第三章 雨水管渠系统的设计

6、暴雨强度的频率：
Pn=m /（n+1） ×100%
①n 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6~8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大小排列成数列，然后不论年次，按照由
i与q两种表示方法的换算关系如下： 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)/hm2=10000/60 （L/s.hm2） =167 （L/s.hm2）
暴雨强度和降雨历时的关系
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 / n ×100% 式中： Pn=某值暴雨强度出现的频率 m：将所有数据从大到小排序之后，某值暴雨强度所对应的序号 n ：降雨量统计数据的总个数 n=N, Pn=m/n×100%=m/N×100 %为年频率； n=NM, Pn=m/n×100% =m/NM×100% 为次数频率。 因此，水文计算常采用的公式为： Pn=m /（n+1） ×100%
• 极限强度理论包括两部分内容：
•
•
1、当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全 面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大。
2、当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流达 集流点的集流时间时，雨水管道需排除的雨水量最大。
Q qF
在使用该式时,随着计算管段位置的不同,管渠的Ψ值不同；汇水
面积不同;从汇水面积最远端到计算断面处的集流时间τ0是不同的, 从而,相应于τ0时的暴雨强度也是不同的。
及时排除，会造成危害。
雨水系统:雨水口、雨水管渠、检查井、出水口。 任务：及时地汇集并排除暴雨形成的地面径流。 雨水管渠系统设计的主要内容。 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、泵站的 位置； 3、根据当地气象与地理条件，过程要求等确定设计参数；
绘制管渠平面图及剖面图
§3-1 雨量分析与暴雨强度公式
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）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）
0.32
19：04
21：04
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。
区域 3 区域 1 F1 区域 2 F3 F2
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0.5~3年。重要的干道、 区域，一般选用2~5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。
167A1 (1 c lg P) (t b) n
三、流域上的汇流过程
b
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τ0 当流域最边缘线上的雨水达到 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。
τ0 t3 t2 t1 C E G c
大到小的方向选择年数的3~4倍的个数作为统计的基础资料。
②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 ①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。 ②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 计排水量就越大，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，但安全性差。 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。
F D B A
当全流域参与径流时, A点产生的最大流量来自τ0 时段内的降雨量
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τ0,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。
t﹤ τ0时，只有一部分面积参与径流。与t=τ0时 相比较，此时暴雨强度大于t=τ0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=τ0 时的径流量。 t﹥ τ0时，全部流域面积参与径流。与t=τ0时相 比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t=τ0 时的暴雨强度。根据公式计算得来的雨水径流量小 于t=τ0时的径流量。
径流量 1 降雨量
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
3、径流系数Ψ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。
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。 ①在城市暴雨的推球过程中，经常采用的降雨历时为：
5min 、10min、15min、20min、30min、45min、60min、 90min、120min，特大城市可以用到180min
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第三章 雨水管渠系统设计
中国地域辽阔，降雨量、空分布不均。东南沿海 年平均降雨1600mm，西北内陆200mm以上。据推算， 长江以南全年降雨量在同一面积上和全年的生化污水 总量相近，而沿地面流入雨水管渠的雨水径流量仅约 为降雨量的一半。降雨多集中在夏季，时间短，若不
§3-2 雨水管渠设计流量的确定
• 一、地面径流与径流系数
• 1、 产流过程： 参见图示。
地面渗水量 1 时间 余水量 余水率 时间 入渗率
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。
一、地面径流与径流系数
2、径流系数： 地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数Ψ， 其值小于1。
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： 决定雨水设计流量的主要因素
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 ；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
我国排水设计规范中有关径流系数取值的规定见 下表：
不同地面的径流系数Ψ值
地面种类 径流系数Ψ
各种屋面、混凝土和沥青路面
大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面 级配碎石路面 干砌砖石和碎石路面
0.9
0.6 0.45 0.40
非铺砌土地面
公园或绿地
0.30
0.15
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
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：
167A1 (1 c lg P) q (t b) n
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,n——地方参数，根据统计方法或参见《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。
习题
• 某雨水干管如图所示布置，各街区面积均为2.5ha，
累 积 降 雨 量
60 20 10
120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 t (h)
最大平均暴雨强度（教材P 65的表3-1）
降雨历时t (min)
降雨量H (mm)
6 10.2 12.3 15.5 20.2
暴雨强度I (mm/min)
1.2 1.02 0.82 0.78 0.67
所选时段
起 19：07 19：04 19：04 19：04 19：04 止 19：12 19：14 19：19 19：24 19：34
5 10 15 20 30
45
60 90
24.8
29.5 34.8
0.55
0.49 0.39