第7章-雨水管网设计和计算

2） 设计流速
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。
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。
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）。

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。
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
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。
7.2.2 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。
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。
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）
( 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
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。
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）。
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。
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。
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：
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。
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，
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
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：
+ mt
2－3。
q3 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 )