第五章 城镇雨水管渠的设计

1、第五章 城镇雨水管渠的设计,第一节 雨水径流量的估算,第二节 雨水径流量的调节,第三节 城镇雨水管渠的设计,第四节 雨水泵站的设计,第五节 城镇防洪,第六节 合流渠道系统的设计,第七节 我国旧城传统排水措施,第一节 雨水径流量的估算,雨水管渠系统组成： 雨水口、雨水管渠、检查井、出水口,雨水管渠系统设计步骤,资料收集，确定暴雨强度公式,划分排水流域，进行管道定线,水力计算,绘制管渠平面图及剖面图,雨水管渠系统的特点： 流量变化大、满流,一、雨量分析的要素,1、降雨量,指单位地面面积上，在一定时间内降雨的雨水体积。又称在一定时间内的降雨深度。 用H（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha

2、）表示。,常用的降雨量统计数据计量单位有以下几种：,年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值（mm/a）,月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值（mm/月）,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降雨量（mm/d）,一、雨量分析的要素,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,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 ；则 i=H/t 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,决定雨水设计流量的主要因

3、素,i与q的换算：q=167i 1mm/min=10-3(m3/m2)/min= 10-3(103L /m2)/min=1(L/m2)/min=1(L/min)/ m2 =10000(L/min)/ha=10000/60 （L/s.ha）=167 L/s.ha,暴雨强度和降雨历时的关系,自动雨量计所记录的数据一般是每场雨的累积降雨量和降雨时间之间的对应关系。 以降雨时间为横坐标、以累积降雨量为纵坐标，绘制的曲线称为降雨量累计曲线。,在城市暴雨的推求过程中，经常采用的降雨历时为： 5min 、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min，特大城

4、市可以用到180min,各历时的最大平均暴雨强度 相应于各降水历时，降雨量最大的那个时段内的降水量（？）,最大平均暴雨强度,一、雨量分析的要素,4、降雨面积,指降雨所笼罩的面积。,5、汇水面积,指雨水管渠汇集雨水的面积。单位 常用hm2或km2。,任意场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的，但是雨水管渠的汇水面积较小，因此可假设降雨在整个小汇水面积内的分布是均匀的。这样，雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料。,一、雨量分析的要素,6、暴雨强度的频率,是指在多次的观测中，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。即：Pn=m /n100%,式中

5、： Pn=某值暴雨强度出现的频率 m：等于或大于某值的暴雨强度出现的次数m n ：降雨量统计数据的总个数,A. n=N, Pn=m/n100%=m/N100 %为年频率； B. n=NM, Pn=m/n100% =m/NM100% 为次数频率。 水文计算常采用的公式为： Pn=m /（n+1）100%,6、暴雨强度的频率,Pn=m /n 100%,n 越大，参与统计的数据越多，根据上面公式计算来的经验频率就越能反映其真实的发生概率。 故我国室外排水设计规范规定，在编制暴雨强度公式时，必须具有10年以上的自计雨量记录，且每年选择68场最大暴雨记录，计算各历时的暴雨强度值。 将各历时的暴雨强度按照

6、大小排列成数列，然后不论年次，按照由大到小的方向选择年数的34倍的个数作为统计的基础资料。,某个暴雨强度的频率越小时，该暴雨强度的值就越大。,7、暴雨强度的重现期,是指在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔P。单位用年（a）表示。 重现期与频率互为倒数，即 P=1/Pn,某一暴雨强度的重现期等于P，是指在相当长的一个时间序列中，大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是1/P。,重现期越大，降雨强度越大。 在排水管网的设计中，如果使用较高的设计重现期，则计算的设计排水量就很大，排水管网系统的设计规模相应增大，排水通畅，但排水系统的建设投资就比较高；反之，则投资较小，但安

7、全性差。,7、暴雨强度的重现期,确定设计重现期的因素有：,排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。 一般情况下，低洼地段采用的设计重现期大于高地；干管采用的大于支管；工业区采用的大于居住区；市区采用的大于郊区。 重现期的最小值不宜低于0.33年，一般选用0.53年。重要的干道、区域，一般选用25年。,二、暴雨强度公式,暴雨强度公式是反映暴雨强度q(i)、降雨历时t、重现期P三者之间的关系，是设计雨水管渠的依据。,我国室外排水设计规范中规定，我国采用的暴雨强度公式的形式为：,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

8、,n地方参数，根据统计方法进行确定。,右表收录了我国若干城市的暴雨强度公式（或参见给水排水设计手册第五册），可供计算雨水管渠设计流量时采用。,目前，我国尚有一些城镇无暴雨强度公式，当这些城镇需要设计雨水管渠时，可选用附近地区城市的暴雨强度公式。,三、地面径流与径流系数,地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数，其值小于1。,1、产流过程,2、径流系数,3、径流系数的确定,地面径流系数的值与以下几个因素有关：,汇水面积上的地面材料性质、地形地貌、植被分布、降雨历时、暴雨强度以及暴雨雨型有关。 目前，在雨水管渠的设计中，通常按照地面材料性质确定径流系数的经验数值。 我国排水设计规范中有关径流系数取值

9、的规定见下表：,如果汇水面积由不同的地面组合而成，整个汇水面积上的平均径流系数可按以下公式来求：av=Fii/F,例5-1已知某小区内（系居住区内的典型街区）各类地面的面积Fi值如下表。 求该小区内的平均径流系数av值。,0.9,0.9,0.4,0.3,0.15,0.555,查出不同种类地面对应的i值，填入上表，F共为4ha，则：,3、径流系数的确定,在工程设计中，经常采用区域综合径流系数近似代替平均径流系数。,区域综合径流系数,四、流域上的汇流过程,A,t1,t2,t3,B,C,D,E,F,G,b,c,0,从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间0 。 当流域最边

10、缘线上的雨水达到集流点A时，在A点汇集的流量其汇水面积扩大到整个流域，即全部流域面积参与径流，此时在A点产生最大流量。,当全流域参与径流时，A点产生的最大流量来自0时段内的降雨量。,五、雨水管渠设计流量计算公式,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，ha； q设计暴雨强度，L/(s.ha)。,径流系数的确定:按照地面材料性质确定径流系数的经验数值。,汇水面积F:与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长，参与径流的面积在增加，当全部流域参与径流时，进入雨水管渠中的流量就最大。,暴雨强度 q 与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长，暴雨强度降低。,关键在于采用降雨强度和汇

11、水面积都是尽量大的降雨。,极限强度理论,在雨水管道的设计中，采用的降雨历时t=汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间0，此时暴雨强度、汇水面积都是相应的极限值，根据公式确定的流量应是最大值。这便是雨水管道设计的极限强度理论。,极限强度理论， 承认： 暴雨强度随降雨历时的延长而减小的规律性； 汇水面积随降雨历时的延长而增长的规律性； 汇水面积随降雨历时的延长而增长的速度比暴雨强度随降雨历时的延长而减小的速度更快。,极限强度理论,t 0时，只有一部分面积参与径流。与t=0时相比较，此时暴雨强度大于t=0时的暴雨强度，但汇水面积小。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=0时的径流量。,t 0时，全部

12、流域面积参与径流。与t= 0时相比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t= 0时的暴雨强度。根据公式计算得来的雨水径流量小于t= 0时的径流量。,在使用该式时，随着计算管段位置的不同，管渠的值不同；汇水面积也不同；从汇水面积最远端到计算断面处的集流时间0是不同的。从而，相应于0时的暴雨强度q也是不同的。,六、雨水管段的设计流量计算举例,例5-2 图中：A、B、C为3块互相毗邻的区域，设面积FA=FB=FC，雨水从各块面积上的最远点分别流入设计断面1、2、3所需的集水时间均为 1( min)，并设： （1）汇水面积随降雨历时的增加而均匀的增加； （2）降雨历时t等于或大于汇水面积最远点的雨水

13、流达设计断面的集水时间； （3）径流系数为确定值，为讨论方便，假定其值等于1。 求：图中各管段的设计流量,解：（1）管段12的雨水设计流量 Q12= 1q1FA=q1FA 其中，q1为降雨历时t= 1时对应的暴雨强度。,（2）管段23的雨水设计流量 Q23= 2q2(FA+FB)= q2(FA+FB) 其中，q2为降雨历时t= 1+t12时对应的暴雨强度。,（3）管段34的雨水设计流量 Q34= 3q3(FA+FB+FC)= q3(FA+FB+FC) 其中，q3为降雨历时t= 1+t12+t23时对应的暴雨强度。,七、集水时间t(0)的确定,集水时间由地面集水时间t1和管道内雨水流动的时间t2

14、两部分之和组成： t=t1+mt2,式中：t1地面集水时间：指雨水从汇水面积上最远点 流到第 一个雨水口a的时间； m 折减系数； t2雨水在管道内流行时间。,七、集水时间t(0)的确定,1、地面集水时间t1的确定,根据室外排水设计规范规定：地面集水时间t1视距离长短、地形坡度和地面覆盖情况而定，一般采用5-15min。,一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区，t1可采用5-8min;,在建筑密度小、地形平坦、雨水口稀疏的地区，t1可取10-15min。,起点井上游地面流行距离以不超过120150m为宜。,在设计过程中，应结合具体条件进行选定。注意： 如果选用过大，将会造成排水不畅

15、，使管道上游地面经常积水。 选用过小，将会造成雨水管渠尺寸加大，使工程造价增加。,2、雨水在管道内流行时间t2,式中：L上游各管段的管长，m； v各管段满流时的水流速度，m/s。,3、折减系数m的确定,引入折减系数的原因有二： 一是雨水管道内不总是满流，按满流计算的流行时间小于雨水实际的流行时间(苏林系数)； 二是雨水管道的最大流量不大可能在同一时间发生，上游管道存在调蓄容积(管道调蓄利用系数)。 管段12的最大流量发生在1时刻，根据最大流量确定出管径D12；管段23的最大流量发生在1+t12时刻， D23 。,雨水在管道内的实际流行时间与计算得出的流行时间不符，需要采用一个系数进行修正，此系

16、数叫折减系数。,我国室外排水设计规范规定：折减系数的采用为管道采用2，明渠采用1.2；陡坡地区管道采用1.22。,在确定了集水时间t和重现期P后，雨水管渠的设计暴雨强度公式流量公式可改写成:,雨水管渠的设计流量公式可改写成:,第二节 雨水径流量的调节,一、雨水径流调节池的作用,1、有可能降低整个管渠系统造价,由于雨水流量大，管道长，下游管道的雨水流量尤其大，设置调节池，可使下游管道的设计流量减小，降低下游管渠的造价，而且做调节池的造价要比管道省，故有可能降低整个工程的造价。,一、雨水径流调节池的作用,2、能使雨水管道的设计有较大的灵活性,如今后在所在的汇水区域上大量造房，会使不透水面积增加，从

17、而使径流量剧增，一般很少有可能再重新排管，此时若能设置一个调节池，将上游的流量引入调节池，洪峰过后再排入下游管道，则可使下游管道仍能使用，从而解决该技术矛盾。,一、雨水径流调节池的作用,3、能改善合流制管系暴雨时的溢流水水质,由于合流制管道在遇到暴雨时，会有大量溢流水产生，而溢流水中含有相当的生活污水和工业废水，水质较差，若能在截留式合流制的溢流井后面设置调节池，并对进入调节池的溢流污水进行处理后再将其排入水体，就能使最终排入水体的溢流水的水质得到改善。,二、雨水调节池的位置,若有天然洼地、池塘、公园水池可用，则位置视自然条件而定； 若采用筑坝、挖掘等方式建造调节池时，则要合理选择位置： 雨水

18、干管中游或有大流量管道的交汇处； 正在进行大规模住宅建设和新城开发的区域； 在拟建雨水泵站前。,三、调节池的布置形式,a.溢流堰式；b.底部流槽式；c.泵汲式,第三节 城镇雨水管渠的设计,一、雨水管渠系统平面布置的特点,1、充分利用地形，就近排入水体,地形坡度较大时，雨水干管宜布置在地面标高较低处；,地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间。,1、充分利用地形，就近排入水体,一、雨水管渠系统平面布置的特点,当雨水管渠接入池塘或河道时，采用分散出水口式的管道布置,当河流水位变化很大，或管道出口离水体较远时，采用集中出水口式的管道布置,2、根据城市规划布置雨水管道,一、雨水管渠系统平面布置的特点

19、,通常应根据建筑物的分布、道路布置、街区内部的地形等布置雨水管道。,雨水管道的平面布置与竖向布置应考虑与其它地下构筑物的协调配合。,3、合理设置雨水口，保证路面雨水排除畅通,雨水口应根据地形以及汇水面积确定。,一般来说，在道路交叉口的汇水点、低洼地段、道路直线段一定距离处（2550m）均应设置雨水口。,道路交叉口处雨水口的设置,4、雨水管渠应采用明渠或暗管，应结合具体条件确定,一、雨水管渠系统平面布置的特点,在城市市区或工厂内，雨水管道采用暗管； 在城郊，可考虑采用明渠； 在每条雨水干管的起端，应尽可能采用道路边沟排除路面雨水。,5、设置排洪沟排除设计区外的雨水或洪水,一、雨水管渠系统平面布置

20、的特点,1、设计充满度,二、雨水管渠水力计算的设计参数,管道按满流设计，h/D=1(明渠应有 0.2m的超高，街道边沟应有0.03m的超高),、设计流速,最小流速0.75m/s,(明渠流最小流速为0.40m/s),最大流速10m/s（金属管），5m/s（非金属管）。 (明渠流最大流速按照表4-8选用),、最小管径和最小设计坡度,二、雨水管渠水力计算的设计参数,雨水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；,、最大埋深与最小埋深,同污水管道的规定。,雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.01 。,三、雨水管渠水力计算的方法,在进行雨水管道水力计算时，各管段的设计流量为已知。

21、雨水管网水力计算包括两方面内容：,1、确定各管段的直径和坡度 （流速）,确定出的雨水管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最小流速、最大流速的要求。（与污水管道的水力计算有不同）,2、 确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高）,处理好各管段之间的衔接设计 同污水管道,三、雨水管渠水力计算的方法,确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次向下游管段计算。,（Q、v、D、 n 、I）,在具体计算时，设计流量Q和管道粗糙系数n已知， 还有管径D 、管道坡度I和流速v是未知的，因此需要先假定个求其它两个，这样的数学计算非

22、常复杂，而且经常要试算。为了简化计算，常采用水力计算图见（附图）或水力计算表进行。,三、雨水管渠水力计算的方法,对水力计算图而言，粗糙系数n是已知的，图上的曲线表示的是Q、v、I、D之间的关系，这四个因素中，只要确定两个因素，就可以通过图查出其它两个因素。计算时， Q为已知，只要再知道一个因素就可以查图计算了，通常情况下先假定坡度I。管道坡度I近似等于地面坡度。,由Q和I，就可查图得出v、D 复核v的规定若符合，则该管段的D、I(v)即确定。若不符合，重新设定I 或D进行计算。,A点：v1.17m/s， D400500mm,设采用D400mm的管道，与流量为200L/s的竖线相交于B点： I0

23、.0092，v1.60m/s，不宜采用,设采用D500mm的管道，与流量为200L/s的竖线相交于C点： I0.0028，v1.02m/s,四、雨水管渠系统的设计步骤,1、划分排水流域、进行管道定线,2、划分设计管段,设置检查井,确认设计节点并编号。,3、划分并计算各设计管段的汇水面积,当地形平坦时,根据就近排除的原则，划分汇水面积。等分角线划分。,当地形有一定坡度时，根据雨水汇入低侧的原则，划分汇水面积。即按照地面雨水径流的方向划分。,4、计算平均径流系数,av=Fi i/F 也可采用区域综合径流系数,一般经验值为：城市0.50.8；郊区0.40.6。,5、确定重现期P、地面集水时间t1,6

24、、计算单位面积径流量q0,对一个具体的管段来说，只要求出该管段上游管段中雨水流行的时间，就可相应求出该管段的q0值。,7、计算各管段的设计流量Q，并求出D、v、I及埋深等,8、绘制图纸。包括平面图和剖面图,五、雨水管渠系统设计计算举例,例5-4已知某居住区平面图。地形西高东低，东面有一自南向北流的河流，河流常年洪水位14m，常水位12m。该市的暴雨强度公式给定。 要求布置雨水管道并进行干管的水力计算。,（1）划分排水流域、进行管道定线,（2）划分设计管段,设置检查井，确认设计节点并编号，计算各检查井的地面标高。,计算各管段的长度，并将其填入表中,（3）划分并计算各设计管段的汇水面积。,按照就近

25、排入附近管道的原则，并兼顾汇水面积的大小来划分。 量测各汇水面积的大小,并填入下表：,（4）计算平均径流系数,由于市区内建筑分布情况差异不大，可采用统一的评价径流系数值。经计算，=av=0.5,（5）确定重现期P、地面集水时间t1,以确定设计暴雨强度。,确定重现期P，应根据地区建设性质确定，一般选用0.53年，对于重要的干道、立交道路的重要部分、重要地区或短期积水即能引起严重损失的地区,一般采用25年。 本设计采用重现期=1年。 地面集水时间t1，采用10min。 管道起点埋深根据支管的接入标高等条件，采用1.30m。暗管的折减系数m=2。,（6）进行管段的水力计算,12,150,1.69,0

26、,55.97?,94.58?,400,2.1,3.29,23,100,4.07,3.29,40.29,163.98,500,1.9,14.030,14.060,0.76,96.00?,1.3,12.730,12.415,1.645,0.315,0.84,165,0.190,14.060,14.060,12.315,12.125,1.745,1.935,1.98,水力计算中应注意的问题,、在计算中，碰到下游管段的设计流量小于上游管段的设计流量时，下游管段的设计流量应取上游管段的设计流量。,2、支管与干管的计算是同时进行的，在支管与干管相交的检查井处，必然会有两个t2和两个管底标高值。相交后的下游

27、管段水力计算时，应采用大的t2和小的管低标高值。,3、在水力计算中，管道坡度变化不大时，随着流量的增大，流速应该是逐渐变大或不变。,（7）绘制雨水干管平面图和纵剖面图,雨水干管平面图,雨水干管剖面图,第四节 雨水泵站的设计,雨水的地面径流量很大，雨水泵站的基建费用很高，使用率往往很低，只有当地势平坦、管路较长或出水河道水位很高时，才考虑设置雨水泵站。,雨水泵站的选择,雨水泵特点,雨水泵选择,出水量大扬程小,轴流泵和混流泵,设计流量,入流管道流量的120%,选型要求,满足最大设计流量的要求，同时考虑雨水径流量的变化,台数及型号,一般不宜少于23台，最好选用同一型号，可不设备用泵,合流泵站,另需装

28、设小流量离心式污水泵或小型的轴流泵，以节约电能,进水池的设计,调节池：雨水管道的断面一般很大，敷设坡度较小，故将管道本身作为备用调节池来利用。,有效容积设计要求：不小于最大一台泵的30s出水量。,进水池的设计应使进水均等地流向每台水泵，必要时可以设置导流壁或椎，以防涡流的形成。,按水泵轮轴安装的位置,卧式,竖式,斜式,按泵组间是否浸水,干式：下层为吸水室，连进水池，中间为水泵间，上层为电动间,湿式：下层连进水池（水泵浸于水中），上层为电机间。,检修方便，卫生条件好，但造价较贵。 由于电机间干燥，运行条件好。,结构简单，造价较省，但吸水口处易发生漩涡，设备的拆卸、检修都较为不方便，室内的电器设备

29、容易受潮，卫生条件也较差,第五节 城镇防洪,河洪：沿江河城市，当市区地面标高低于洪水或大潮的高水位，则该城市就有河洪的危险。受河洪威胁的城镇，大都筑江堤以御洪潮，同时还须解决城市本身的雨涝。,山洪：位于山坡或山脚下的城镇和工业企业，为防止坡面上的径流冲刷城镇，应在城镇山坡下修建防洪设施，拦截山洪，绕过城镇，把洪水泄入江河。山区溪河雨洪暴涨暴落，水势汹涌，破坏力极大。 防治的原则是因地制宜，宜顺不宜挡。 拦洪沟的设计应凭实地考察和历年洪灾的调查。,一、设计防洪标准,按多大频率作为设计洪峰流量或洪峰水位标准，称为设计防洪标准。,二、排洪沟的设计要点,1、排洪沟布置应与厂区总体规划密切配合,统一考虑

30、,避免把厂房建筑或居住建筑设在山洪口上，让开山洪。,排洪沟应布置在厂区、居住区外围靠山坡一侧，避免穿越建筑群。,排洪沟与建筑物之间应留有3米以上的距离，以防水流冲刷建筑物的基础。,二、排洪沟的设计要点,2、排洪沟尽可能利用原有山洪沟,必要时可作适当修整,3、排洪沟应尽量利用自然地形坡度,4、排洪沟采用明渠和暗渠相结合,一般采用明渠。,5、排洪沟平面布置基本要求,(1)进口：要求衔接良好，水流畅通，具有较好的水流条件； (2)出口：要求不冲刷排放地点，应选择在地质条件良好的地段，并采取护砌措施；且出口段宜设置为渐扩段。 (3)联接段：要求转弯处有良好的水流条件，不应使弯道处受冲刷（转弯半径和护砌

31、）；宽度发生变化时，应设渐变段；穿越道路时应设桥涵。,二、排洪沟的设计要点,6、排洪沟纵坡的确定,排洪沟纵坡应根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以及冲淤情况等条件决定。 一般不小于1%，且应使沟内流速均匀增加，防止沟内产生淤积。 当纵坡很大时，应考虑设置跌水槽，但不得设在转弯处。,7、排洪沟断面形式、材料的选择,排洪沟断面形式常采用矩形或梯形断面，最小断面的尺寸BH=0.4m0.4m。 排洪沟一般常用片石、块石铺砌，土明沟不宜采用。,二、排洪沟的设计要点,8、排洪沟最大流速规定,三、排洪沟的水力计算,水力计算公式为:,A=Bh+mh2,x=B+2h(1+m2)1/2,梯形断面,A=Bh,x=

32、B+2h,矩形断面,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、渠底坡度，求渠道的输水能力。,排洪沟的水力计算包括以下几种情况：,四、排洪沟的设计计算举例,例5-5某工厂已有天然梯形断面砂砾石河槽的排洪沟总长620米，沟纵向坡度I=4.5;沟粗糙系数n=0.025；沟边坡为1:m=1:1.5；沟底宽度b=2m；沟顶宽度B=6.5m；沟深H=1.5m；采用重现期P=50a时，Q=15m3/s。 试复核已有的排洪沟的通水能力。,1、复核已有排洪沟断面能否满足Q的要求,按公式： 而 对于梯形过水断面 其水力半径 设

33、原有排洪沟的有效水深为h = 1.3m，安全超高为0.2m，则： 当R = 0.77m，n = 0.025时， 而原有排洪沟的水流断面积为： 因此原有排洪沟的通过能力为： 显然，Q小于洪峰流量Q = 15m3/s，故原沟断面略小，不敷使用，需适当加以整修后予以利用。,2、原有排洪沟的整修改造方案,(2)第二方案 适当挖深并略为扩大其过水断面，使之满足排除洪峰流量的要求。扩大后的断面采用浆砌片石铺砌，加固沟壁沟底，以保证沟壁的稳定。如图所示。按水力最佳断面进行设计，其梯形断面的宽深比为： 当R = 0.85 m，n = 0.02（查表）， 此结果已能满足排除洪峰流量15m3/s的要求。 此外，复

34、核沟内水流速度： 而加固后的沟底沟壁，其最大设计流速按表3-20查得为3.5m/s。故此方案不会受到冲刷，决定采用。,2、原有排洪沟的整修改造方案,第六节 合流渠道系统的设计,常用的是截留式合流管渠系统，它是在临河的截留管上设置溢流井。,一、合流制管渠系统的使用条件和布置特点,1.合流制管渠系统,是指在同一管渠内排除生活污水、工业废水和雨水的管渠系统。,2.合流制管渠系统的工作流程,晴天时，截留管以非满流将生活污水和工业废水送往污水处理厂。 雨天时，随着雨水量的增加，截留管以漫流将生活污水、工业废水和雨水的混合污水送往污水处理厂。,3.合流制管渠系统的特点,结构简单，管渠总长度小； 与分流制相

35、比，截留干管管径大，泵站和污水处理厂规模大； 设有溢流井，污水量超过设计流量时，混合污水向溢流井外溢流； 晴天时，管渠内流量小，流速低，易淤积。,一、合流制管渠系统的使用条件和布置特点,4.合流制管渠系统的使用条件,排水区域内有水源充沛的水体，足够大的环境容量，使污染程度控制在允许的范围之内。 街道比较完善，必须采用暗管排除雨水，而街道又比较狭窄，管渠的设置位置受到限制时，可以考虑采用合流制。 地面有一定的坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需要泵汲。,一、合流制管渠系统的使用条件和布置特点,5.合流制管渠布置时注意问题,管渠的布置应能使所有服务面积上的生活污水、工业废水和

36、雨水都能合理地排入管渠，并尽可能以最短距离坡向水体。 截留干管与水体平行布置，在适当位置设置溢流井。 合理控制溢流井的数目和位置。 在上游，尽量利用边沟排除雨水。,二、合流制排水管渠的设计流量,式中： Qs生活污水设计流量； Qi工业废水设计流量； Qr雨水设计流量；,1.第一个溢流井上游管渠的设计流量,在实际进行水力计算中，当生活污水与工业废水量之和比雨水设计流量小很多，例如有人认为生活污水量与工业废水量之和小于雨水设计流量的5时，其流量一般可以忽略不计，因为它们的加入与否往往不影响管径和管道坡度的决定。即使生活污水量和工业废水量较大，也没有必要把3部分设计流量之和作为合流管渠的设计流量，因

37、为这3部分设计流量同时发生的可能性很小。所以，,式中： 生活污水的平均流量； 工业废水最大班的平均流量；,这里，生活污水的平均流量是指对于居住区而言，总变化系数采用l；对于工业企业内生活污水量和淋浴污水量而言，采用最大班的平均秒流量，即时变化系数采用1。 为晴天的设计流量，它有时称旱流流量Qf，由于Qf相对较小，因此按该式Q计算所得的管径、坡度和流速，应用晴天的旱流流量Qf进行校核，在输送旱流流量时是否满足不淤的最小流速要求。,2.溢流井下游管渠的设计流量,合流制排水管渠在截流干管上设置了溢流井后，对截流干管的水流情况影响很大。不从溢流井泄出的雨水量，通常按旱流流量Qf的指定倍数计算，该指定倍

38、数称为截流倍数n0，如果流到溢流井的雨水流量超过n0Qf，则超过的水量由溢流井溢出，并经排放渠道泄入水体。 因此，,式中： Q1溢流井下游排水面积上的雨水设计流量，按相当于次排水面 积的集水时间计算而得 Q2溢流井下游排水面积上的生活污水平均流量与工业废水最大 班平均流量之和,我国室外排水设计规范规定n0为15，工程实际中，大多城市采用n0=3，美国、日本等多采用n0=35,不同排放条件下的n0值,三、合流制排水管渠的水力计算要点,合流制排水管渠一般按满流设计。水力计算的设计数据，包括设计流速、最小坡度和最小管径等，基本上和雨水管渠的设计相同。 计算内容包括： 1.溢流井上游合流管渠的计算；

39、溢流井上游合流管渠的计算与雨水管渠计算基本相同，只是它的设计流量包括生活污水量、工业废水量和设计雨水量。 2.截流干管和溢流井的计算； 合理地确定所采用的截留倍数n0值应根据旱流污水的水质、水量、变化系数、水体的卫生要求及水文气象等因素确定。,三、合流制排水管渠的水力计算要点,3.晴天旱流情况校核 4.合流制管渠的雨水设计重现期 截留式合流制管渠的雨水设计重现期，可适当高于同一情况下的雨水管道的设计重现期10%25%。因为合流管渠一旦溢出，溢出混合污水比雨水管道溢出的雨水所造成的危害更为严重，所以为防止出现这种情况，应从严掌握合流管渠的设计重现期和允许的积水深度。,溢流井是截流干管上最重要的构

40、筑物。最简单的溢流井是在井中设置截流槽，槽顶与截流干管的管顶相平,截留式溢流井 1一合流管渠；2一截流干管；3 排出管渠,也可采用溢流堰式或跳越堰式的溢流井,溢流堰式溢流井 1一合流管渠；2一截流干管； 3 排出管渠,在溢流堰式溢流井中，溢流堰设在截流管的侧面。当溢流堰的堰顶线与截流干管中心线平行时，可采用下列公式计算：,式中 Q溢流堰溢出流量(m3/s)； l堰长(m)； h溢流堰末端堰顶以上水层高 度(m)； M溢流堰流量系数，薄壁堰一 般可采用2.20,也可采用溢流堰式或跳越堰式的溢流井,跳跃堰式溢流井 1 合流管渠；2 截流干管； 3 排出管渠,跳跃堰计算草图 Q1 外曲线坐标原点；

41、Q2 内曲线坐标原点；,四、合流制管渠系统的水力计算示例,1、设计雨水量计算公式,该市的暴雨强度公式为：,式中 P设计重现期，采用1a； t集水时间，地面集水时间按10 min计算，管内流行时间为 t2，则t = 10 + 2t2。,该设计区域平均径流系数经计算为0.45，则设计雨水量为：,当t2 = 0时，单位面积的径流量qv = 87.5 L(sha)。,2、设计人口密度按200cap/ha计算，生活污水量标准按100 L(capd)计，故生活污水比流量为：,3、截流干管的截流倍数n0采用3。,4、街道管网起点埋深1.70 m。,5、河流最高月平均洪水位为12.00 m。,1为简化计算，有

42、些管段如12、33a、44a的生活污水量及工业废水量未计人总设计流量，因为其数值太小，不影响设计管径及坡度的确定。 2表中第17项设计管道输水能力系设计管径在设计坡度条件下的实际输水能力，该值应接近或略大于第12项的设计总流量。 312管段因旱流流量太小，未进行旱流校核，在施工设计时或在养护管理中应采取适当措施防止淤塞。 43点及4点均设有溢流井。 对于3点而言，由13管段流来的旱流流量为21.47 L/s。在截流倍数n0=3时，溢流井转输的雨水量为，Qr = n0Qf = 321.47 = 64.41(L/s) 经溢流井转输的总设计流量为， Q = Qr + Qf = (n0+1)Qf =

43、(3+1)21.47 = 85.88(L/s) 经溢流井溢流人河道的混合废水量为，Q0 = 838.47 85.88 = 752.59(L/s),对于4点而言，由34管段流来的旱流流量为23.69L/s；由74管段流来的总设计流量为713.10L/s，其中旱流流量为7.10 L/s。故到达4点的总旱流流量为Qf = 23.69 + 7.10=30.79(L/s) 经溢流井转输的雨水量为 Qr = n0Qf = 330.79 = 92.37(L/s) 经溢流井转输的总设计流量为Q = Qr + Qf = (n0 + 1)Qf = (3+1)30.79 = 123.16(L/s) 经溢流井溢入河道

44、的混合污水量为Q0 = 515.59 + 713.10 123.16 = 1105.53(L/s) 5截流管33a、44a的设计流量分别为Q(33a) = (n0+1)Qf + Qr(33a) + Qs(33a) + Qi(33a) = 85.88 + 175 + 0.46 + 0.18 260.88(L/s) Q(44a) = (n0 + 1)Qf + Qr(44a) + Qs(44a) + Qi(44a) = 123.16 + 259 + 0.64 + 0.13 382.16(L/s) 因为两管段的Qs及Qi相对较小，计算中都忽略未计。 63点和4点溢流井的堰顶标高按设计计算分别为17.1

45、6 m和15.22 m，均高于河流最高月平均洪水位12.00 m，故河水不会倒流。,五、城市旧合流制排水管渠系统的改造,城市排水管渠系统随着城市的发展而发展，在城市建设的初期，城市往往采用合流制明渠，后来为了改善城市的卫生状况，又发展成合流制暗渠或暗管。旧的直排式合流制对水体造成的污染越来越严重，为了保护水体，需要对这些旧的合流制管渠系统进行改造。 常用的改造途径有：,五、城市旧合流制排水管渠系统的改造,1、改旧的合流制为分流制,优点： （1）雨污分流，无混合污水的溢流排放而对水体造成污染； （2）雨污分流后，污水流量较小，污水处理构筑物规模小，且污水的水质变化小，便于污水处理构筑物的运行控制。 缺点： （1）要求有完善的卫生设备，生活污水和雨水能实现分流； （2）要求工业企业内部实现清污