水污染控制工程 第四章 城镇雨水沟道的设计【优质内容】

1、第四章是城市雨水通道的设计。1.精致的课件。第一部分是雨水径流的计算。雨水通道和汇流通道的设计以降雨为基础，设计流量为雨水径流。1.雨水流量公式(4-1):qv雨水管道设计流量(L/s)a排水面积(ha)I降雨强度(mm/min)q设计降雨强度(L/sha)K单位换算系数，等于167径流系数，小于1、2和2 II。暴雨强度公式暴雨强度Q一般按以下公式计算：(4-2)其中：Q-设计降雨强度(升/沙)P-设计降雨重现期(年)A1-降雨力C-重现期为一年的设计降雨的降雨力变化参数。反映设计降雨在不同重现期的强度变化程度(即，单对数网格纸上呈现的斜率=ip=1C) t降雨持续时间(分钟)b持续时间附加

2、参数n持续时间指数b，n相结合，共同反映设计降雨在同一重现期内随持续时间延长而强度降低的变化。不同城市的暴雨强度公式见给排水设计手册城市排水分册。马鞍山市暴雨强度公式如下：(指芜湖地区)(4-3)，3。精品课件，4。精品课件，3。基本参数的确定1。设计降雨重现期设计降雨重现期基于地形特征和区域建筑性质(居住区、中心区、厂区、主干道、广场等)。)一般根据下表(选自给排水设计手册城市排水分册):设计降雨重现期，5。完善课件，2。持续一场暴雨的整个设计降雨期称为降雨持续时间；淋浴过程中任何连续的时间称为降雨持续时间。阵雨持续时间和降雨持续时间通常以分钟计算。雨水管的设计降雨历时包括地表水收集时间和雨

3、水管中的盛行时间两部分。计算公式如下：(4-4): t设计降雨历时，min；T1地下水收集时间，分钟；T2运河中的流行时间，min；M延迟系数(也称为缩减系数)，对于隐蔽管道m=2，对于明渠m=1.2。6、精品课件，(1)地表水收集时间的确定：在设计重现期和设计历时降雨条件下，渠道起始断面达到设计流量的时间。为了确定这个时间，应该考虑诸如地表水收集距离、水收集面积、地面覆盖、地面坡度和降雨强度等因素。在土地坡度平缓、土地覆被相互接近、降雨强度几乎相同的情况下(这是中国大多数大中城市的情况)，土地集水区距离成为主要因素。平地上地下水收集距离的合理范围为50 150米，中等范围为80 120米。以

4、图4-2为例。图4-2地表水收集时间计算示意图1-房屋，2-屋顶分水岭，3-路边沟，4-雨水管，5-道路，8-精制课件，图中箭头指示水流方向。雨水从集水区内最远的屋脊集水区的点A流向雨水口的地下水收集时间通常由以下流行的行程时间组成：33，360 A。从屋脊的点A沿屋脊坡通过屋檐到地面裙坡的时间通常为0.3 0.5 min。b .沿地面坡度从散水坡到附近道路边沟的时间。c .从道路边沟到雨水口的时间a .地面集水的时间受地形坡度、地面铺设、地面种植、水流距离、道路交叉坡度和宽度的影响，直接决定着水流沿地面或边沟的速度。此外，它还与暴雨强度有关，因为暴雨强度大，水流时间短。然而，在上述因素中，地

5、面集水的时间主要取决于水流的距离和地面的坡度。9、提炼课件，在实际应用中，我们应该准确计算t。数值很难，所以通常用经验值代替计算。根据室外排水设计规范的规定；地面集水时间取决于距离和地形坡度，一般t=5 15 min如果t太大，将导致排水不良，这通常会导致管道上游地面积水。如果t太小，就会增加雨水管道和沟渠的尺寸，增加工程成本。根据经验，一般在建筑密度高、地形陡峭、雨水出口分布密集的地区，或有雨水管道的街区，宜采用较小的t1值，约为5 8 min。但是，在建筑密度小、集水面积大、地势平坦、雨水管布置稀疏的地区，应采用较大的t1值，一般可取T1=10 15 min。启动井上游的地面主导距离宜不超

6、过120150m。10、细化课件，地下水采集时间可参照图4-3选择。图4-3中的数据是根据华北平原的平均降雨强度计算的，基本适用于东北平原、华北平原和长江中下游平原的城市。当使用西北内陆和岭南海岸地势平坦的城市时，集水时间可以适当调整，但不适用于山地城市。地下水收集距离l(米)图4-3地下水收集时间，11，提炼课件，(2)雨水管道延时系数m值的确定是按全流量设计的，但计算雨水设计流量公式的极限强度法原理指出，当降雨持续时间等于收集时间时，设计断面的雨水流量将达到最大值。因此，雨水管中的水流开始时并未达到设计条件，但随着降雨历时的增加，会逐渐形成满流，其流速也逐渐增加到设计流速。因此，按满流量设

7、计流量计算的雨水流行时间比管道内实际的雨水流行时间要短。如果T值过小，降雨强度过大，计算出的管道断面过大，导致投资增加。苏联的苏林教授观察了列宁格勒的雨水管道，发现大多数雨水管道中雨水的流行时间比最大流量计算的时间长20%。建议将大于1(1.2)的系数乘以管道中雨水的主要时间t2，该时间T2由全流量流速计算得出。12、精化课件，此外，雨水管中各管段的设计流量是根据该管段集水时间对应的设计暴雨强度来计算的，因此一般情况下，各管段的最大流量不太可能同时出现。如图4-4所示，管段a b的最大流量出现在t=t1时，根据全流量将其管径设计为da b。然而，管段b c的最大流量出现在t=t1时，其管径按全

8、流量设计为DB-C。当da b具有最大流量时，此时DB-C仅部分充满，当最大流量到达管段b c时，上游管段a b的最大流量已经过去；由于暴雨强度Q一般随时间减小，此时(t=t1 tA-B时)，管道段A B的流量明显减小，而管道段DA B的流量不变，因此管道段沿管道段A B的长度方向存在一个空隙面积x，在管道段DA B中形成一定的丰富空间，即管道中的空隙容量。图4-4雨水管段，13，精化课件，以上显示当任一管段有设计流量时，其他管段都不是全流量(尤其是上游管段)，因此可以想象利用上游管段的间隙容量在此空间临时储存一部分水，从而起到调节和储存管段最大流量的作用，从而减少其峰值流量，减小管渠的横截面

9、尺寸，降低工程造价。然而，这种调节和存储功能只能在管段中的水流处于压力流状态时实现。因为只有当压力流中的管段的水位高于未满时的上游管段的水位时，在该水位差的作用下才能形成回水，迫使水流逐渐流向上游管段的间隙以填充其间隙。由于回水造成的停滞状态，管道中的实际流速低于设计流量在陡坡地区，地下管道的米数为1.2 2。15，精炼课件，3。径流系数1)径流系数的定义：降落在地面上的雨水，一部分被地面上的植物和洼地拦截，一部分渗入土壤，只有一部分沿着地面流入雨水管道，这就是径流。径流与降雨量之比被称为径流系数，它通常小于1.16，精炼课件，2)径流系数的影响因素：(1)降雨条件包括强度、持续时间、雨峰位置

10、、前期降雨量、强度下降、全场降雨量、年降雨量等。(2)地面条件包括覆盖范围、坡度、集水面积及其长宽比、地下水位、管道和运河密度等。在降雨因素中，早期降雨对径流系数有显著影响。单个覆盖层的各种径流系数见下表4-1。17、细化课件，表4-1单覆盖径流系数，18、细化课件，城市应参考降雨因素、地面因素等具体情况，根据单覆盖径流系数加权平均计算综合径流系数，表4-2中的数据可作为参考。表4-2综合径流系数，注：上表中不透水覆盖层的L、2、3一般相当于市区，4相当于郊区。19，精炼课件，第2节城市雨水管道设计一、雨水管道设计原则(1)充分利用池塘和河流接收地表径流，尽量减少雨水管道的设置。受纳水体周围的

11、地表径流可以通过地面直接排入水体。(2)利用地形，将其排入附近的地表水。雨水径流水质与地面条件有关，初期径流污染较大。近年来，一些国外地区计划处理初始径流，但它们通常直接排入水体。雨水管道应充分利用地形，排出附近的地表水，以降低成本。(3)考虑使用明沟。明沟的成本很低。在建筑密度高、交通繁忙的地区，可以覆盖明沟。(4)尽量避免设置雨水泵站。雨水泵站投资大，耗电量大，可能影响正常用电。(5)管道在检查井内连接，管道顶部一般水平连接。必要时，不同截面的管道也可以在局部截面的底部水平连接，但在任何情况下，进水管的底部不得低于出水管的底部。(6)如果条件允许，应考虑两个管道系统之间的连接。20、精品课

12、件，(7)明渠与暗管的连接：1)明渠与暗管连接，暗管一般有落差，其保护方法、端墙和格栅按进水口处理，如图4-5所示。图4-5明渠与暗管连接示意图，21，精品课件，图4-6暗管与明渠连接示意图，2)暗管与明渠连接时，应考虑淤积，并设置适当的落差，端墙及保护方法应按出水口处理，如图4-6所示。22，精品课件，(8)明渠与桥涵的衔接：明渠与桥涵衔接时，要考虑水断面收缩、流速变化等因素对水面高度的影响，必要时要计算桥涵的过水能力。桥涵穿越断面按明渠水面达到设计超高时的流量计算。桥涵水位可低于渠底。对于管涵，减少的高度应为管径的0.20 0.25倍，减少的部分不应计入过水断面。桥涵上下游应铺设一段明渠，

13、防止冲刷。(9)明渠穿过洼地和高地：1)明渠穿过洼地，洼地的雨水应尽可能排放。当需要沿渠身修筑路堤时，应根据土质情况和路堤宽度确定内外坡沟渠系统的线形应位于良好的地质位置，沿线特殊结构较少，施工简单，降低了成本，便于维护。(3)雨水沟系统通常沿道路敷设，位于道路中线一侧，与道路平行，尽可能在快车道外。雨水进口的设置位置应与道路边沟相匹配，雨水不应溢出道路交叉口的路面。24，精炼课件三。雨水管道水力设计标准雨水管道水力设计可按室外排水设计规范进行：(1)管道按全流量设计，明沟保持超高，不小于0.2m；(2)最小设计流速为0.75米/秒，明沟为0.4米/秒；(3)不考虑管道最大流速，可按表4-3采

14、用明沟最大流速；(4)最小管径为300毫米，最小坡度为0.003；雨水进口处的连接管直径为200毫米，最小坡度为0.01；(5)雨水管道的流速公式：(6)管段的连接一般由管道顶部连接，当条件不利时，管道底部也可水平连接；(7)巷道下最小覆盖厚度一般不小于0.7m，基础应位于冻结线以下；25，精炼课件，表4-3明沟最大设计流速，注：上表适用于0.4-1.0m范围内的明沟水深.如果H在0.41.0 m之外，表中的速度应乘以下列系数H1 m，125；H2m，1.4，26，精品课件；4.设计步骤(1)布置管道和渠系，在地形图上按适当比例划定：的汇水面积，绘制总平面图，布置干支管和渠系，确定水流方向，确

15、定排水口，划定和计算干支管的汇水面积。(2)路线：确定主支渠的准确路线、井位(计算断面)和大比例尺地形图上各管(渠)段的长度和规划道路。如果线短且情况简单，也可以在图纸上对齐，但施工时以实际位置和长度为准。(3)沿线划分设计沟渠断面和集水区域。雨水管道的设计长度一般在100 200米左右。沿线集水区域的划分应基于当地的地形条件。当局部形状平坦时，根据就近排除的原则，以等角线按周围河道的布置划分汇水区。当地面有斜坡时，根据雨水流向低水位的原则进行划分：27。完善课件；(4)确定控制高程：根据当前和规划条件，确定控制点高程和渠道最小埋深。(5)选择设计数据，包括设计降雨重现期、地表水收集时间和径流系数。根据暴雨强度公式计算采用设计降雨强度。当当地没有暴雨公式时，最好与工程设计相协调，或参考邻近气象条件相似地区的暴雨公式。(6)确定降雨参数的设计值。径流系数、重现期、地表水收集时间等。(7)进行水力计算，