第3章雨水管渠系统的设计1-2
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N=30年
M=4次/年
m=序号数
NM=30*4=120
此项 Pn=序号数/(120+1)
重现期的计算： 当m=1时， 当m=2时， 当m=15时，
暴雨强度公式
表示形式：
167A1 (1 c lg P) q n (t b)
式中 q——设计暴雨强度(L/s· ha)； P——设计重现期(a)； t——降雨历时(min)； Al、c、b、n：地方参数，根据统计方法进行计算确定；
t等径点 ~ t径终 I<μˊ 地面积水，植物截水参与径流
2．流域上汇流过程 通常将雨水径流从流域的最 远点流到出口断面的时间称 为流域的集流时间或集水时 间。 图3—3(2)是一块扇形流域汇 水面积，其边界线是ac，ab 和bc弧，a点为集流点(如雨 水口，管渠上某一断面)。 假定汇水面积内地面坡度均 等，则以a点为圆心所划的 圆弧线de，fg，hi，…称为等 流时线．
雨强I
径流 死水
入渗率μˊ
t=0 0~t余始 t余始 ~ t径始 t径始 ~ tmax
无雨水，无渗流 I=μˊ 无径流，全下渗，植物截留 I>μˊ 余水积于洼地 I>μˊ 径流且逐渐增大
tmax ~ t等径点
t径终 ~ t渗终 t渗终 ~ t雨终
I>μˊ径流且逐渐减小
I<μˊ 死水下渗，降雨全下渗 I<<μˊ 全下渗，无径流
Û ¹ ³ Ï ½ ¶ À ðÏ µ Ê ý ³ ¦
0.60 0.45 0.40 0.30 0.15
ø Ó Æ î Æ é ¾ ö Ð Æ Ê ø » Æ ¼ ø
¶ À ½ ðµ Ï Ê ý ¦ ³ 0.5~0.8 0.4~0.6
径流系数的计算方法
按各类地面面积用加权平均法计算
av
F
167A1 (1 c lg P) q (t b) n
集流点何时承受雨水量为最大？
雨水管道设计的极限强度理论：在设计中采用的 降雨历时等于汇水面积最远点雨水流达集流点的 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。
极限强度法：承认降雨强度随降雨历时的增长而 减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨 历时成正比，而且汇水面积随降雨历时的增长较 降雨强度随降雨历时增长而减小的速度快。 雨水管道设计的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,雨水管道需要排除的 雨水量最大。
一般情况下采用下面两式计算年频率和 次频率 年频率： 次频率：
(2)暴雨强度的重现期 某特定值暴雨强度的重现期是指等于或 大于该值的暴雨强度可能出现一次的平均 间隔时间，单位用年(a)表示。 重现期P与频率互为倒数。 即；
相应可得：
对于年频率式：
对于次频率式：
举例：
如课本P66-67表3-2中
3. 公式推导：Pபைடு நூலகம்70-72
3.雨水管段的设计流量计算
上图中，假设： FA＝FB＝FC 集水时间均为τ1(min) (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 的雨水流达设计断面的集水时间τ ； (3)径流系数ψ为确定值，为讨论方便假定 其值等于1。
b
c
h τ0 f
d
τ1
i
τ2
g e
τ3
a
每条等流时线上各点的雨水径流流达a点的 时间是相等的，它们分别为τ1、τ2、τ3、τ4， 流域边缘线bc上各点的雨水径流流达a点的 时间 τ0 称为这块汇水面积的集流时间或集 水时间。 流域全面积参与径流，此时集流点a产 生最大流量，也就是说，相应于流域集流 时间的全流域面积径流产生最大径流量
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，以min或h计，从自记雨量记 录纸(如图3-1所示)上读得。
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表示。 H i (mm / min) t
若选用较低的设计重现期
管渠断面可相应减小，这样虽然可以降低工程造价， 但可能会发生排水不畅、地面积水而影响交通，甚 至给城市人民的生活及工业生产，造成危害。
因此，必需结合我国国情．从技术和经济方面 统一考虑。
重现期的选用
1 ）应根据汇水面积的地区建设性质 ( 广场、干 道、厂区、居住区)、地形特点、汇水面积和气 象特点等因素确定，一般选用0.5—3a； 2 ）对于重要干道，立交道路的重要部分，重 要地区或短期积水即能引起较严重损失的地区， 宜采用较高的设计重现期，一般选用2—5a；
五、特殊情况雨水设计流量的确定
t=t1+mt2
t2的确定
L t2 (min) 60v
L——各管段的长度(m)；
v——各管段满流时的水流速度(m／s)
60——单位换算系数，1min=60s
t=t1+mt2
m的确定
问题： （1）管道是不是满流？对雨水在管道中的流 行时 间有什么影响？ （2）所有管段都同时出现满流吗？
第3章 雨水管渠系统的设计
雨水管渠系统：是由雨水口、雨水管渠、 检查井、出水口等构筑物所组成的一整 套工程设施。 雨水管渠系统的任务：就是及时地汇集 并排除暴雨形成的地面径流，防止城市 居住区与工业企业受淹，以保障城市人 民的生命安全和生活生产的正常秩序。
雨水管渠系统设计的主要内容包括： 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、泵站位置 3．根据当地气象与地理条件，工程要求等确 定设计参数； 4．计算设计流量和进行水力计算，确定每一 设计管段的断面尺寸、坡度、管深； 5．绘制管渠平面图及纵剖面图。
1)管段1—2的雨水设计流量 当t=τ1时，流量最大 Q1-2=FA· q1 2)管段2—3的雨水设计流量 当t=τ1+t1-2时，流量最大 Q2-3=(FA+ FB)· q2
3)管段3—4的雨水设计流量 当t=τ1+t1-2 +t2-3时，流量最大 Q2-3=(FA+ FB + FC)· q3
Q=ψqF
3 ）对于特别重要的地区可酌情增加，在同一 排水系统中也可采用同一设计重现期或不同的 设计重现期。
国内部分城市设计重现期 见P75表3-6
四、集水时间t的确定
t=t1+mt2 式中： t1——地面集水时间 t2——管内雨水流行时间 m——折减系数，管道采用2，明 渠采用1.2，陡坡地区管道采用1.2—2
5、降雨的频率和重现期 (1)暴雨强度的频率 某特定值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
n取值：n为降雨观测资料的年数N与每年 选入的平均雨样数M的乘积，即n=N· M 每年只选一个雨样(年最大值法) M=1 ，则 n＝N。 Pn＝m/Nxl00%，称为年频率式。 若平均每年选入M个雨样数(一年多次法 选样)，则n＝NM，Pn＝m/NMxl00%称为次 频率式。 注：以上两式成立的前提是n足够长
t=t1+mt2
t1的确定 一般采用t1＝5—15min 在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密 的地区或街区内设置的雨水暗管，宜采用较小 的t1值，可取t1＝5—8min左右。 在建筑密度较小、汇水面积较大、地形较平坦、 雨水口布置较稀疏的地区，宜采用较大值，一 般可取t1=10—15min。 起点井上游地面流行距离以不超过120—150m 为宜
第1节 雨量分析与暴雨强度公式
雨量分析的目的： 通过对降雨过程的多年(一般具有10年以 上)资料的统计和分析，找出表示暴雨特 征的降雨历时、暴雨强度与降雨重现期 之间的相互关系，作为雨水管渠设计的 依据。
雨量分析的几个要素
1．降雨量 降雨量是指降雨的绝对量，即降雨深度。用 H表示，单位以mm计。也可用单位面积上的降 雨体积(L/ha)表示。 年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量 的平均值。 月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量 的平均值。 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。
按满流时的设计流速计算所得的雨水流 行时间小于管渠内实际的雨水流行时间。 苏林系数：大多数雨水管渠中雨水的流 行时间比按最大流量计算的流行时间大 20% ，因此用大于 1 （ 1.2 ）的系数乘以用 满流的流速计算出的管内雨水流行时间。
当任一管段发生设计流量时，其他管段 都不是满流(特别是上游管段)，所以可设 想利用此上游管段存在的空隙容积，使 —部分水量暂时贮存在此空间内，而起 到调蓄管段内最大流量的作用，从而可 以削减其高峰流量，减小管渠断面尺寸 ，降低工程造价。——管道调蓄利用系数 折减系数m实际是苏林系数与管道调蓄利 用系数两者的乘积。
i
i
F
举例如下：
µ Â Ø æ Ö ´ ¿ ðÖ Ý · Î æ  ¡ ¢ º ì à ý Í À Í ¹ À ¤Æ ´ ²Â Á æ ï ¾ ´ é Ê ¯ Å Ì Å ö ² Á Â æ ¹ Í À ¤´ Æ ± í æ ´  ¦ ¿ í µ Ã Ë é ¯ Ê Á ²Â æ ¶ Ä » ä Ë é Ê ¯ Á ²Â æ É Å · ö ³ © Ê ¯ ¹ Í é Ë Ê ¯ Á ²Â æ Æ Å ² Ì Å ö Á ²Â æ « Ô ¸ °º î Á Ì µ Ø
167A1 (1 c lg P) q (t b) n
我国部分城市暴雨强度计算式
第2节 雨水管渠设计流量的确定
一、雨水管渠设计流量计算公式
Q=ψqF
式中 Q——雨水设计流量(L/s)；
ψ——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))。
1．地面点上产流过程
二、径流系数ψ的确足
径流量与降雨量的比值称径流系数ψ ，其 值常小于1。 径流系数的值因汇水面积的地面覆盖情 况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、 路面铺砌等情况的不同而异。
径流系数
µ Â Ø æ Ö ¿ ´ ðÖ Ý · Î Â æ ¡ ¢ ì º à ý Í À Í ¹ ¤ À Æ ´ ²æ Á Â ï ¾ ´ é Ê ¯ Å Ì Å ö ² Á Â æ ¹ Í À ¤Æ ´ ± í æ ´  ¦ ¿ í µ Ã Ë é ¯ Ê Á ²Â æ ¶ Ä » ä Ë é Ê ¯ Á ²æ Â É Å · ö ³ © Ê ¯ ¹ Í é Ë Ê ¯ Á ²Â æ Æ Å ² Ì Å ö Á ²Â æ « Ô ¸ °º î Á Ì µ Ø ¶ À ½ ðÏ µ Ê ý ¦ ³ 0.90
在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积 q(L／(s· ha))表示。 q与i之间的换算关系是将每分钟的 降雨深度换算成每公顷面积上每秒钟的降雨体积．即；
10000 1000 i q 167 i 1000 60
4．降雨面积和汇水面积 降雨面积是指降雨所笼罩的面积， 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)。
æ º Â ý £ ¨ha© £ 55.00 12.00 8.00 2.00 1.00 60.00
Q=ψqF
167A1 (1 c lg P) q (t b) n
三、设计重现期P的确定
若选用较高的设计重现期
计算所得设计暴雨强度大，相应的雨水设计流量大， 管渠的断面相应大； 这对防止地面积水是有利的，安全性高．但经济上 则因管渠设计断面的增大而增加了工程造价；
M=4次/年
m=序号数
NM=30*4=120
此项 Pn=序号数/(120+1)
重现期的计算： 当m=1时， 当m=2时， 当m=15时，
暴雨强度公式
表示形式：
167A1 (1 c lg P) q n (t b)
式中 q——设计暴雨强度(L/s· ha)； P——设计重现期(a)； t——降雨历时(min)； Al、c、b、n：地方参数，根据统计方法进行计算确定；
t等径点 ~ t径终 I<μˊ 地面积水，植物截水参与径流
2．流域上汇流过程 通常将雨水径流从流域的最 远点流到出口断面的时间称 为流域的集流时间或集水时 间。 图3—3(2)是一块扇形流域汇 水面积，其边界线是ac，ab 和bc弧，a点为集流点(如雨 水口，管渠上某一断面)。 假定汇水面积内地面坡度均 等，则以a点为圆心所划的 圆弧线de，fg，hi，…称为等 流时线．
雨强I
径流 死水
入渗率μˊ
t=0 0~t余始 t余始 ~ t径始 t径始 ~ tmax
无雨水，无渗流 I=μˊ 无径流，全下渗，植物截留 I>μˊ 余水积于洼地 I>μˊ 径流且逐渐增大
tmax ~ t等径点
t径终 ~ t渗终 t渗终 ~ t雨终
I>μˊ径流且逐渐减小
I<μˊ 死水下渗，降雨全下渗 I<<μˊ 全下渗，无径流
Û ¹ ³ Ï ½ ¶ À ðÏ µ Ê ý ³ ¦
0.60 0.45 0.40 0.30 0.15
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径流系数的计算方法
按各类地面面积用加权平均法计算
av
F
167A1 (1 c lg P) q (t b) n
集流点何时承受雨水量为最大？
雨水管道设计的极限强度理论：在设计中采用的 降雨历时等于汇水面积最远点雨水流达集流点的 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。
极限强度法：承认降雨强度随降雨历时的增长而 减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨 历时成正比，而且汇水面积随降雨历时的增长较 降雨强度随降雨历时增长而减小的速度快。 雨水管道设计的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,雨水管道需要排除的 雨水量最大。
一般情况下采用下面两式计算年频率和 次频率 年频率： 次频率：
(2)暴雨强度的重现期 某特定值暴雨强度的重现期是指等于或 大于该值的暴雨强度可能出现一次的平均 间隔时间，单位用年(a)表示。 重现期P与频率互为倒数。 即；
相应可得：
对于年频率式：
对于次频率式：
举例：
如课本P66-67表3-2中
3. 公式推导：Pபைடு நூலகம்70-72
3.雨水管段的设计流量计算
上图中，假设： FA＝FB＝FC 集水时间均为τ1(min) (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 的雨水流达设计断面的集水时间τ ； (3)径流系数ψ为确定值，为讨论方便假定 其值等于1。
b
c
h τ0 f
d
τ1
i
τ2
g e
τ3
a
每条等流时线上各点的雨水径流流达a点的 时间是相等的，它们分别为τ1、τ2、τ3、τ4， 流域边缘线bc上各点的雨水径流流达a点的 时间 τ0 称为这块汇水面积的集流时间或集 水时间。 流域全面积参与径流，此时集流点a产 生最大流量，也就是说，相应于流域集流 时间的全流域面积径流产生最大径流量
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，以min或h计，从自记雨量记 录纸(如图3-1所示)上读得。
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表示。 H i (mm / min) t
若选用较低的设计重现期
管渠断面可相应减小，这样虽然可以降低工程造价， 但可能会发生排水不畅、地面积水而影响交通，甚 至给城市人民的生活及工业生产，造成危害。
因此，必需结合我国国情．从技术和经济方面 统一考虑。
重现期的选用
1 ）应根据汇水面积的地区建设性质 ( 广场、干 道、厂区、居住区)、地形特点、汇水面积和气 象特点等因素确定，一般选用0.5—3a； 2 ）对于重要干道，立交道路的重要部分，重 要地区或短期积水即能引起较严重损失的地区， 宜采用较高的设计重现期，一般选用2—5a；
五、特殊情况雨水设计流量的确定
t=t1+mt2
t2的确定
L t2 (min) 60v
L——各管段的长度(m)；
v——各管段满流时的水流速度(m／s)
60——单位换算系数，1min=60s
t=t1+mt2
m的确定
问题： （1）管道是不是满流？对雨水在管道中的流 行时 间有什么影响？ （2）所有管段都同时出现满流吗？
第3章 雨水管渠系统的设计
雨水管渠系统：是由雨水口、雨水管渠、 检查井、出水口等构筑物所组成的一整 套工程设施。 雨水管渠系统的任务：就是及时地汇集 并排除暴雨形成的地面径流，防止城市 居住区与工业企业受淹，以保障城市人 民的生命安全和生活生产的正常秩序。
雨水管渠系统设计的主要内容包括： 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、泵站位置 3．根据当地气象与地理条件，工程要求等确 定设计参数； 4．计算设计流量和进行水力计算，确定每一 设计管段的断面尺寸、坡度、管深； 5．绘制管渠平面图及纵剖面图。
1)管段1—2的雨水设计流量 当t=τ1时，流量最大 Q1-2=FA· q1 2)管段2—3的雨水设计流量 当t=τ1+t1-2时，流量最大 Q2-3=(FA+ FB)· q2
3)管段3—4的雨水设计流量 当t=τ1+t1-2 +t2-3时，流量最大 Q2-3=(FA+ FB + FC)· q3
Q=ψqF
3 ）对于特别重要的地区可酌情增加，在同一 排水系统中也可采用同一设计重现期或不同的 设计重现期。
国内部分城市设计重现期 见P75表3-6
四、集水时间t的确定
t=t1+mt2 式中： t1——地面集水时间 t2——管内雨水流行时间 m——折减系数，管道采用2，明 渠采用1.2，陡坡地区管道采用1.2—2
5、降雨的频率和重现期 (1)暴雨强度的频率 某特定值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
n取值：n为降雨观测资料的年数N与每年 选入的平均雨样数M的乘积，即n=N· M 每年只选一个雨样(年最大值法) M=1 ，则 n＝N。 Pn＝m/Nxl00%，称为年频率式。 若平均每年选入M个雨样数(一年多次法 选样)，则n＝NM，Pn＝m/NMxl00%称为次 频率式。 注：以上两式成立的前提是n足够长
t=t1+mt2
t1的确定 一般采用t1＝5—15min 在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密 的地区或街区内设置的雨水暗管，宜采用较小 的t1值，可取t1＝5—8min左右。 在建筑密度较小、汇水面积较大、地形较平坦、 雨水口布置较稀疏的地区，宜采用较大值，一 般可取t1=10—15min。 起点井上游地面流行距离以不超过120—150m 为宜
第1节 雨量分析与暴雨强度公式
雨量分析的目的： 通过对降雨过程的多年(一般具有10年以 上)资料的统计和分析，找出表示暴雨特 征的降雨历时、暴雨强度与降雨重现期 之间的相互关系，作为雨水管渠设计的 依据。
雨量分析的几个要素
1．降雨量 降雨量是指降雨的绝对量，即降雨深度。用 H表示，单位以mm计。也可用单位面积上的降 雨体积(L/ha)表示。 年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量 的平均值。 月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量 的平均值。 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。
按满流时的设计流速计算所得的雨水流 行时间小于管渠内实际的雨水流行时间。 苏林系数：大多数雨水管渠中雨水的流 行时间比按最大流量计算的流行时间大 20% ，因此用大于 1 （ 1.2 ）的系数乘以用 满流的流速计算出的管内雨水流行时间。
当任一管段发生设计流量时，其他管段 都不是满流(特别是上游管段)，所以可设 想利用此上游管段存在的空隙容积，使 —部分水量暂时贮存在此空间内，而起 到调蓄管段内最大流量的作用，从而可 以削减其高峰流量，减小管渠断面尺寸 ，降低工程造价。——管道调蓄利用系数 折减系数m实际是苏林系数与管道调蓄利 用系数两者的乘积。
i
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举例如下：
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167A1 (1 c lg P) q (t b) n
我国部分城市暴雨强度计算式
第2节 雨水管渠设计流量的确定
一、雨水管渠设计流量计算公式
Q=ψqF
式中 Q——雨水设计流量(L/s)；
ψ——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))。
1．地面点上产流过程
二、径流系数ψ的确足
径流量与降雨量的比值称径流系数ψ ，其 值常小于1。 径流系数的值因汇水面积的地面覆盖情 况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、 路面铺砌等情况的不同而异。
径流系数
µ Â Ø æ Ö ¿ ´ ðÖ Ý · Î Â æ ¡ ¢ ì º à ý Í À Í ¹ ¤ À Æ ´ ²æ Á Â ï ¾ ´ é Ê ¯ Å Ì Å ö ² Á Â æ ¹ Í À ¤Æ ´ ± í æ ´  ¦ ¿ í µ Ã Ë é ¯ Ê Á ²Â æ ¶ Ä » ä Ë é Ê ¯ Á ²æ Â É Å · ö ³ © Ê ¯ ¹ Í é Ë Ê ¯ Á ²Â æ Æ Å ² Ì Å ö Á ²Â æ « Ô ¸ °º î Á Ì µ Ø ¶ À ½ ðÏ µ Ê ý ¦ ³ 0.90
在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积 q(L／(s· ha))表示。 q与i之间的换算关系是将每分钟的 降雨深度换算成每公顷面积上每秒钟的降雨体积．即；
10000 1000 i q 167 i 1000 60
4．降雨面积和汇水面积 降雨面积是指降雨所笼罩的面积， 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)。
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Q=ψqF
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三、设计重现期P的确定
若选用较高的设计重现期
计算所得设计暴雨强度大，相应的雨水设计流量大， 管渠的断面相应大； 这对防止地面积水是有利的，安全性高．但经济上 则因管渠设计断面的增大而增加了工程造价；