第八章雨水管网设计

第八章雨水管网设计与计算

一.雨水管渠系统的组成：雨水口，雨水管渠，检查井，出水口等构筑物组成一整套工程设施二.雨水管渠的任务：及时汇集并排除暴雨形成的地面径流，以保障城市人民的生命安全和工农业生产的正常进行．三.雨水管渠设计的主要内容

1.确定当地暴雨强度公式

2.划分排水流域，进行雨水管渠的定线，确定可能设置的调节池，泵站位置

3.确定设计参数

4.计算设计流量和进行水力计算，确定每一设计管段的断面尺寸﹑坡度﹑管底标高及埋深

5.绘制管渠平面图及纵剖面图§8-１雨量分析与暴雨强度公式一.雨量分析几要素（１）降雨量：指降雨的绝对量，即降雨深度。用Ｈ表示，单位以mm计。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。（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。（３）暴雨强度：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（４）降雨面积和汇水面积（５）降雨频率和重现期１.暴雨强度频率:某特定值暴雨强度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，年频率公式：次频率公式：２.暴雨强度重现期二.暴雨强度公式§8-２雨水管渠设计流量的确定

雨水管渠设计流量的计算公式径流系数确定：

影响因素：汇水面积的地面材料性质、地形地貌、植被分布，降雨历时，暴雨强度和暴雨雨型等因素确定．也可采用区域综合径流系数．一般城市采用０.５-０.８，郊区０.４-０.６。如下表。设计重现期P的确定

影响因素：排水区域重要性，功能（广场、干道、工厂，居住区），淹没后果重要性，地形特点及汇水面积大小等。一般选用0.5—3a，对重要干道，立交道路的重要部分，重要地区或短期积水即能引起较严重损失的地区，一般选用2—5年，并应和道路设计协调。对于特别重要的地区可酌情增加。集水时间t的确定

集水时间：雨水从汇水面积上最远点流到设计断面的时间。对管道的某一设计断面，集水时间t由地面集水时间t1和管内雨水流行时间t2两部分组成.可用公式表述如下：

(1)地面集水时间t1：雨水从汇水面积最远点流到第一个雨水口的时间。(2)雨水流行时间确定：(3)折减系数m确定：我国《室外徘水设计规范》建议折减系数的采用为：管道m＝2，明渠＝1.2。在陡坡地区，管道m＝1.2—2。引入折减系数原因：（１）（２）设计流量计算公式：特殊情况雨水流量计算：FA面积上的最大流量流到B点的集水时间为Ta+Ta-b,FB面积上的最大流量流到B点的集水§8-３雨水管网设计与计算

一.雨水管渠系统平面布置的要求

1.充分利用地形，就近排入水体2.根据城市规划布置雨水管道3.合理布置雨水口，以保证路面雨水排除通畅4.雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定5.设计排洪沟排除设计地区以外的雨水径流6.明渠暗管和明渠衔接二.雨水管渠水力计算的设计数据

为了使雨水管渠正常工作，避免发生淤积，冲刷等现象，对雨水管渠水力计算的基本数据作如下的技术规定：设计充满度h/D=1设计流速：最小管径和最小坡度最小埋深与最大埋深三.雨水管渠水力计算的方法

1.雨水管渠水利计算仍按均匀流，公式同污水管。实际计算采用公式制成的水力计算图或水力计算表2.工程设计中通常选定管材,n已知，设计流量Q算出，未知数即D,v,I3.实际应用中，参考地面坡度，假定管底坡度，从计算图或表格中求出D，v，并使得D,v,I负荷前面讲得技术规定

四.雨水管渠系统的设计步骤首先要收集和整理设计地区的原始资料，保罗地形图，城市或工业区的总体规划，水文﹑地质﹑暴雨等资料作为基本的设计数据，一般雨水管按下列步骤进行（1）划分排水流域和管道定线（2）划分设计管段（因为管段划分与检查井位置有关）（3）划分并计算各设计管段的汇水面积（4）确定各排水流域的平均径流系数值（5）确定设计重现期P，地面集水时间求单位面积径流量（暴雨强度与径流系数的乘积）（6）列表进行雨水干管的设计流量和水力计算，以求得各管段的设计流量﹑管径﹑坡度﹑流速﹑管底标高﹑管道埋深（７）绘制雨水管道平面图，纵剖面图五.设计计算例题如图，已知1地形西高东低，东面有一条自南向北得天然河流，河水常年洪水位为14米，常水位12米，暴雨强度公式为，求：进行雨水管道布置和干管的水力计算。解：该区地形平坦，无明显分水线，故排水流域按城市主要道路得汇水面积划分，流域分界线见图中1（也就是雨水管道负责得排水范围即设计范围）河流的位置决定了雨水口出水口位置，出水口位置位于河岸边，故雨水干管的走向为自西向东因为河流洪水位（常年的）为14m，而一般地面标高只有13m左右，洪水位时雨水不能自流入河，故在干管的终端设雨水泵站

地面标高表表1检查井编号地面标高(m)检查井编号地面标高(m)123591014.0314.0614.0614.0413.6013.60111216171819(泵站前)13.6013.6013.5813.5713.5713.55管道长度表表2管道编号管道长度(m)管段编号管道长度(m)l～22～33～55～99～1010～11150100100140100100l1～1212～1616～1717～1818～1919～泵站120150120150150汇水面积计算表表3设计管段编号本段汇水面积编号本段汇水面积(ha)转输汇水面积(ha)总汇水面积(ha)l～22～33～55～99～1010～11l1～1212～1616～1717～1818～191,23,45,67~1011~2021,2223,2425~32,3435,3633,37~42a43~501.692.382.604.057.521.862.846.891.397.905.1901.694.076.6710.7218.2420.1022.9429.8331.2239.121.694.076.6710.7218.2420.1022.9429.8331.2239.1244.31划分设计管段（每一设计管段200米为宜，这也在我们书上P236第二段第三行介绍了，但我们书上计算例题9条管段，只有三段按此要求）径流系数的选择：由于区域建筑物分布情况差异不大，采用统一的平均径流系数0.5由于地形平坦，建筑密度较稀管道起端根据支管接入要求采用1.3m干管水力计算见表

第11项管道的输水能力Q’是指在水力计算中，管段在确定的管径﹑坡度﹑流速的条件下，实际通过的流量。该值应等于或略大于设计流量Q求管段降落量：管道起点埋深注意两点：a在划分各设计管段的汇水面积时，尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管设计流量小于上游管设计流量的情况b在实际工程中，支管，干管是同时计算绘制雨水管平面图和纵剖面图

§8-４雨水径流调节

一.为了降低工程造价，提出设调节池

如果在雨水管道系统上设置较大容积的调节池，把雨水径流的洪峰流量暂时存起来，待洪峰径流量下降至设计排泄流量后．再将贮存在池内的水慢慢排出。这样就可以极大地降低下游雨水干管的断面尺寸，这些都可以降低工程造价。二.设置调节池的位置

1.在雨水干管中游或大流量交汇处

2.正在开发和分期建设的区域

3.雨水不多的干旱地区

4.有天然洼地，公园水塘等

三.雨水调节池的设置形式

1.溢流堰式

2.流槽式调节池

3.泵吸式调节池

四、调节池容积计算

§8-５排洪沟设计与计算一、概述

1、山洪沟区域内的新工业区和新的城镇

2、沿河城镇受洪水威胁，山脚下工厂和城镇受山洪威胁

3、合理选用防洪标准，做好防洪规划

4、防洪工程的内容多、面广

5、排洪沟的任务：开沟引洪，整治河沟，修建构筑物等，以便有组织及时拦截并排除山洪径流，保护山坡下的工厂和城镇的安全。

6、山洪的特点：地形坡度大，集水时间短，洪水历时不长，水流急，流势猛，水流夹带砂石等杂质，冲刷力大，容易使山坡下工厂和城镇受到破坏而造成严重损失。二、防洪设计标准

1、什么叫设计防洪标准？为了准确、合理地拟定某项工程规模、需要根据该工程的性质、范围以及重要性等因素，选定某一频率作为计算洪峰的标准，称为防洪没汁标准。

2、山洪的防治洪标准

3、城市的防洪标准三、设计洪峰流量的计算

1.洪水调查法:主要是深入现场，勘查洪水位的痕迹，推出它发生的频率，选择和测量河槽断面，按公式计算流速、然后按公式计算出洪峰流量。式中n为何槽的粗糙系数；R为河槽的水力半径；I为水面比降，可用河底平均比降代替。最后通过流量变差系数和模比系数法，将调查得到的某一频率的流量换算成设计频率的洪峰流量。

2.推理公式法:

3.经验公式法

常用的经验公式计算方法有：

1．一般地区性经验公式；

2．公路科学研究所简化公式

3．第二铁路设计院等值线法：

4．第三铁路设计院计算方法

四、排洪沟的设计要点(一)排洪沟布置应与厂区总体规划密切配合，统一考虑(二)徘洪沟废尽可能利用原有山洪沟，必要时可作适当整修(三)排洪沟应尽量利用自然地形坡度，以最短距离重力流入水体(四)徘洪沟采用明渠或暗绽应视具体条件确定(五)排洪明渠平面布置的基本要求(六)排洪沟纵坡的确定(七)排洪沟的断面形式、材料及其选择(八)排洪沟最大流速的规定五、排洪沟的水力计算

1、计算公式其中过水断面积A和湿周χ的求法：

式中h－水深；B－底宽；n－沟壁粗糙系数；

m－沟侧边坡的水平宽度与水深之比；（1）梯形断面：(2)矩形断面：２、排洪沟的水力计算分类（1)已知设计流量、渠底坡度，确定渠道断面；（2)已知设计流量或流速、渠道断面及粗糙系数，求渠底坡度；

（3）已知渠道断面、粗糙系数及渠底坡度，求渠道流量（输水能力）。六、排洪沟的计算例题已知条件：天然梯形断面河槽，L=620m，坡度i=0.0045，粗糙系数N=0.025，边坡1:m=1:1.5，沟底宽b=2m，顶宽B=6.5m，沟深H=1.5m，设计P=50a，洪峰流量Q=15m3/s，复算渠道流量输水能力。（1）首先画出计算草图（2)考虑超高0.2m，有效水深h=1.5-0.2=1.3m

梯形面积：A=bh+mh2=2×1.3+1.5×1.32=5.135

梯形湿周：χ＝b+2h(1+m2)0.5

=2+2×1.3(1+1.52)0.5=6.687

水力半径：R=A/χ=5.135/6.687=0.77m

（3）谢才系数（曼宁公式）

C=R1/6/n=0.771/6/0.025=38.3(4)原有排洪沟的过水能力

Q’=AC(Ri)0.5

=5.135×38.3×(0.77×0.0045)0.5=11.6m3/s

该值小于洪峰流量15m3/s,故沟断面略小，需要修整。（5）修整方案一：利用原有断面，增加深度至2m，有效水深h=1.7m:梯形面积：A=bh+mh

2=0.5×1.7+1.5×1.72=5.2梯形湿周：χ＝b+2h(1+m2)0.5=0.5+2×1.7(1+1.52)0.5=6.63水力半径：R=A/χ=5.2/6.63=0.784m谢才系数

C=R1/6/n=0.7841/6/0.025=38.4过水能力Q’=AC(Ri)0.5=5.2×38.4×(0.784×0.0045)0.5

=11.86m3/s,仍然不满足要求。（6）修整方案二：按下图扩大断面，并采用浆砌块石加固(粗糙系数n=0.02)：断面