雨量分析與暴雨強度計算

1、10．1 雨量分析-暴雨強度公式,10.1.1 雨量分析1.降雨量2.降雨強度（暴雨強度）3.降雨面積和匯水面積4.降雨的頻率和重現期,10．1．2 暴雨強度公式,暴雨強度公式是( )、 ( )、( )三者間關系的數學表達式，我國常用的暴雨強度公式為：,10．2 雨水管網設計流量計算,10．2．1 地面徑流與徑流系數徑流系數概念在雨水管渠系統(tǒng)設計中，匯水面積通常是由各種性質的地面覆蓋組成的，隨著它們占有的面

2、積比例變化，ψ 值也各異。因此整個匯水面積的徑流系數應采用平均徑流系數也可采用區(qū)域的綜合徑流系數。一般市區(qū)的綜合徑流系數ψ＝0.5～0.8，郊區(qū)的綜合徑流系數ψ＝0.4～0.6。,10．2．2 斷面集水時間與折減系數1．集水時間——指雨水從匯水面積上最遠點流到設 計的管道斷面所需時間。（min）2． 式中 —— 設計降雨歷時（min）； t1 —— 地面集水時間（min）

3、； t2 —— 管渠內雨水流行時間（min）； m —— 折減系數。,,,（1）地面集水時間 t1 的確定 地面集水時間是指雨水從匯水面積上最遠點流到雨水口的地面流行時間。 地面集水時間受地形坡度、地面鋪砌、地面植被情況、距離長短等因素的影響，主要取決于水流距離的長短和地面坡度。在工程實踐中，地面集水時間通常不予計算，一般采用5～15 min。,,一般在建筑密度較大、地形較陡、雨水口布置較密的地區(qū)，宜

4、采用較小值，取 t1＝5～8 min。 在建筑密度較小、地形較平坦、雨水口布置較疏的地區(qū)，宜采用較大值，取 t1＝10～15 min。 同時，起點檢查井上游地面雨水流行距離以不超過120～150 m為宜。,應結合當地具體條件，合理地選定 t1值。 t1選用過大，將會造成排水不暢，致使管道上游地面經常積水； 選用過小，又將加大雨水管渠尺寸，從而增加工程造價。,（2）管渠內雨水流行時間 t2的確定t2 是指雨水在管渠內

5、的流行時間，即： 式中 t2 —— 管渠內雨水流行時間（min）； L —— 各設計管段的長度（m）； v —— 各設計管段滿流時的流速（m/s）； 60 —— 單位換算系數。,（3）折減系數 m的確定折減系數 m的提出原因如下： 1）按公式算出的管渠內流行時間 t2將比

6、實際時間偏小。 2）為了利用管道的調蓄能力，應使管內水流實際流速低于設計流速，故要延緩管內流行時間 t2。,考慮到以上兩個原因，在設計降雨歷時計算時引入了折減系數m，延緩了管內流行時間，使之更接近于實際情況，并達到折減管段設計流量，減小管渠斷面尺寸的目的。規(guī)范規(guī)定：暗管 m =2，明渠 m =1.2，在陡坡地區(qū)的暗管 m＝1.2～2。,各設計管段的雨水設計流量應等于該管段所承擔的全部匯水面積與該管段設計暴雨強度的乘積。

7、 各管段的設計暴雨強度就是以管段設計斷面集水時間作為降雨歷時所對應的暴雨強度。 由于各管段的集水時間不同，所以各管段的設計暴雨強度也不同。,2．例題,雨水從各匯水面積上最遠點分別流入雨水口 a、b、c、d的地面集水時間均為τ1，并假設： 1）匯水面積隨集水時間的增加而均勻增加； 2）降雨歷時 t 等于或大于匯水面積上最遠點的雨水流達設計斷面的集水時間τ1； 3）徑流系數ψ為定值。,（1）設計管段1～2的雨

8、水設計流量 直到 t＝τ1時，F1全部面積上的雨水均已全部流到設計斷面，這時管段1～2內流量達到最大值。,,（L/s）,式中 q1—— 管段1～2的設計暴雨強度，即相應降雨歷時 t＝τ1時的暴雨強度（L/s·ha）。,（2）設計管段2～3的雨水設計流量 該設計管段收集匯水面積 F1和 F2上的雨水，2斷面為管段2～3的設計斷面。 當 t＝τ1 + t 1－2時，F1和 F2全部面積上的雨水均流到2斷面，管

9、段2～3的流量達到最大值。即：,,（L/s）,式中 q2—— 管段2～3的設計暴雨強度，即相應于降雨歷時 t＝τ1 + t 1－2的暴雨強度（L/s ·ha）； t 1－2—— 管段1～2的管內雨水流行時間（min）。,（3）設計管段3～4的雨水設計流量,,（L/s）,式中 q3—— 管段3～4的設計暴雨強度，即相應于降雨歷時 t＝τ1 + t 1－2 + t 2－3的暴雨強

10、 度（L/s·ha）。 t 2－3—— 管段2～3的管內雨水流行時間（min）。,（4）設計管段4～5的雨水設計流量,,（L/s）,式中 q4—— 管段4～5的設計暴雨強度，即相應于降雨歷時 t＝τ1 + t 1－2 + t 2－3 + t 3－4的暴 雨強度（L/s·ha）。 t 3－4—— 管段3～4的管內雨水流行時間（min）。,某雨水管線如圖所示，徑流系

11、數為0.5，q=1200（1+0.75lgT）/(t+5)0.61，重現期T=1a，F1、F2 F3的地面集水時間分別為10min、5min、10min，折減系數m=2，管內流動時間t1-2=5min，t2-3=3.75min，t4-3=3min，則2-3管段和3-5管段的設計流量分別是（ ）L/s，和（ ）L/s。,,10．3 雨水管網設計與計算,10.3.1 雨水管網平面布置特點,1．充分利用地形，就近排入水體,雨水

12、管渠應盡量利用自然地形坡度布置，要以最短的距離靠重力流將雨水排入附近的池塘、河流、湖泊等水體中。,,一般情況下，當地形坡度較大時，雨水干管布置在地形低處或溪谷線上；當地形平坦時，雨水干管布置在排水流域的中間，以便于支管接入，盡量擴大重力流排除雨水的范圍。分散出水口：當管道將雨水排入池塘或小河時，水 位變化小，出水口構造簡單，宜采用分散出水 口。就近排放管線短、管徑小，造價低。集中出水口式：當河流等水體的水位變化很

13、大，管道 的出水口離常水位較遠時，出水口的構造就復 雜，因而造價較高，此時宜采用集中出水口式 布置形式。,2．盡量避免設置雨水泵站 當地形平坦，且地面平均標高低于河流的洪水位標高時，需將管道適當集中，在出水口前設雨水泵站，經抽升后排入水體。盡可能使通過雨水泵站的流量減到最小，以節(jié)省泵站的工程造價和經常運行費用。,10.3.2 雨水管渠設計參數,（一）水力計算的基本公式,,,式中 Q —— 流量（m

14、3/s）; ω —— 過水斷面面積（m2）； v —— 流速（m/s）； R —— 水力半徑（m）； I —— 水力坡度； n —— 粗糙系數。,（二）水力計算的設計數據,1．設計充滿度 雨水中主要含有泥砂等無機物質，不同于城市污水的性質，加之暴雨徑流量大，而相應較高設計重現期的暴雨強度的降雨歷時較短。故管道設計充滿度按滿流考慮，即 h/D=1。明渠則應有不小于0.20

15、 m的超高。,2．設計流速 為避免雨水所挾帶的泥砂等無機物在管渠內沉積下來而堵塞管道，我國設計規(guī)范規(guī)定滿流時管道最小設計流速為0.75 m/s；明渠最小設計流速為0.4 m/s。 為防止管壁受到沖刷而損壞，雨水管渠的最大設計流速為：金屬管道為10 m/s；非金屬管道為5 m/s；明渠按表采用。,明渠最大設計流速,3．最小管徑和最小設計坡度 雨水管道的最小管徑為300 mm，相應的最小坡度為0.003；雨水口連接管的

16、最小管徑為200 mm，相應的最小坡度為0.01。,4．最小埋深與最大埋深 在冰凍地區(qū)，雨水管道正常使用是在雨季，冬季一般不降雨，若該地區(qū)使雨水管內不貯留水，且地下水位較深時，其最小埋深則可不考慮冰凍影響，但應滿足管道最小覆土厚度的要求。其它具體規(guī)定同污水管道。,10.3.4 雨水管網設計步驟,（一）劃分排水流域，進行管道定線 根據城市總體規(guī)劃圖，按地形劃分排水流域。 在每一排水流域內，結合建筑物及雨水口分布，

17、充分利用各排水流域內的自然地形，布置管道，使雨水以最短距離靠重力流就近排入水體。在總平面圖上繪出各流域的主干管、干管和支管的具體位置。,,（二）劃分設計管段 根據管道的具體位置，在管道轉彎、管徑或坡度改變、有支管接入、管道交匯等處以及超過一定距離的直線管段上都應設置檢查井。把兩個檢查井之間流量不變且預計管徑和坡度也不變的管段定為設計管段。并從管段上游往下游依次進行檢查井的編號。,（三）確定各設計管段的匯水面積 各設計管段

18、匯水面積的劃分應結合地形坡度、匯水面積的大小以及雨水管道布置等情況而劃定。 地形較平坦時，可按就近排入附近雨水管道的原則劃分； 地形坡度較大時，應按地面雨水徑流的水流方向劃分。并將每塊面積進行編號，計算其面積并將數值標注在圖上。匯水面積除包括街坊外，還應包括街道、綠地等。,（四）確定各排水流域的平均徑流系數 通常根據排水流域內各類地面的面積數或所占比例，計算出該排水流域的平均徑流系數。也可根據規(guī)劃的地區(qū)類別，采用

19、區(qū)域綜合徑流系數。,（五）確定設計重現期 P 和地面集水時間 t1 結合地形特點、匯水面積的地區(qū)建設性質和氣象特點確定設計重現期。各排水流域的設計重現期可相同，也可不同。 根據設計地區(qū)的建筑密度、地形坡度和地面覆蓋種類、街坊內是否設置雨水暗管等，確定雨水管道的地面集水時間。,（六）求單位面積徑流量 q0 暴雨強度 q與徑流系數ψ的乘積，稱為單位面積徑流量 q0。即：,對于某一設計來說，式中P、t1、ψ、m、A

20、1、b、c、n均為已知數，只要求得各管段的管內雨水流行時間 t2，就可求出相應于該管段的 q 0值。,（L/s·ha）,（七）管渠材料的選擇 雨水管道管徑小于或等于400 mm采用圓形斷面的混凝土管，管徑大于400 mm采用鋼筋混凝土管。,（八）雨水管道的水力計算 列表進行雨水干管的水力計算，求得各設計管段的設計流量。并確定各設計管段的管徑、坡度、流速、管內底標高及管道埋深等值。,（九）繪制雨水管道的平面圖和縱剖面

21、圖 雨水管道平面圖和縱剖面圖的繪制方法和要求與污水管道相同,10.4 合流制管網設計與計算,10.4.1 合流制管網的使用條件和布置特點,1．截流式合流制排水管渠的使用條件（1）排水區(qū)域內有一處或多處水源充沛的水體，其流量和流速都足夠大，當一定量的混合污水排入后對水體造成的污染危害程度在允許的范圍以內；,,（2）街坊和街道的建設都比較完善，必須采用暗管（渠）排除雨水，而街道斷面又較窄，管（渠）的設置位置受到限制時；（3）地

22、面有一定的坡度傾向水體，當水體出現高水位時，岸邊不受淹沒。污水在中途不需要泵汲。,2．布置特點（1）管渠的布置應使所有服務面積上的生活污水、工業(yè)廢水和雨水都能合理地排入管渠，并能以最短的距離坡向水體。（2）沿水體岸邊布置與水體平行的截流干管,在截流干管的適當位置設置溢流井,使超過截流干管截流能力的那部分混合污水能順利地通過溢流井就近排入水體。,（3）合理地確定溢流井的數目和位置●從對水體的污染情況看，合流制管渠系統(tǒng)中的初期雨水雖被

23、截流，但溢流的混合污水總比一般雨水臟，為保護受納水體，溢流井的數目宜少，其位置應盡可能設置在水體的下游?！駨慕洕现v，溢流井過多，會提高溢流井和排放管渠的造價，特別是在溢流井離水體遠，施工條件困難時更是如此。當溢流井的溢流堰口標高低于受納水體的最高水位時，需在排放管渠上設置防潮門、閘門或排澇泵站。為減少泵站造價、減少對水體的污染和便于管理，溢流井應適當集中，不宜過多。,（4）在合流制管渠系統(tǒng)的上游排水區(qū)域內，如雨水可沿地面的道路邊溝排

24、泄，則該區(qū)域內可只設污水管道。只有當雨水不能沿地面排泄時，才考慮設置合流管渠。,10.4．2 截流式合流制排水管渠的設計流量,1．第一個溢流井上游管渠的設計流量,第一個溢流井上游管渠的設計流量為設計生活污水量Qs、設計工業(yè)廢水量 Qg和設計雨水量 Qy之和 Q = Q s + Q g + Q y = Q h + Q y,要求高的場合可取最大時生活污水量和最大生產班內的最大時工業(yè)廢水量； 一般情況下可取平均日生活污水量和最大

25、班內平均日工業(yè)廢水量。,,Q s + Q g為晴天的設計流量，稱為旱流流量 Qh。由于 Q h相對較小，Q 計算所得的管徑、坡度和流速，應用旱流流量 Q h進行校核，檢查管道在輸送旱流流量時是否滿足最小流速的要求。,2．溢流井下游管渠的設計流量,溢流井下游管渠的雨水設計流量為： Q y = n0（Q s +Q g）+ Q y′ 式中 Q y′—— 溢流井下游匯

26、水面積上的雨水設計流量，按相當于此匯水面積的集水時間求得。,,溢流井下游管段的設計流量是雨水設計流量與生活污水設計流量及工業(yè)廢水設計流量之和，即：,Q = n0（Q s + Q g）+ Q y′+ Q s + Q g + Q h′ =（n0 + 1）（Q s + Q g）+ Q y′+ Q h′ =（n0+1）Q h + Q y′+ Q h′,式中 Q h′—— 溢流井下游匯水面積上的生活污水設計流量與工業(yè)廢水設計流

27、量之和。,3．從溢流井溢出的混合污水設計流量 當溢流井上游管段的設計流量超過溢流井下游管段的截流能力后，就會有一部分混合污水從溢流井處溢流泄出，通過排放渠道泄入水體。該溢流的混合污水設計流量為： Q =（Q s + Q g + Q y ）－（ n0 + 1） Q h,截流式合流制排水管渠系統(tǒng)的設計計算實例,[題意]某城市一個區(qū)的截流式合流管道平面布置如圖9-1，設計原始數據如下： 該市的暴雨強度公式為q=10

28、020(1+0.56㏒P)/(t+36); 1.設計重現期采用1a，地面集水時間t1=10min，該設計區(qū)域平均徑流系數ψ=0.45。 2.設計人口密度為300人/ha，生活污水定額采用100L/(人·d)。 3.截流干管的截流倍數n0=3。 4.管道起點埋深為1.70m。 5.河流的平均洪水位為18.000m。 6.各設計管段的管長、匯水面積和工業(yè)廢

29、水最大班的平均流量如表9-2所示。 7.各檢查井處的地面標高如表9-3所示。 試進行管段1-6的水力計算。,,圖10-1 截流式合流管道平面布置圖,[解]合流管道的水力計算與雨水管道的計算基本相同，只是它的設計流量要包括雨水、生活污水和工業(yè)廢水。計算時，先劃分設計管段及其匯水面積，計算每塊面積的大??；再計算設計流量，包括雨水量、生活污水量和工業(yè)廢水量；然后根據設計流量查滿流的水力計算圖見附錄12-1附圖13，