第四章_城市雨水管渠設(shè)計(jì)

1、第四章第四章 城鎮(zhèn)雨水管渠的設(shè)計(jì)城鎮(zhèn)雨水管渠的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1. 雨水管渠系統(tǒng)概述2.雨水徑流量的計(jì)算3.雨水徑流量調(diào)節(jié)和利用4.雨水管渠的設(shè)計(jì)5.合流管道系統(tǒng)6.城鎮(zhèn)防洪第二節(jié) 雨水徑流量的計(jì)算雨水管渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式-雨水設(shè)計(jì)流量（L/s）Qq-徑流系數(shù)，其值小于1-匯水面積（ha）-設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度（L/（s.ha） 要進(jìn)行雨水管渠的設(shè)計(jì)，顯然首先要確定雨水的流量。在雨水流量公式中有參數(shù)徑流系數(shù)、降雨強(qiáng)度q和匯水面積A。Q=qAA雨水管渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算試確定各管段的雨水設(shè)計(jì)流量雨 水 口街 區(qū) 一街 區(qū) 二街 區(qū) 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3

2、 v3街 道 中 心 線兩點(diǎn)假設(shè)（1）匯水面積隨降雨歷時(shí)的增加而均勻增加；（2）降雨歷時(shí)t大于或等于匯水面積最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水流達(dá)設(shè)計(jì)斷面的集水時(shí)間；1-2管段的雨水設(shè)計(jì)流量的確定根據(jù)降雨強(qiáng)度公式有 nnnbvLmtPCAbmttPCAbtPCAq)60()lg1 (167)()lg1 (167)()lg1 (167112111 對(duì)于管段1-2而言，由于是設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，1處為設(shè)計(jì)斷面，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)總是認(rèn)為設(shè)計(jì)流量從管段的起點(diǎn)進(jìn)入，顯然有t2=0，降雨歷時(shí)取區(qū)域上最遠(yuǎn)處A點(diǎn)流到設(shè)計(jì)斷面1處的時(shí)間t1，則 ： nbtPCAq)()lg1 (167111管段1-2上的設(shè)計(jì)流量為 nbtPCAFqFQ)()l

3、g1 (16711111111雨 水 口街 區(qū) 一街 區(qū) 二街 區(qū) 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3 v3街 道 中 心 線2-3管段的雨水設(shè)計(jì)流量的確定 對(duì)于管段2-3而言，最遠(yuǎn)點(diǎn)A流到設(shè)計(jì)斷面2上的時(shí)間，即為設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)。11260vLt nnbvLmtPCAbmttPCAq)60()lg1 (167)()lg1 (16711112112管段2-3上的設(shè)計(jì)流量為 則nbvLmtPCAFFqFFqFqFQ)60()lg1 (167)()(11112211222112222112雨 水 口街 區(qū) 一街 區(qū) 二街 區(qū) 三ABC1234F1 1F2

4、 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3 v3街 道 中 心 線3-4管段的雨水設(shè)計(jì)流量的確定 對(duì)于管段3-4而言，最遠(yuǎn)點(diǎn)A流到設(shè)計(jì)斷面3上的時(shí)間即為設(shè)計(jì)降雨歷時(shí) 管段3-4上的設(shè)計(jì)流量為 則221126060vLvLtnnbvLvLmtPCAbmttPCAq)6060()lg1 (167)()lg1 (1672211112113nbvLvLmtPCAFFFqFFFqFqFqFQ)6060()lg1 (167)()(22111133221133322113333223113雨 水 口街 區(qū) 一街 區(qū) 二街 區(qū) 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v

5、2L3 Q3 v3街 道 中 心 線管段設(shè)計(jì)流量的計(jì)算公式 根據(jù)以上討論，我們可以得到管段i設(shè)計(jì)流量的計(jì)算公式為： kknkkkkniFbvLmtPCAFbmttPCAQ60)lg1 (167)()lg1 (16711211管段i承擔(dān)的各上游匯水區(qū)域的面積及相應(yīng)的徑流系數(shù)； 管段i承擔(dān)的匯水區(qū)域雨水從最遠(yuǎn)點(diǎn)開始的地面集水時(shí)間,min; 管段i承擔(dān)的匯水區(qū)域雨水從最遠(yuǎn)點(diǎn)到管段i的管道內(nèi)流行總時(shí)間，min； kkF1t2t應(yīng)用推理公式計(jì)算設(shè)計(jì)流量應(yīng)注意的問題雨 水 口街 區(qū) 一街 區(qū) 二街 區(qū) 三ABC1234F1 1F2 2F3 3L1 Q1 v1L2 Q2 v2L3 Q3 v3街 道 中 心

6、線1.各管段設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)集水時(shí)間的確定2.充分注意公式的局限性 1.各管段設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)的集水時(shí)間的確定Q1的集水時(shí)間和F1的集水時(shí)間對(duì)應(yīng)，Q2的集水時(shí)間和F1-2的集水時(shí)間對(duì)應(yīng)，Q3的集水時(shí)間和F1-3的集水時(shí)間對(duì)應(yīng)，nbtPCAFqFQ)()lg1 (16711111111nbvLmtPCAFFqFFqFqFQ)60()lg1 (167)()(11112211222112222112nbvLvLmtPCAFFFqFFFqFqFqFQ)6060()lg1 (167)()(221111332211333221133332231132.充分注意公式的局限性 隨著從上游向下游推移，集水時(shí)間t遞增，因

7、此降雨強(qiáng)度q隨暴雨歷時(shí)遞減。 盡管排水面積F是遞增的，因此并不能保證下游管段的流量上游管段的流量。 可見如果完全按照推理公式求出的設(shè)計(jì)雨量，會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際情況不符的可能。2.充分注意公式的局限性例如33322113333223113)(qFFFqFqFqFQ222112222112)(qFFqFqFQ33323221123)(qFqqFFQQ由于q3q2 ，故0)(232211qqFF假如3和F3都很小，就可能出現(xiàn)23QQ 這時(shí)我們就應(yīng)該以Q2的值作為34管段的設(shè)計(jì)流量。特殊情況雨水設(shè)計(jì)流量的確定 一般情況下，雨水管渠中最大設(shè)計(jì)流量發(fā)生在全部面積參與徑流時(shí)。以下兩種情況發(fā)生時(shí)則不然。當(dāng)匯水面積的

8、輪廓形狀很不規(guī)則，即匯水面積呈畸形增長(zhǎng)時(shí)或者包括幾個(gè)相距較遠(yuǎn)的獨(dú)立區(qū)域雨水的交匯時(shí)；匯水面積地形坡度變化較大或匯水面積各部分徑流系數(shù)有顯著差異時(shí)。舉例 有一條雨水干管接受兩個(gè)獨(dú)立排水流域的雨水徑流，如下圖所示。圖中FA為城市中心區(qū)匯水面積，F(xiàn)B為城市近郊工業(yè)區(qū)匯水面積，試求B點(diǎn)的設(shè)計(jì)流量Q為多少? 已知：（1）P=1a時(shí)的降雨強(qiáng)度公式為: （2）徑流系數(shù)=0.5； （3）FA=30ha，tA=25min；FB=15ha，tB=15min；雨水管道A-B的tA-B=10min。 57. 0)4(1625tq)./(hasL按正常方法計(jì)算 將A、B兩個(gè)區(qū)域看作一個(gè)排水區(qū)域來考慮。按照極限強(qiáng)度理論，

9、B處最大流量發(fā)生在整個(gè)區(qū)域全面積匯流時(shí)，即設(shè)計(jì)流量應(yīng)取區(qū)域上最遠(yuǎn)一點(diǎn)處的雨水流到設(shè)計(jì)斷面時(shí)的流量。整個(gè)區(qū)域上的集流時(shí)間t=tA+tA-B=25+10=35min在這種情況下，B點(diǎn)的最大流量為： )/( 3 .4530)1530()435(16255 . 0)()4(162557. 057. 0sLFFtqFQBA分析由于 min351025BAAttmin15Bt而 因此 BBAAttt可見，區(qū)域FA和FB不可能同時(shí)在B處出現(xiàn)最大流量。 因此要分兩種情況進(jìn)行考慮： （1）最大流量可能發(fā)生在全部FB面積參與徑流，而僅FA有部分雨水能夠參與同時(shí)徑流； （2）最大流量可能發(fā)生在全部FA面積參與徑流，

10、這時(shí)FB的最大流量已經(jīng)流過B點(diǎn)。第一種情況：FB全面積參與徑流 對(duì)于FB顯然降雨歷時(shí)取 ：min15Bt對(duì)于FA顯然降雨歷時(shí)取 ：min51015BABtt FA上并沒有發(fā)生全面積匯流，發(fā)生匯流部分的面積可以按照下式進(jìn)行計(jì)算：hatttFFBABAAA6)1015(2530)(/在這種情況下，B點(diǎn)的最大流量為： )/(5 .3668)41015(65 .812)415(155 .812)4(5 .812)4(5 .81257. 057. 057. 0/57. 0sLttFtFQBABABB第二種情況：FA全面積參與徑流對(duì)于FA顯然降雨歷時(shí)取 ：對(duì)于FB降雨歷時(shí)取 ： FA上發(fā)生全面積匯流，F(xiàn)B

11、的最大流量已經(jīng)流過B點(diǎn)，在這種情況下，B點(diǎn)的最大流量為： min25Atmin351025BAAtt)/(9 .5085)41025(155 .812)425(305 .812)4(5 .812)4(5 .81257. 057. 057. 057. 0sLttFtFQBAABAA兩種情況的比較根據(jù)以上兩種情況計(jì)算的結(jié)果，選擇其中最大流量Q=5085.9（L/s）作為B點(diǎn)處所求的設(shè)計(jì)流量。關(guān)于雨水管渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算的說明1. 雨水徑流量的計(jì)算公式是經(jīng)驗(yàn)公式，精度不高。2. 徑流系數(shù)()的不準(zhǔn)確性。3. 降雨強(qiáng)度的確定(q)的隨意性：重現(xiàn)期P、集水時(shí)間t4. 跟當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件關(guān)系第三節(jié) 雨水徑流量調(diào)節(jié)

12、及利用3.1 雨水徑流量調(diào)節(jié)的作用與方法；3.2 徑流調(diào)節(jié)池的構(gòu)造；3.3 雨水資源利用概述雨水徑流調(diào)節(jié)池的作用n我國雨水管渠設(shè)計(jì)采用的重現(xiàn)期較小，城市中常出現(xiàn)暴雨集水的情況。n城市快速發(fā)展引起的不透水地面面積的增加，導(dǎo)致了雨水徑流量增大。 雨水徑流量的調(diào)節(jié)降低雨水流量，減少城市暴雨積水具有重大的實(shí)際意義。降低下游管渠的設(shè)計(jì)流量，降低整個(gè)管網(wǎng)的造價(jià) 雨水徑流調(diào)節(jié)池的作用如今后在所在的匯水區(qū)域上大量造房，會(huì)使不透水面積增加，從而使徑流量劇增，一般很少有可能再重新排管，此時(shí)若能設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)池，將上游的流量引入調(diào)節(jié)池，雨水高峰流量過后再排入下游管道，則可使下游管渠仍能使用，從而解決城市雨水管渠排水能

13、力不足的問題。由于雨水流量大，管渠長(zhǎng)，下游管渠的雨水流量尤其大，設(shè)置調(diào)節(jié)池，可使下游管渠的設(shè)計(jì)流量減小，降低下游管渠的造價(jià)。如果調(diào)節(jié)池下游設(shè)有泵站，則可減少裝機(jī)容量。由于合流制管渠在遇到暴雨時(shí)，會(huì)有大量溢流水產(chǎn)生，而溢流的水中含有相當(dāng)?shù)纳钗鬯凸I(yè)廢水，水質(zhì)較差，若能在截流式合流制的溢流井后面設(shè)置調(diào)節(jié)池，并對(duì)進(jìn)入調(diào)節(jié)池的溢流污水進(jìn)行處理后再將其排入水體，就能使最終排入水體的溢流水的水質(zhì)得到改善。能使雨水管渠的設(shè)計(jì)有較大的靈活性 利用天然洼地或池塘、公園水池等調(diào)節(jié)徑流，可以充分利用雨水資源補(bǔ)充景觀水體，美化城鎮(zhèn)環(huán)境。在雨水不多的干旱地區(qū)，可用于蓄積雨水綜合利用。能改善合流制管系暴雨時(shí)的溢流水水

14、質(zhì) 調(diào)節(jié)池的位置選擇很重要，調(diào)節(jié)池若設(shè)置在排水系統(tǒng)的開始或末端，可想而知是意義不大的，故最佳位置的選擇需要慎重考慮。 調(diào)節(jié)池的最佳設(shè)計(jì)位置選擇 盡可能利用當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件，如水庫、池塘、河流等。 應(yīng)專門建設(shè)。 一般位置：匯流點(diǎn)。調(diào)節(jié)池構(gòu)造 流槽式泵汲式 溢流堰式溢流堰式調(diào)節(jié)水池Q1Q2時(shí)，開始以Q3的流量溢流， Q3 Q1-Q2。Q1Qmax時(shí)， Q3也相應(yīng)達(dá)最大。隨Q1的降低， Q3也相應(yīng)降低。進(jìn)水管出水管調(diào)節(jié)水池Q1Q2Q3進(jìn)水管高，管頂和調(diào)節(jié)池最高水位相平。出水管低，管底和調(diào)節(jié)池最低水位相平。溢流堰式調(diào)節(jié)池適用于陡坡地段。動(dòng)畫底部流槽式調(diào)節(jié)池 上游管Q1下游管Q3AAA-A 雨水管道流經(jīng)調(diào)

15、節(jié)池中央，上下游的雨水管道在調(diào)節(jié)池中通過池底的流槽連接。 池底為斜面，池頂和地面相平，管道的埋設(shè)深度即為調(diào)節(jié)池深度。適用于地形平坦而管道埋深較大的地段。動(dòng)畫泵汲式調(diào)節(jié)池 側(cè)堰泵 泵汲式又稱中部側(cè)堰式。管渠旁有一洼地，洼地的高程低于管渠很多，有較大的容量。這樣下游管渠可以作為起點(diǎn)管渠設(shè)計(jì)，雨停后用泵把洼地的水抽到下游管道，使洼地恢復(fù)有效調(diào)節(jié)容積。適用于地形平坦而管道埋深不大的地段。動(dòng)畫陡坡地段溢流堰式調(diào)節(jié)池地形平坦而管道埋深較大的地段底部流槽式調(diào)節(jié)池 地形平坦而管道埋深不大的地段泵汲式調(diào)節(jié)池 根據(jù)地形選擇調(diào)節(jié)池3.3 雨水資源利用概述自學(xué)p99101第四節(jié).雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 雨水管渠設(shè)計(jì)

16、的原則4.2 雨水管道系統(tǒng)的平面布置 4.3 雨水管渠水力設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 4.4 雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 4.5 雨水管道水力設(shè)計(jì)示例4.14.1雨水管渠設(shè)雨水管渠設(shè) 計(jì)的原則計(jì)的原則 利用地形，就近排入地面水體，降低造價(jià)。 因明渠造價(jià)低，考慮采用明渠。在建筑物密度較高、交通繁忙的地區(qū)，可采用加蓋明渠。盡量利用池塘、河浜受納地面徑流，最大限度地減少雨水管渠的設(shè)置。因雨水泵站投資、用電量都很大，盡量避免設(shè)置雨水泵站。雨水管渠系統(tǒng)的平面布置 雨水口的設(shè)置位置，要配合道路邊溝，在道路交叉口處，雨水不應(yīng)漫過路面。 陡坡地區(qū):為避免因管渠坡度太陡而設(shè)跌水檢查井等特殊構(gòu)筑物，使干管與等高線斜交，以適當(dāng)減少干管

17、坡度。 受地形影響 平坦地區(qū):為避免干管埋深過大，增加造價(jià)，干管應(yīng)設(shè)在流域的中部，以減少兩側(cè)支管長(zhǎng)度。 根據(jù)城市規(guī)劃和建設(shè)情況，考慮利用河湖水體與洼地調(diào)蓄雨水，把地形條件、地下水位以及原有的和規(guī)劃的地下設(shè)施、施工條件等因素綜合考慮，合理布置，分期建設(shè)，逐步完善。 布置原則 管渠定線 雨水管渠常沿道路鋪設(shè)，設(shè)在道路中線的一側(cè)，與道路相平行，盡量在快車道以外。 受道路交通影響 4.2雨水管渠平面布置合理布置雨水口，以保證路面雨水排除暢通一 路 匯 水 三 路 分 水二 路 匯 水 二 路 分 水三 路 匯 水 一 路 分 水四 路 匯 水 （ 最 不 利 情 況 ）四 路 分 水迎水方向設(shè)雨水口動(dòng)

18、畫雨水管渠采用明渠或暗管應(yīng)結(jié)合具體條件確定。1 1. 暗管2. 蓋板渠3. 明渠4. 路邊溝暗管接入明渠暗管接入明渠明渠接入暗管明渠接入暗管4.2雨水管渠平面布置設(shè)置排洪溝排除設(shè)計(jì)地區(qū)以外的雨洪徑流。4.2雨水管渠平面布置1-雨 水 管 2-排 洪 溝河451442252545449504746484.3 雨水管道水力設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 雨水管渠要滿足不淤積、不沖刷的要求。因此，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)雨水管渠水力計(jì)算的參數(shù)有具體的規(guī)定。 管道按滿流設(shè)計(jì)，明溝應(yīng)留超高，不小于0.2m。最小設(shè)計(jì)流速為0.75m/s，明溝為0.4 m/s。管道可不考慮最大流速，明溝的最大流速按下頁表采用(P102表4-8)。最

19、小管徑300mm，塑料管最小坡度0.002,其它管最小坡度0.003；雨水口連接管管徑200mm，最小坡度0.01。雨水管渠流速公式: v=(1/n)R2/3I1/2管段銜接一般用管頂平接，當(dāng)條件不利時(shí)也可用管底平接。最小覆土厚度，在車行道下時(shí)，一般不小于0.7m，基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在冰凍線以下。在直線管段上窨井的最大間距見下表。雨水管渠水力學(xué)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則渠壁材料最大設(shè)計(jì)流速/（ms-1）渠壁材料最大設(shè)計(jì)流速/（ms-1）粗沙或低塑性粉質(zhì)黏土0.8草皮護(hù)面1.6砂質(zhì)黏土1干砌塊面2黏土1.2漿砌塊石或漿砌磚3石灰?guī)r和中砂巖4混凝土4不同材質(zhì)明渠的最大設(shè)計(jì)流速雨水管渠上檢查井間距離管徑或暗渠凈高最大間距/m

20、200-400500-700800-10001100-15001600-2000507090120120P30表1-1最小埋深與最大埋深 在干燥土壤中，管道最大埋深一般不超過78 m；在多水、流沙、石灰?guī)r地層中，一般不超過5m；若大于78米則需要加設(shè)泵站。最小覆土厚度 滿足承受地面荷載和抗冰凍的要求。一般不小于0.7m，基礎(chǔ)應(yīng)該在冰凍線以下。 最大埋深雨水管渠水力計(jì)算已知條件為：Q 、n和地面坡度I未知條件：i、D、v。管道坡度i的確定，可以參照地面坡度I或相應(yīng)管徑的最小坡度來確定。D、v的確定從水力學(xué)算圖獲得。 雨水管渠水 力計(jì)算的方法附圖附圖2-182-18：鋼筋混凝：鋼筋混凝 土圓管滿流

21、土圓管滿流 n n0.0130.013已知：已知：n n0.0130.013 q qv v200L/s200L/s 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) i i0.0040.004雨水管渠水力計(jì)算雨水管渠水力學(xué)設(shè)計(jì)步驟步驟1：劃分流域與管渠定線，確定雨水流向步驟2：劃分設(shè)計(jì)管段與沿線匯水面積 步驟5：進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算步驟4：確定管渠的最小埋深步驟3：確定雨量參數(shù)的設(shè)計(jì)值 1.劃分流域與管渠定線，確定雨水流向2.劃分設(shè)計(jì)管段與沿線匯水面積19181721129531110162.劃分設(shè)計(jì)管段與沿線匯水面積 匯水面積的劃分，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦螚l件。可以按照低邊式、圍坊式和對(duì)邊式進(jìn)行劃分。 將每塊面積進(jìn)行編號(hào)，計(jì)算出其面積的數(shù)值后，標(biāo)在圖中。 注意：匯水面積包括街區(qū)、街道和綠地。 2.劃分設(shè)計(jì)管段與沿線匯水面積 1918172360.681.5460.490.30.450.451.122111.263310.981.1213140.5734320.91.35151.2416170.90.718291.260.32444142421.41.32331.3430.560.42391.3301.50.90.7280.76384645400.