第7章-雨水管网设计和计算

Pn
m N 1
100 ％
N——降雨观测资料的年数。
若平均每年选入 M个雨样数，称为次频率
n = N ·M ， M——每年选入的平均雨样数；
Pn
m NM 1
100 ％
暴雨强度的重现期
（2）暴雨强度的重现期
重现期 P与年频率 Pn互为倒数，即
P
1 Pn
某市不同历时的暴雨强度
7．1．2 暴雨强度公式
我国常用暴雨强度公式
q
167 A1 1 c lg P
t b
n
式中
确定。
q —— 设计暴雨强度（L/s·ha）； P —— 设计重现期（a）； t —— 降雨历时（min）； A1、c、b、n —— 地方参数，根据统计方法计算
《给水排水设计手册》第5册收录了我国若干城市的暴雨 强度公式，统计时可直接选用。目前尚无暴雨强度公式 的城镇，可借用附近气象条件相似地区城市的暴雨强度 公式。
7．3
雨水管网设计与计算
7.3.1 雨水管网平面布置特点
1．充分利用地形，就近排入水体
利用地形坡度和最短距离，排入附近池塘、河流、湖泊 等水体中。 分散出水口：当管道将雨水排入池塘或小河时，水位变 化小，出水口构造简单，宜采用分散出水口。排放管线 短、管径小，造价低。 集中出水口式：当河流等水体水位变化很大，管道出水 口离常水位较远时，出水口构造复杂，造价较高，采用 集中出水口式布置形式。
Q q F
设计重现期的最小值不宜 低于0.33a,一般地区采用 0.5～3a，对于重要干道 或短期积水可能造成严重 损失的地区，可根据实际 情况采用较高的设计P. 同一设计地区可以采用同 一重现期或不同重现期。
t b
n
确定重现期P要考虑的因素: 设计地区建设的性质、功能 淹没后果的严重性 地形特点 汇水面积大小 气象特点等
7．2 雨水管网设计流量计算 7．2．1 地面径流与径流系数
1）地面径流：在地面沿地面坡度流动的 雨水，称为地面径流。 径流量 2）径流系数： 1 降雨量 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。 影响径流系数的因素主要有汇水面积的地面覆盖情况、地 面坡度、地貌、建筑密度的大小、路面铺砌等。此外，还 与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。 目前在雨水管渠设计中，通常采用按地面覆盖种类确定的 经验数值。
5．绘制管渠平面图及纵剖面图。
7．1 雨量分析与暴雨强度公式
7.1.1 雨量分析－－降雨过程分析：降雨的特征 ◇ 降雨量 ◇ 暴雨强度 ◇ 降雨历时 ◇ 降雨面积 ◇ 降雨重现期
1．降雨量
降雨量：单位地面面积上在一定时间内降落的雨水体积。用降雨深 度 H（mm）或单位面积上的降雨体积（L/ha）表示。 （1）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 的绝对量。 （2）年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值。 （3）月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值。
一般规律： 低洼地段＞高地；干管＞支管；工业区＞居住区；市区＞郊区
2) .设计降雨历时与折减系数
集水时间——指雨水从汇水面积上最远点流到设 计的管道断面所需时间（min）。
式中 t1 —— 地面集水时间（min）； t2 —— 管渠内雨水流行时间（min）； m —— 折减系数－－容积利用系数。
t2
q ＝ 0.001 m x 10000 m ＝ 167 i（L/s·ha）
2
x 1000 / 60
暴雨强度
描述暴雨特征的重要指标－－确定雨水设计流量的重要依
据。 在任一场暴雨中，暴雨强度随降雨历时变化。 在推求暴雨强度公式时，降雨历时常采用5、10、15、20、 30、45、60、90、120 min 9个时段。
中国年平均降雨量分布
2．降雨历时
连续降雨的时段，可以指一场雨的全部时间，也可以指其中某一连续时
段。用t表示，单位以 min 或 h 计。 3．降雨强度（暴雨强度） （1）在某一连续降雨时段内单位时间的平均降雨深度，用 i 表示：
i
H t
（mm/min）
（2）在某一连续降雨时段内单位时间内单位面积 上的降雨体积：
上述公式是根据极限强度理论建立，根据这个理论来确定的 设计流量的最大值，作为雨水管道设计的依据。
结论：
只有当t= τ 0(汇水面积上最远点的集流时间） 时，全面积参与径流，产生最大径流量。 雨水管渠的设计流量用全流域汇水面积乘以汇 水面积上最远点集流时间的暴雨强度及地面平均 径流系数得到。
例题：
粉质粘土
粘土 石灰岩或中砂岩
1.0
1.2 4.0
干砌块石
浆砌块石或浆砌砖 混凝土
2.0
3.0 4.0
3）最小管径和最小坡度 雨水管道的最小管径为300 mm，相应的最小坡度为 0.003；雨水口连接管的最小管径为200 mm，相应的 最小坡度为0.01。 4）最小埋深与最大埋深 在冰冻地区，雨水管道正常使用是在雨季，冬季一般 不降雨，若该地区使雨水管内不贮留水，且地下水 位较深时，其最小埋深则可不考虑冰冻影响，但应 满足管道最小覆土厚度的要求。其它具体规定同污 水管道。
设计例题
7.3.3 雨水管渠断面设计
暗管：在城市市区或厂区内，由于建筑密度高，交通量大，一般采用 暗管排除雨水。 特点：卫生条件好、不影响交通，造价高。 明渠：在城市郊区，建筑密度较低，交通量较小的地方，一般考虑采 用明渠。 特点：造价低；但明渠容易淤积，孳生蚊蝇，影响环境卫生，且明 渠占地大，使道路的竖向规划和横断面设计受限，桥涵费用也增 加。 在地形平坦、埋设深度或出水口深度受限制的地区，可采用暗渠 （盖板渠）排除雨水。

L v 60
地面集水时间 t1 的确定
地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到雨水 口的地面流行时间。
地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植被情况、 距离长短等因素的影响，主要取决于水流距离的长短 和地面坡度。 地面集水时间通常不予计算，一般采用5～15 min。
折减系数m的取值如下： 暗管的折减系数m=2； 明渠折减系数m＝l.2； 而在陡坡地区，采用暗管时的折减系数 m＝1.2～2。
F
Ｆi ——汇水面积上各类地面的面积（ha）；
ψ i——相应于各类地面的径流系数； Ｆ——全部汇水面积（ha）。
也可采用区域综合径流系数。一般市区的综合径流系数ψ ＝0.5～0.8，郊区ψ ＝0.4～0.6。
城市区域综合径流系数表
1)设计重现期P的确定
q 167 A1 1 c lg P
+ mt
2－3。
q3
t
2－3——
管段2～3的管内雨水流行时间（min）。
（4）设计管段4～5的雨水设计流量
Q4 5 q4 F F2 F3 F4 1
式中
（L/s）
q4—— 管段4～5设计
q4
1－2 1
暴雨强度；
167 A1 (1 C lg P ) ( t 1 mt 2 mt 3 mt 4 b )
各汇水面积上最远点分别流入雨水口 a、b、c、d 的地面集水时间均为τ
1
.
（1）设计管段1～2的雨水设计流量
t＝τ 1时，A 全部面积上的雨水均已全部流到设计断面1，这时
管段1～2内流量达到最大值。
Q12 q1 F1
式中
q
167 A1 1 c lg P
q1—— 管段1～2的设计暴雨强度， 降雨历时 t＝τ 1时的暴雨强度（L/s·ha）。
n
t＝τ + mt
+ mt
+ mt
2－3
3－4；t 3－4——
管段3～4内流行时间（min）。
7.2.3 雨水管道设计数据的确定
1 .径流系数ψ 值 2 .设计暴雨强度的确定 1)设计重现期P的确定 2)设计降雨历时t的确定
目前在雨水管渠设计中，通常采用按地面覆盖 种类确定的经验数值。
径流系数ψ 值（室外排水设计规范）
暴雨强度公式：暴雨强度 i（或q）－ 降雨历时 t － 重现 期 P 三者的关系数学表达式。 暴雨强度公式编制 －－《室外排水设计规范》： 编制暴雨强度公式，必须具有10 年以上自计雨量记录。 按降雨历时 5、10、15、20、30、45、60、90、120 min， 每年每个历时选 6～8场最大暴雨记录，计算其暴雨强度值， 然后不论年次，将每个历时的暴雨强度按大小次序排列，从 中选择资料年数的 3～4倍的最大值，作为统计的基础资料。
( t 1 mt
q
1
b)
n
（3）设计管段3～4的雨水设计流量
Q34 q3 F1 F2 F3
式中
（L/s）
167 A1 (1 C lg P ) ( t 1 mt 2 mt 3 b )
n
q3—— 管段3～4的设计暴雨强度，
1
t＝τ
+ mt
1－2
部分城市暴雨强度公式参数
7.1.3 降雨面积、汇水面积和小汇水面积
（1）降雨面积——是指降雨所笼罩的面积，即降雨的范 围。 （2）汇水面积——是指雨水管渠汇集雨水的面积，用 F 表示，以公顷或平方公里为单位（ha或km2）。
在城镇雨水管渠系统设计中，设计管渠的汇水面积较小， 一般小于100 km2，其汇水面积上最远点的集水时间不 超过60 min到120 min，这种较小的汇水面积，在工程 上称为小汇水面积。在小汇水面积上可忽略降雨的非 均匀分布，认为各点的暴雨强度都相等。
地面种类 ψ值
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
0.90
0.60
级配碎石路面
干砌砖石和碎石路面 非铺砌土路面 公园或绿地
0.45
0.40 0.30 0.15
汇水面积的径流系数应采用平均径流系数，其值是按各类 地面面积用加权平均法计算求得，即：
av
式中
Fi i
7.2.2 雨水管道设计流量计算公式
Q q F
设计中，通常将雨水径流从流域的最远点流到设计断面 （或称集流点）的时间称为流域的集流时间或集水时间。
在设计中采用的降雨历时等于汇水面积最远点流达集流点 的集流时间，因此设计暴雨强度q、降雨历时t、汇水面积F 都是相应的极限值，这便是雨水管道设计的极限强度理论。
在分析暴雨资料时，必须选用对应各降雨历时的最大降雨
量。各历时的暴雨强度为最大平均暴雨强度。
5．降雨频率
（1）暴雨强度的频率－－观测资料的统计分析 某一特定暴雨强度的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，即：
Pn
m n
100
%
若每年只选一个雨样，称为年频率 n = N，
2） 设计流速
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设计规范规定：最小设计流速0.75 m/s；
明渠最小设计流速为0.4 m/s。 最大设计流速：金属管道为10 m/s； 非金属管道为5 m/s； 明渠按表采用。
明渠最大设计流速表
最大设计 流速 （m/s） 最大设 计流速 （m/s）
明渠类别
明渠类别
粗砂或低塑性粘土
0.8
草皮护面
1.6
v 1 n
2 1 2
R3 I
式中
Q —— 流量（m3/s）;
ω —— 过水断面积（m2）； v —— 流速（m/s）； R —— 水力半径（m）； I —— 水力坡度； n —— 粗糙系数。
（二）水力计算的设计数据
1） 设计充满度：按满流设计，即 h/D =1。
明渠则应有不小于0.20 m 的超高。
雨水管网平面布置特点
2．尽量避免设置雨水泵站
当地形平坦，且地面平均标高低于河流的洪水位标 高时，需将管道适当集中，在出水口前设雨水泵站，经 抽升后排入水体。尽可能使通过雨水泵站的流量减到最 小，以节省泵站工程造价和经常运行费用。
7.3.2 雨水管渠设计参数 （一）水力计算的基本公式
Q v
t b
n
（2）设计管段2～3的雨水设计流量
t＝τ
+ mt 1－2时，A 和 B 的雨水均流到断面2 ，管 段2～3流量达到最大值。即： 167 A (1 C lg P )
1
Q23 q2 F1 F2 2 式中 q2—— 管段2～3的设计暴雨强度； t＝τ 1 + mt 1－2； t 1－2—— 管段1～2内流行时间（min）。
第7章 雨水管网设计与计算
雨水管渠系统：由雨水口、雨
水管渠、检查井、出水口等构 筑物组成的一整套工程设施。 雨水管渠系统功能：及时汇集 并排除暴雨所形成的地面径流，
保障居民生命安全和正常生产。
雨水管渠设计主要内容
1．确定当地暴雨强度公式或暴雨强度曲线； 2．划分排水流域，进行雨水管渠定线； 3．划分设计管段，计算管段雨水设计流量； 4．管渠水力计算，确定设计管段的管径、坡度、标 高及埋深；