于该管段的q0值。（L/s·ha）51（六）求单位面积径流量q0对于某一设计来说，式中P、t1、（七）管渠材料的选择雨水管道管径小于或等于400mm采用圆形断面的混凝土管，管径大于400mm采用钢筋混凝土管。（八）雨水管道的水力计算列表进行雨水干管的水力计算，求得各设计管段的设计流量。并确定各设计管段的管径、坡度、流速、管内底标高及管道埋深等值。（九）绘制雨水管道的平面图和纵剖面图雨水管道平面图和纵剖面图的绘制方法和要求与污水管道相同52（七）管渠材料的选择（八）雨水管道的水力计算（九）绘制雨水管9.6合流制管网设计与计算9.6.1合流制管网的使用条件和布置特点1．截流式合流制排水管渠的使用条件（1）排水区域内有一处或多处水源充沛的水体，其流量和流速都足够大，当一定量的混合污水排入后对水体造成的污染危害程度在允许的范围以内；539.6合流制管网设计与计算9.6.1合流制管网的使用条（2）街坊和街道的建设都比较完善，必须采用暗管（渠）排除雨水，而街道断面又较窄，管（渠）的设置位置受到限制时；（3）地面有一定的坡度倾向水体，当水体出现高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需要泵汲。54（2）街坊和街道的建设都比较完善，必须采用暗管（渠）排除雨水2．布置特点（1）管渠的布置应使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理地排入管渠，并能以最短的距离坡向水体。（2）沿水体岸边布置与水体平行的截流干管,在截流干管的适当位置设置溢流井,使超过截流干管截流能力的那部分混合污水能顺利地通过溢流井就近排入水体。552．布置特点55（3）合理地确定溢流井的数目和位置●从对水体的污染情况看，合流制管渠系统中的初期雨水虽被截流，但溢流的混合污水总比一般雨水脏，为保护受纳水体，溢流井的数目宜少，其位置应尽可能设置在水体的下游。●从经济上讲，溢流井过多，会提高溢流井和排放管渠的造价，特别是在溢流井离水体远，施工条件困难时更是如此。当溢流井的溢流堰口标高低于受纳水体的最高水位时，需在排放管渠上设置防潮门、闸门或排涝泵站。为减少泵站造价、减少对水体的污染和便于管理，溢流井应适当集中，不宜过多。56（3）合理地确定溢流井的数目和位置56（4）在合流制管渠系统的上游排水区域内，如雨水可沿地面的道路边沟排泄，则该区域内可只设污水管道。只有当雨水不能沿地面排泄时，才考虑设置合流管渠。57（4）在合流制管渠系统的上游排水区域内，如雨水可沿地面的道路9.6.3合流制排水管渠的设计流量（1）完全合流制排水管渠设计流量的确定第一个溢流井上游管渠的设计流量为设计生活污水量Qs、设计工业废水量Qg和设计雨水量Qy之和Qz=Qs+Qg+Qy=Qh+Qy式中Qh——旱流流量Qh=Qs+Qg589.6.3合流制排水管渠的设计流量（1）完全合流制排水管渠要求高的场合可取最大时生活污水量和最大生产班内的最大时工业废水量；一般情况下可取平均日生活污水量和最大班内平均日工业废水量。Qs+Qg为晴天的设计流量，称为旱流流量Qh。由于Qh相对较小，Q计算所得的管径、坡度和流速，应用旱流流量Qh进行校核，检查管道在输送旱流流量时是否满足最小流速的要求。59要求高的场合可取最大时生活污水量和最大生产班内的最大时工业（2）截流式合流制排水管渠设计流量的确定溢流井下游管渠的雨水设计流量为：

Qy

=n0（Qs

+Qg）+Qy′

式中Qy′——

溢流井下游汇水面积上的雨水设计流量，按相当于此汇水面积的集水时间求得。60（2）截流式合流制排水管渠设计流量的确定溢流井下游管渠的溢流井下游管段的设计流量是雨水设计流量与生活污水设计流量及工业废水设计流量之和，即：

Q=n0（Qs+Qg）+Qy′+Qs+Qg+Qh′=（n0+1）（Qs+Qg）+Qy′+Qh′=（n0+1）Qh+Qy′+Qh′式中Qh′——

溢流井下游汇水面积上的生活污水设计流量与工业废水设计流量之和。61溢流井下游管段的设计流量是雨水设计流量与生活污水设计流（3）从溢流井溢出的混合污水设计流量当溢流井上游管段的设计流量超过溢流井下游管段的截流能力后，就会有一部分混合污水从溢流井处溢流泄出，通过排放渠道泄入水体。该溢流的混合污水设计流量为：

Qx

=（Qs+Qg

+Qy

）－（n0+1）

Qh

62（3）从溢流井溢出的混合污水设计流量62截流式合流制排水管渠系统的设计计算实例63截流式合流制排水管渠系统的设计计算实例6364646565

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6969第10章给水排水管道材料与附件2023/7/3170Freetemplatefrom第10章给水排水管道材料与附件2023/7/3170Fr第10章排水管渠材料及附属构筑物10.1排水管渠的断面及材料10.2排水管渠系统上的构筑物71第10章排水管渠材料及附属构筑物71

10.1排水管渠的断面及材料

常用排水管渠的断面形式

排水管渠的材料7210.1排水管渠的断面及材料72一、常用排水管渠的断面形式

1、对排水管渠断面形式的要求

2、常用的管渠断面形式73一、常用排水管渠的断面形式73对排水管渠断面形式的要求静力学要求：管道须具有较好的稳定性.能抵抗内外压力。水力学要求：应具有最大的排水能力,在一定流速下不产生沉淀。经济方面：管道每单位长度的造价应是最低的或输送污水是较经济的。养护管理：不易淤积且易于冲洗。74对排水管渠断面形式的要求静力学要求：管道须具有较好的稳定性.常用的管渠断面形式圆形

半椭圆形

马蹄形

蛋形

矩形

梯形75常用的管渠断面形式圆形75圆形适用于：管径小于2米且地质条件好时。优点：水力性能好，具有最大的水力半径，流速大，流量大，便于预制，对外力抵抗能力强，运输施工维护方便。76圆形适用于：管径小于2米且地质条件好时。76半椭圆形优点：在土压力和活荷载较大时，可更好地分配管壁压力，减少管壁厚度。适用：污水流量无大变化及管渠直径大于2米。77半椭圆形优点：在土压力和活荷载较大时，可更好地分配管壁压力，马蹄形特点：高度小于宽度。优点：因断面下部大，宜输送流量变化不大的大流量污水。适用：地质条件较差或地形平坦需尽量减少埋深时。78马蹄形特点：高度小于宽度。78蛋形特点：因底部较小，在小流量时可维持较大的流速，减少淤积。适用：实践证明，这种断面冲洗和疏通困难，管道制作、运输、施工不便，目前很少用。79蛋形特点：因底部较小，在小流量时可维持较大的流速，减矩形特点：可按需要增加深度，以加大排水量，并能现场浇制或砌筑。适用：工企业、路面狭窄地区的排水管道及排洪沟。80矩形特点：可按需要增加深度，以加大排水量，并能现场浇

梯形适用：明渠。特点：边坡取决于土壤和铺砌材料。81梯形适用：明渠。8110.2排水管渠的材料对管渠材料的要求常用的排水管渠排水管渠材料的选择8210.2排水管渠的材料对管渠材料的要求82对管渠材料的要求足够的强度，能抵抗内外压力和杂质冲刷磨损；具抗腐蚀性（污水、地下水）；不透水（污水不透出、地下水不透入）；内壁光滑，阻力小，排水通畅；就地取材，可预制管件，节省费用。83对管渠材料的要求足够的强度，能抵抗内外压力和杂质冲刷磨损；8常用的排水管渠混凝土管和钢筋混凝土管陶土管金属管其他管材84常用的排水管渠混凝土管和钢筋混凝土管84混凝土管和钢筋混凝土管

管口形式：承插式、企口式、平口式。特点：管径不超过450mm，长度多为1m。可就地取材，价格较低。适应于排除雨水和污水。抗酸、碱侵蚀性差。管节短，接口多，抗沉降、抗震性差。大口径管的自重大，搬运不便。85混凝土管和钢筋混凝土管

管口形式：承插式、企口式、平口式。8陶土管内外壁光滑、不透水、耐磨、防腐。管径一般不超过600mm，管长在0.8~1.0m之间。质脆易碎。管节短，接头多。主要用于排除工业酸性废水。86陶土管内外壁光滑、不透水、耐磨、防腐。86金属管常用的有铸铁管和钢管;在外力很大或对渗漏要求特别高的场合下使用；在穿越铁路时，在土蹦或地震地区；在距给水管道或房屋基础较近时；在压力管线上或施工特别困难的场合采用钢管时必须涂刷耐腐蚀的涂料并注意绝缘，以防锈蚀。87金属管常用的有铸铁管和钢管;87其他管材浆砌砖、石渠道；大型钢筋混凝土渠道；新型管材-------“丹麦管”用芯模震动成型工艺生产的钢筋混凝土管；质量高、生产效率高、环境污染小；施工方便，不易漏水。强化塑料管、聚氯乙烯管。88其他管材浆砌砖、石渠道；88排水管渠材料的选择管材供应情况经济上的考虑技术方面的要求（酸碱废水及地质情况）89排水管渠材料的选择管材供应情况89在选择管材时，应根据水质、水温，断面尺寸、管内外所受压力和施工条件等因素，尽量选择能就地取材、易于制造、便于供应和运输方便的材料，以降低工程造价。在选材时，还要考虑技术要求：排除碱性（PH>10）的工业废水用铸铁管；酸性（PH<5）的工业废水可用陶土管；压力管段，一般采用金属管、钢筋混凝土管或预应力钢筋混凝土管；地震地区施工条件差的地区用金属管；一般地区的重力流管道采用混凝土和钢筋混凝土管。90在选择管材时，应根据水质、水温，断面尺9010.2排水管渠系统上的构筑物

检查井

跌水井

水封井

换气井

冲洗井

溢流井

测流井

雨水口、

连接暗井倒虹管、管桥出水口9110.2排水管渠系统上的构筑物检查井91检查井作用：便于定期检查、清通。要求：为了便于清通检查井之间的管段应是直通的，既不弯曲断面又没有变化。设置：管道交汇处、转弯、管道尺寸或坡度改变、跌水处及相隔一定距离的直线管段上。组成：基础、井底、井身、井盖和盖座。材料：砖、石、混凝土或钢筋混凝土。92检查井作用：便于定期检查、清通。92跌水井设置：当检查井中上下游管渠的管底落差大于2米。跌水井内应有减速、防冲及消能设施。形式：竖管式（适应于管径等于或小于400mm管道）、溢流堰式（适应于大于400mm管道）。当上下游管渠的管底跌落差小于1m时，只把检查井低部作成斜坡，不做跌水。管道转弯处不宜设跌水井。93跌水井设置：当检查井中上下游管渠的管底落差大于2米。93水封井当工业废水中能产生引起爆炸或火灾的气体时，管道中必须设置水封井。作用：阻隔易燃气体流通，阻隔水面游火。位置：设在产生上述废水的生产装置、储罐区等的废水排出口处。94水封井当工业废水中能产生引起爆炸或火灾的气体时，管道中必须设换气井作用：避免有机物发酵产生的气体遇火爆炸，排除有害气体，保证工人检修安全。95换气井作用：避免有机物发酵产生的气体遇火爆炸，排除有害气体，溢流井设置：截流式合流制排水系统。作用：晴天截流混合污水进污水厂，雨天部分混合污水溢流入水体。形式：截流槽式、溢流堰式96溢流井设置：截流式合流制排水系统。96冲洗井作用：污水管道内的流速不能保证自请时，为防止淤塞。分类：人工冲洗、自动冲洗。设置：管径小于400mm的管道上。97冲洗井作用：污水管道内的流速不能保证自请时，为防止淤塞。97测流井作用：测定过水流量。测流设备：堰、文丘里管、量水槽。98测流井作用：测定过水流量。98雨水口设置：设在雨水管道或合流管道上。作用：收集地面雨水。位置：交叉路口、路侧边沟等低洼处。构造：进水箅、连接管、井身。形式：边沟式、侧石式、联合式。99雨水口设置：设在雨水管道或合流管道上。99连接暗井设置：当管径大于800mm时，雨水口的连接管可通过连接暗井与雨水管道连接。100连接暗井设置：当管径大于800mm时，雨水口的连接管可通过连倒虹管设置：排水管道遇到河流、山涧、洼地或地下构筑物时。组成：进水井、管道、出水井。形式：直管式、折管式。注意的问题：应尽可能与障碍物正交，穿越河道的倒虹管应选择不易被冲刷的地段及埋深较小的部位。管顶与河床垂直距离不易小于0.5m工作管线不少于两条。101倒虹管设置：排水管道遇到河流、山涧、洼地或地下构筑物时。10防止淤积的措施提高管内流速，一般采用1.2~1.5m/s,不易小于0.9m/s，当达不到0.9m/s时，应加定期冲洗措施。最小管径200mm。进水井低部设沉泥槽。折管式倒虹管的上行管与水平线夹角小于或等于300。合流制管道设倒虹管时，应按旱流污水量校核流速。102防止淤积的措施提高管内流速，一般采用1.2~1.5m/s,不管桥设置：当管道穿越谷地时，可架桥敷设管道。优点：易于施工、造价低。适用：小流量。103管桥设置：当管道穿越谷地时，可架桥敷设管道。103出水口位置：根据排水水质、下游用水情况、水体流量、水位变化、波浪等确定设置：当污水需和水体水流充分混合时，出水口长距离伸入水体分散出水。污水管渠出水口采用淹没式，管顶标高在常水位下。雨水管渠出水口采用非淹没式，其管底标高最好在水体最高水位以上以免水体水倒灌。形式：一字型、八字型、门字型。104出水口位置：根据排水水质、下游用水情况、水体流量、水位变化、第11章给水排水管网系统运行管理与维护2023/7/31105Freetemplatefrom第11章给水排水管网系统运行管理与维护2023/7/3为了维持管网的正常工作，保证安全供水，必须做好日常的管网养护管理工作，内容包括：建立技术档案；检漏和修漏；水管清垢和防腐蚀；用户接管的安装、清洗和防冰冻；管网事故抢修；检修阀门、消火栓、流量计和水表等。106为了维持管网的正常工作，保证安全供水，必须做好日常的管网养护第一节给水排水管道系统档案管理一、给水排水管道系统技术资料管理管理现有给水排水管道系统平面图，图上标明泵站、管线、阀门、消火栓等的位置和尺寸。大中城市的管道系统可以按照每一条街道一张图纸列卷归档。107第一节给水排水管道系统档案管理一、给水排水管道系统技术资第一节给水排水管道系统档案管理给水排水管道系统管理所需要的技术资料有：管线图，表明管线的直径、位置、埋深以及阀门、消火栓等的布置，用户接管的直径和位置等。管线过河、过铁路和公路的构造详图；阀门和消火栓记录卡，包括安装年月、地点、口径、型号、检修记录等。竣工记录和竣工图。108第一节给水排水管道系统档案管理给水排水管道系统管理所需要竣工图管线埋在地下，施工完毕覆土后难以看到，因此应及时绘制竣工图，将施工中的修改部分随时在设计图纸中订正。竣工图应在沟管回填土以前绘制，图中标明给水管线位置、管径、埋管深度、承插口方向、配件形式和尺寸、阀门形式和位置、其它有关管线(例如排水管线)的直径和埋深等。竣工图上的管线和配件位置可用搭角线表示，注明管线上某一点或某一配件到某一目标的距离，便于及时进行养护检修。109竣工图管线埋在地下，施工完毕覆土后难以看到，因此应及时绘制竣第一节给水排水管道系统档案管理二、给水排水管网地理信息系统

地理信息系统(GeographicInformationSystem简称GIS)。给水排水管网地理信息系统的功能体现在：1）实现管网系统档案的数字化管理，建立管网系统中央数据库。2）有效、生动地定位管道、阀门、水表等管网组件。3）为管网系统规划、改建、扩建提供图纸及数据依据。4）为管网施工提供图纸依据。5）科学高效地进行爆管抢修等事故处理。6）供管网优化规划设计、实时运行模拟、状态参数校核、管网系统优化调度等技术性功能的软件接口。110第一节给水排水管道系统档案管理二、给水排水管网地理信息系管网水压和流量测定测定管网的水压，应在有代表性的测压点进行。测压点的选定既要能真实反映水压情况，又要均匀合理布局，使每一测压点能代表附近地区的水压情况。测压点以设在大中口径的干管线上为主，不宜设在进户支管上或有大量用水的用户附近。测压时可将压力表安装在消火栓或给水龙头上，定时记录水压。111管网水压和流量测定测定管网的水压，应在有代表性的测压点进行。管网水压测定测定水压，有助于了解管网的工作情况和薄弱环节。根据测定的水压资料，按0.5—1.0m的水压差，在管网平面图上绘出等水压线，由此反映各条管线的负荷。整个管网的水压线最好均匀分布，如某一地区的水压线过密，表示该处管网的负荷过大，因而指出所用的管径偏小。由等水压线标高减去地面标高，得出各点的自由水压，即可绘出等自由水压线图，据此可了解管网内是否存在低水压区。112管网水压测定测定水压，有助于了解管网的工作情况和薄弱环节。1管网流量测定测定时将毕托管插入待测水管的测流孔内。毕托管有两个管嘴，一个对着水流，另一个背着水流，由此产生的压差h可在U形压差计中读出。113管网流量测定测定时将毕托管插入待测水管的测流孔内。113管网流量测定114管网流量测定114管网流量测定水管断面内任一测点的流速115管网流量测定水管断面内任一测点的流速115管网流量测定实测时，须先测定水管的实际内径，然后将该管径分成上下等距离的10个测点(包括圆心共11个测点)，用毕托管测定各测点的流速。因圆管断面各测点的流速为不均匀分布，可取各测点流速的平均值Va，再乘以水管断面积即得流量。用毕托管测流量的误差一般为3％—5％。116管网流量测定实测时，须先测定水管的实际内径，然后将该管径分成管网流量测定例题直径700mm水管的11个测点的测定结果如下表，求该管流量。117管网流量测定例题直径700mm水管的11个测点的测定结果如下管网流量测定例题118管网流量测定例题118第二节给水管道的防腐与维修金属管道与水或潮湿土壤接触后，因化学作用或电化学作用产生的腐蚀而遭到损坏。按照腐蚀过程的机理，可分为没有电流产生的化学腐蚀，以及形成原电池而产生电流的电化学腐蚀(氧化还原反应)。给水管网在水中和土壤中的腐蚀，以及流散电流引起的腐蚀，都是电化学腐蚀。119第二节给水管道的防腐与维修金属管道与水或潮湿土壤接触后，影响电化学腐蚀的因素钢管和铸铁管氧化时，管壁表面可生成氧化膜，腐蚀速度因氧化膜的作用而越来越慢，有时甚至可保护金属不再进一步腐蚀，但是氧化膜必须完全覆盖管壁，并且附着牢固、没有透水微孔的条件下，才能起保护作用。水中溶解氧可引起金属腐蚀，一般情况下，水中含氧越多，腐蚀越严重，但对钢管来说，此时在内壁产生保护膜的可能性越大，因而可减轻腐蚀。水的pH值明显影响金属管的腐蚀速度，pH值越低腐蚀越快，中等pH值时不影响腐蚀速度，pH值高时因金属管表面形成保护膜，腐蚀速度减慢。水的含盐量对腐蚀的影响是，含盐量越高则腐蚀加快。流速和腐蚀速度的关系是，流速越大，腐蚀越快。120影响电化学腐蚀的因素钢管和铸铁管氧化时，管壁表面可生成氧化膜防止给水管腐蚀的方法采用非金属管材，如预应力或自应力钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等。在金属管表面上涂油漆、水泥砂浆、沥青等，以防止金属和水相接触而产生腐蚀。阴极保护。根据腐蚀电池的原理，两个电极中只有阳极金属发生腐蚀，所以阴极保护的原理就是使金属管成为阴极，以防止腐蚀。121防止给水管腐蚀的方法采用非金属管材，如预应力或自应力钢筋混凝牺牲阳极的阴极保护法使用消耗性的阳极材料，如铝、镁、锌等，隔一定距离用导线连接到管线(阴极)上，在土壤中形成电路，结果是阳极腐蚀，管线得到保护。122牺牲阳极的阴极保护法使用消耗性的阳极材料，如铝、镁、锌等，隔通入直流电的阴极保护法埋在管线附近的废铁和直流电源的阳极连接，电源的阴极接到管线上，因此可防腐蚀。在土壤电阻率高(约2500欧姆•cm)或金属管外露时使用较宜。123通入直流电的阴极保护法埋在管线附近的废铁和直流电源的阳极连接维修——检漏检漏是管线管理部门的一项日常工作。减少漏水量既可降低给水成本，也等于新辟水源，经济意义是很大的。水管损坏引起漏水的原因：因水管质量差或使用期长而破损；由于管线接头不密实或基础不平整引起的损坏；因使用不当例如阀门关闭过快产生水锤以致破坏管线；因阀门锈蚀、阀门磨损或污物嵌住无法关紧等。124维修——检漏检漏是管线管理部门的一项日常工作。减少漏水量既可检漏方法实地观察法是从地面上观察漏水迹象，如排水窨井中有清水流出，局部路面发现下沉，路面积雪局部融化，晴天出现湿润的路面等，本法简单易行，但较粗略。125检漏方法实地观察法125检漏方法听漏法听漏法使用最久，听漏工作一般在深夜进行，以免受到车辆行驶和其他杂声的干扰。听漏棒，使用时棒一端放在水表、阀门或消火栓上，即可从棒的另一端听到漏水声。这一方法的听漏效果凭各人经验面定。检漏仪是比较好的检漏工具。所用仪器有电子放大仪和相关检漏仪等。电子放大仪是一个简单的高频放大器、利用晶体探头将地下漏水的低频振动转化为电讯号，放大后即可在耳机中听到漏水声。也可从输出电表的指针摆动看出漏水情况。相关检漏仪是由漏水声音传播速度，即漏水声传到两个拾声头的时间先后，通过计算机算出漏水地点，该类仪器价格昂贵，使用时需较多人力．对操作人员的技术要求高，国内使用很少。优点是适用于寻找疑难漏水点，如穿越建筑物和水下管道的漏水。126检漏方法听漏法126听漏法电子听漏棒数字滤波漏水检测仪127听漏法电子听漏棒数字滤波漏水检测仪127检漏方法分区检漏法分区检漏是用水表测出漏水地点和漏水量，一般只在允许短期停水的小范围内进行。方法是把整个给水管网分成小区，凡是和其他地区相通的阀门全部关闭，小区内暂停用水，然后开启装有水表的一条进水管上的阀门，使小区进水。如小区内的管网漏水，水表指针将会转动，由此可读出漏水量。水表装在直径为10—20mm的旁通管上。查明小区内管网漏水后，可按需要再分成更小的区，用同样方法测定漏水量。这样逐步缩小范围，最后还须结合听漏法找出漏水的地点。128检漏方法分区检漏法128分区检漏法129分区检漏法129维修——清垢由于输水水质、水管材料、流速等因素，水管内壁会逐渐腐蚀而增加水流阻力，水头损失逐步增长，输水能力随之下降。根据有些地方的经验，涂沥青的铸铁管经10—20年使用后，粗糙系数n值可增长到0.016—0.018左右，内壁未涂水泥砂浆的铸铁管，使用1—2年后n值即达到0.025，而涂水泥砂浆的铸铁管，虽经长期使用，粗糙系数可基本上不变。为了防止管壁腐蚀或积垢后降低管线的输水能力，除了新敷管线内壁事先采用水泥砂浆涂衬外，对已埋地敷设的管线则有计划地进行刮管涂料，即清除管内壁积垢并加涂保护层，以恢复输水能力，节省输水能量费用和改善管网水质，这也是管理工作中的重要措施。130维修——清垢由于输水水质、水管材料、流速等因素，水管内壁会逐管线清垢产生积垢的原因：金属管内壁被水侵蚀；水中的碳酸钙沉淀；水中的悬浮物沉淀；水中的铁、氯化物和硫酸盐的含量过高；铁细菌、藻类等微生物的滋长繁殖等。131管线清垢产生积垢的原因：131金属管线清垢方法松软的积垢，可提高流速进行冲洗。冲洗时流速比平时流速提高3—5倍，但压力不应高于允许值。每次冲洗的管线长度为100—200m。用压缩空气和水同时冲洗，效果更好，其优点是：清洗简便，水管中无需放入特殊的工具；操作费用比刮管法、化学酸洗法为低；工作进度较其他方法迅速；用水流或气—水冲洗并不会破坏水管内壁的沥青涂层或水泥砂浆涂层。132金属管线清垢方法松软的积垢，可提高流速进行冲洗。132金属管线清垢方法水力清管法管垢随水流排出。起初排出的水浑浊度较高，以后逐渐下降，冲洗工作直到出水完全澄清时为止。133金属管线清垢方法水力清管法133金属管线清垢方法气压脉冲射流清管法贮气罐中的高压空气通过脉冲装置1、橡胶管3、喷嘴6送入需清洗的管道中，冲洗下来的锈垢由排水管5排出。该法的设备简单，操作方便，成本不高。进气和排水装置可安装在检查井中，因而无需断管或开挖路面。134金属管线清垢方法气压脉冲射流清管法134金属管线清垢方法坚硬的积垢，需用刮管法清除。刮管器有多种形式，都是用钢丝绳绞车等工具使其在积垢的水管内来回拖动。刮管器适用于刮除小口径水管内的积垢。它由切削环、括管环和钢丝刷组成。使用时，先由切削环在水管内壁积垢上刻划深痕，然后刮管环把管垢刮下，最后用钢丝刷刷净。135金属管线清垢方法坚硬的积垢，需用刮管法清除。135金属管线清垢方法大口径水管刮管时可用旋转法刮管，安装情况和刮管器相类似，但钢丝绳拖动的是装有旋转刀具的封闭电动机。136金属管线清垢方法136刮管法优点：工作条件较好，刮管速度快。缺点：刮管器和管壁的摩擦力很大，往返拖动相当费力，并且管线不易刮净。137刮管法137清管器清管器用聚氨酯泡沫制成，其外表面有高强度材料的螺纹，外形如炮弹，外径比管道直径稍大，清管操作由水力驱动，大小管径均可适用。优点是成本低，清管效果好，施工方便且可延缓结垢期限，清管后如不衬涂也能保持管壁表面的良好状态。清管时，通过消火拴或切断的管线，将清管器塞入水管内，利用水压力以2—3km/h的速度在管内移动。约有10％的水从清管器和管壁之间的缝隙流出，将