排水管网-第3章教学材料.ppt

第 三 章,雨水管渠系统的设计,内 容,（1）雨量分析的几个要素，暴雨强度曲线，暴雨强度公式； （2）雨水管渠设计流量计算公式，径流系数的确定，设计重现期、地面集水时间、管渠内流行时间的确定； （3）雨水管渠平面布置的特点，雨水管渠水力计算的设计数据和水力计算方法； （4）雨水管渠的设计步骤与方法； （5）排洪沟的设计与计算重 点,（1）雨量分析的几个要素，暴雨强度曲线，暴雨强度公式； （2）雨水管渠设计流量计算公式，径流系数的确定，设计重现期、地面集水时间、管渠内流行时间的确定； （3）雨水管渠平面布置的特点，雨水管渠水力计算的设计数据和水力计算方法； （4）雨水管渠的设计步骤与方法难 点,（1）暴雨强度曲线，暴雨强度公式； （2）雨水管渠设计流量计算公式，径流系数的确定，设计重现期、地面集水时间、管渠内流行时间的确定； （3）雨水管渠水力计算的设计数据和水力计算方法3、暴雨： 气象学概念，指一天降雨量超过50mm或1小时降雨量超过16mm的降雨 特点：在极短的时间内形成大量的地面径流，(如不及时地排除，便会造成巨大的危害) 4、雨水排水系统的组成： ① 雨水口 ② 雨水管渠 ③ 检查井 ④ 出水口等构筑物所组成,5、设计的主要内容： ① 确定当地的暴雨强度公式 ② 划分排水流域，雨水管渠定线，构筑物定位(如泵站、出水口、调节池等) ③ 根据当地气象与地理条件、工程要求等确定设计参数(主要有ψ，P，t1等) ④ 设计流量计算，管渠水力计算(D，i管底标高，埋深等) ⑤ 绘制雨水系统平面图及纵剖面图,第一节 雨量分析与暴雨强度公式,一、雨量分析的几个要素 雨量分析的目的：找出表示暴雨特征的降雨历时，暴雨强度与降雨量重现期之间的关系。

1、降雨量：指降雨的绝对量，即降雨深度一般用h表示，以mm计也可用单位面积上的降雨体积(l/ha)表示① 年平均降雨量：多年观测所及的各年降雨量的平均值 ② 月平均降雨量：多年观测所及的各月降雨量的平均值 ③ 年最大日降雨量：多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量2、降雨历时：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段用t 表示，以min或h计 3、暴雨强度：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① 工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q来表示i，如常用l/(sha)，q与i 仅仅是单位不同而已q＝167i ② 暴雨强度是描述暴雨的主要指标，也是决定雨水设计流量的主要因素，一场暴雨中，i 是随t 变化的降雨过程线) ③ 瞬时暴雨强度i：降雨过程的任一瞬时的强度 ④ 最大降雨量 ⑤ 最大平均降雨强度,4、降雨面积和汇水面积 ① 降雨面积：降雨所笼罩的面积 ② 汇水面积：雨水管渠集雨水的面积,5、降雨的频率和重现期 P ① 暴雨强度的频率Pn 等于或大于该值的暴雨强度i 出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数。

m ——等于或大于某特定暴雨强度值的暴雨强度出现的次数，如将样本按从大到小排列的话，则共排成几项，M 即某一暴雨强度值所对应的序号 n ——观测资料总项数，即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，n=NM,,a. 经验频率 b. 年频率式：若每年只选一个雨样(年最大值法选样)，则n＝N， c. 次频率式：若M＞1，即每年选入M个雨样数(一年多个样法选样)，则n＝NM，,,,因选择的年限是有限的，因此，不能保证样本中最后一项(即m＝NM)就是整个降雨历史中的最小值所以： 水文计算中常采用的计算样本经验频率的公式： 计算年频率， 计算次频率② 暴雨强度的重现期P 某特定值暴雨强度的P是指≥该值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，单位以年(a)表示，重现期P与频率互为倒数，即 年最大值法选样时，第m项暴雨强度组的重现期为： 年多个样法选样时，第m项暴雨强度组的重现期为：,,,,二、暴雨强度公式 表示暴雨强度i (或q)—降雨历时t —重现期P 三者关系的公式，即暴雨强度公式我国常用的暴雨强度公式的形式有：,,q——设计暴雨强度(l/(Sha) P——设计重现期(a) t——降雨历时(min) A1，c，b，n——地方参数，根据统计方法进行计算确定。

第二节 雨水管渠设计流量的确定,一、雨水管渠设计流量计算公式 1. 地面点上产流过程 降雨发生后，部分雨水被植物截流，然后，落至地面，刚开始，地面干燥，雨水渗入土壤的入渗率(单位时间内雨水的入渗量)较大，降雨起始时的强度还小于入渗率，此时，雨水被地面全部吸收当降雨强度i＞入渗率u时，地面开始开始产生余水，待余水积满洼地后，开始形成径流，当降雨强度i＝入渗率u时，余水现象停止，但因地面积水一定深度，故仍产生径流，地面积水径流完毕，雨终时洼地积水成死水，慢慢渗完2. 流域上汇流过程 自然流域中，地面径流沿着坡面汇流至低处，通过沟、溪汇入江河城镇中，雨水径流由地面顺坡流至雨水口，经雨水管渠汇入江河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)为一扇形汇水面积，a点为集流点 假定：汇水面积内坡度均等；均坡向a点，则以a点为圆心的圆弧线称为等流时线，即每条等流时线上点的雨水径流流达a点的时间相等，分别为τ1，τ2，τ3……流域边缘线bc上各点的雨水径流流达a点的时间τ0为这块汇水面积的集流时间或集水时间由上分析可知：各条等流时线上的雨水不可能同时到达a点，离a点越近，则越早到达；反之，同时到达a点的雨水并不是同时降落的。

那么，到达a点的雨水量何时达到最大？ ① 汇水面积内坡度均等，且坡向a点； ② 降雨强度随历时的增长而减小； ③ 汇水面积的增长与降雨历时t 成正比，而且面积随t 增长的速度比i 随t 增长而减小的速度更快此时，只有当汇水面积达到最大，降雨历时等于集流时间τT时，全面积径流，产生最大的径流量，这种方法称极限强度法极限强度法： 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3. 雨水管渠设计流量计算公式 Q＝ψqF Q ——雨水设计流量(l/s) ψ ——径流系数；ψ＜1 F ——汇水面积(ha) q ——设计暴雨强度l/(sha)，即在一定的重现期(P )下，汇水面积下的集流时间t 对应的暴雨强度公式推求： 假定： ① 降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的； ② 降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变； ③ 汇水面积随集流时间增长的速度为常数设tn-tn-1=Δt=t1，则有： W1=ho-1F1ψ1 W2=ho-1F2ψ2+h1-2F1ψ1 W3=ho-1F3ψ3+h1-2F2ψ2+h2-3F1ψ1 Wn=ho-1Fnψn+h1-2Fn-1ψn-1+……+h(n-1)-nF1ψ1 式中，h(n-1)－n=(hn-hn-1)，即时段(tn-1至tn)降落在各面积上的雨水量。

取ψ1=ψ2=ψ3=……ψn＝ψ，h(n-1)-n=h(n-2)-(n-1)=……ho-1=Δh，则有：,Wn=ψΔh (Fn+Fn-1+……+F2+F1) =ψΔh F 即在tn时段未，流达a点的雨水量为Wn＝ψΔhF，全面积产生径流，集流点的雨水量最大，即为降雨时段t内总的降雨量h与整个汇水面积F 的乘积 假定各Δt 的降雨强度i 是相等，实际上是不相等的，取其中的最大值imax作为流到a点的流量为设计流量，即有对应于汇水面积F 的某一历时t下的设计雨水流量 Q＝Fψimax 其中imax——即某一降雨历时t 内的最大平均降雨强度，imax可用暴雨强度公式求出，即Q＝ψFq,4. 雨水管段的设计流量 (图3-4) 假定： ① 假定A、B、C各处ψA＝ψB＝ψC＝ψ ② 各汇水面积的集水时间均为τ1 ③ 汇水面积F 随降雨历时t的增加而均匀增加 则有：Q1－2＝ψFAq1 (l/s) q1——管段1～2的设计暴雨强度，即t =τ1 时的最大平均降雨强度，由暴雨强度公式求及Q2～3＝？ 分析：当t＝τ1时，Q1－2只流至雨水口1；同时由FB产生的ψFBq1和部分FA产生的部分雨水流量流达2断面。

假设：雨水在管段1～2内的流进时间为t1-2 ，则当t =τ1 +t1-2 时，Q2～3达到最大 Q2～3＝ψ(FA+FB)q2 q2——管段2～3的设计暴雨强度，即t＝τ1+t1～2时的q 为什么不采用Q2～3=Q1～2+ψFBq2？,二、径流系数ψ的确定 1、径流系数ψ：径流量与降雨量的比值 2、影响ψ值的因素 ① 地面情况(覆盖情况、坡度、地貌、铺砌情况) ② 建筑密度 ③ 降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型,3、ψ值确定 (加权平均法计算) 方法1： Fi——各种地面的面积(ha) ψi——相应于各类地面的径流系数，参见表3-3 ψav——平均径流系数 方法2： 无详细资料时，采用区域综合径流系数 重庆地区：一般ψ=0.7，最大ψmax=0.85,三、暴雨强度公式中参数的选取 1. 重现期 P 选取P 值应考虑以下因素： ① 汇水面积的地区建设性质，(广场、干道、厂区、居住区等) ② 地形 ③ 汇水面积 ④ 气象特点 一般取P = 0.5～3a；重要地区(如重要干道；重要地区(天安门广场)；或短期积水即能引起严重损失的地区) P = 2～5a2. 集水时间t的确定 集水时间：雨水从汇水面积上的最远点流到设计的管道断面所需要的时间。

管道某一设计断面上，t = t1+ mt2 t1 ——地面集水时间 (即起点检查井处的t ) t2 ——管渠内雨水流行时间 m ——折减系数，管道时m =2；明渠时m =1.2；陡坡地区m =1.2～2,① 地面集水时间 t1 的确定 地面集水时间t1：雨水从汇水面积上最远点流到第一个雨水口的时间，一般取t1＝5～15min a.建筑密度大，地形陡，雨水分布密的地区或街区内设置的雨水暗管，t1可取5～8min b.建筑密度小，汇水面积大，地形平坦，雨水口布置较稀疏的地区t1可取10～15min c.起点井上游地面流行距离以不超过120～150m为宜 d.雨水管道的汇水面积≤7ha,t1 的影响因素： 受地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、水流路程、道路纵坡和宽度等因素的影响，这些因素直接决定着水流沿地面或边沟的速度此外，也与暴雨强度有关，因为暴雨强度大，水流时间就短但在上述各因素中，地面集水时间主要取决于雨水流行距离的长短和地面坡度② 管渠内雨水流行时间t2 的确定 t2 是指雨水在管渠内的流行时间，即： 式中 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，1 min：60s。

③ 折减系数m 值的确定 折减系数m 的值，是根据我国对雨水管道空隙容量的理论研究成果提出的数据现说明如下： （1）取值：管道采用2，明渠采用1.2，陡坡地区采用1.2~2 （2）苏林系数与管道调蓄利用系数的乘积苏林系数 ① 按满流设计 ② 根据极限强度法，雨水管渠中的流量和流速是逐渐增大的，形成满流所以会出现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的情况③ 通过对雨水管渠的观测资料进行分析，发现大多数雨水管渠中雨水流行时间比按最大流量计算的流行时间大20%建议用大于1(1.2)的系数乘以用满流时的流速算出的管内雨水流行时间t2 这一系数即为苏林系数 ④ 举例说明,管道调蓄利用。