排涝水文计算.ppt

第十章 排涝水文计算 第一节 概述 第二节 农业区排涝计算 第三节 城市防洪与排水措施 第四节 排水管网设计流量计算 第五节 城市圩（垸）排涝模数计算,第一节 概述,,,一、涝灾的形成因暴雨产生的地面径流不能及时排除，使得低洼区淹水造成财产损失，或使农田积水超过作物耐淹能力，造成农业减产的灾害，称为涝灾一、涝灾的形成因地下水位过高或连续阴雨致使土壤过湿而危害作物正常生长造成的灾害，称为渍害本节重点讨论涝灾一、涝灾的形成降雨过量是涝灾发生的主要原因，灾害程度往往与降雨强度、历时、降雨总量和分布范围有关平原洼地,平原坡地,易涝区分类,水网圩区,城市地区,易涝区分类,二、排水系统,排水系统是排除涝水的主要工程措施分为农田排水系统和城市排水系统二、排水系统：农业排水系统,畦,格田,排水沟,排水涵洞,二、排水系统：城市排水系统,雨水沟,检查井,排涝泵站,三、排涝标准,第二节 农业区排涝计算,我国绝大多数地区农业排水区设计暴雨历时为1~3天二、入河径流计算： 入河径流总量：各种土地利用面积上进入河渠径流量之和1、 水面产流：直接进入排水河渠R=P-E0 式中：R为水面产流量，mm； P为降雨量，mm；E0为水面蒸发量，mm；,3、 旱地及非耕地入河流量 可采用新安江模型进行产流计算，资料不足可采用：R=P-I 式中：R为水面产流量，mm； P为降雨量，mm；I为次降雨损失量，mm。

三、圩（垸）排涝模数计算,式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2； Q为设计排涝流量，m3/s；F为排涝面积，km2三、圩（垸）排涝模数计算,式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；R为t日暴雨产生的涝水总量，mm；α为圩内水面率；ΔZ为圩内沟渠预降水深，mm；K为日开机时间，h/d；T为排涝天数，d四、区域排涝模数计算,式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；R为设计暴雨径流深，mm； F为排涝面积，km2 ；C为综合系数；m为峰量指数；n为递减系数M=CRmFn,第二节 城市防洪与排水措施,一、城市地区的洪水问题第一，城市本身暴雨引起的洪水这是城市排水面临的问题第二，城市上游洪水对城区的威胁；解决这类问题属城市防洪范畴第三，城市本身洪水下泄造成的下游地区洪水问题构成了城市下游地区的防洪问题海口市暴雨成灾,,,,,,,广东阳江市江城区堤坝崩溃军民紧急抢险,,二、城市防洪与排水工程措施 （一）防洪工程措施,1．疏通和治理城市上下游河道，增加河道过水能力，或者使河流改道，直接进入城市下游区域；2．建造堤防和防洪墙保护城市，阻挡洪水侵入，傍临大江大河的城市大部分采用这一措施；3．在城市上游修建防洪水库储蓄洪水，以达到削减洪峰的目的。

工程要结合水资源开发、发电诸方面综合考虑；4．在城市上游建造分洪区分洪减缓稀遇大洪水对下游城市的威胁二）排水工程措施 城市排水主体工程是管渠排水系统，将城区雨洪尽快排出全面解决城市雨洪问题，应结合各城市具体情况，采取综合治理措施来减小、延缓和调节城市雨洪，削减洪峰和减少洪量1．建立人工蓄洪池塘在雨洪流量较大时储存一部分洪量，而流量下降时排出，以达到削减洪峰作用2．设立等高绿地在广场和住宅区周围沿等高线设置绿地，使雨水进入绿地后再排出，增加下渗量和降低汇流速度，减小地表径流，削减洪峰流量排水综合治理措施:,4．利用屋顶蓄水滞水采用屋顶蓄水池或屋顶花园；增大屋顶铺面糙率，如波状屋顶、砾石屋顶等，束狭落水管使屋顶雨水滞蓄5．采用透水性排水管道多孔的排水管道可以增加透水量，使排水流量降低6．地下水回灌利用枯井、深水井对雨水进行地下水回灌3．采用透水铺面可铺砌透水公路、广场，砖、砾石人行道和巷道，增加下渗量三、城市防洪与排水非工程措施,1．植树绿化及水土保持 在城市上游和城区植树或种草，增加土壤下渗和滞水能力，降低和延缓洪峰；2．洪水预报和警报 编制洪水预报方案，在洪水来临之前通告群众和有关部门，及时做好抗洪工作；3．洪水调度 结合洪水预报方案和洪水警报制定合理的洪水调度方案，降低洪水对城市的威胁程度；,,4．洪水保险 对遭受洪涝灾害的个人及集体支付赔偿， 用经济杠杆提高人们防洪意识。

5．水利管理条例 国家和地方有关主管部门根据具体情况颁布水利方面的有关管理条例 6．城市水利规划 制定合理的水利布局方案并留有充分的发展与改进的余地第三节 管渠水系统设计流量过程线推求 在城市管渠排水系统的规划与设计中，当涉及系统的优化设计，超载状态，工程控制调度，管渠溢流计算，调节池与泵站设计，雨水污染分析与防治等工程问题时，需要推求相应的设计流量过程线一、设计暴雨计算,（一）设计雨量 在城市管渠排水系统设计雨量的推求，一般采用暴雨公式： i＝ A（1＋CLgT）/（t＋B）n （mm／min） 若重现期T已确定，则a＝A（1＋CLgT）为一常数，则上式写成i＝ a /（t＋b）n （mm／min） 上式与水利部门采用的雨强公式完全相同因此可以推求得降雨历时为tp的设计雨量为 P＝ atp /（t＋b）n,（二）设计暴雨过程拟定 1．典型分配：选用实际的暴雨过程作为典型，经同倍比或同频率放大后，得出设计暴雨过程,2．同频率分配：按这一途径分配得出一个单峰暴雨过程，每一历时的雨量均满足设计频率，雨峰位置采用地区综合值3．雨量分配公式：下式是根据暴雨公式推导出的一个瞬时雨强公式，它以雨峰为坐标原点： 雨峰前：I1＝a[(1-n)(t1/r)+b]/(t1/r+b)n+1 雨峰后：I2＝a[(1-n)t2/(1-r)+b]/[(t1/(1-r)+b]n+1 式中，I1，I2—雨峰前t1和雨峰后t2时刻雨强； r — 峰前历时与总降雨历时之比； a、b、n — 暴雨公式中的参数。

例: 已知某暴雨公式为 i＝ 18（1＋0.9LgT）/（t＋15）0.8 求2年一遇的设计暴雨过程1）取计算时段为5min，由暴雨公式式计算得5,10，… , 60min共12个历时平均雨强i，列第（1）、（2）栏；（2）计算各历时降雨总量P＝it，列第（3）栏；,（3）由第3栏中各相邻历时雨量之差推求时段雨量ΔPj＝Pj －Pj -1，j＝1，2，… ，12此时，ΔPj是按大至小排列，序号即为j ，j与ΔPj列（4）（5）两栏；,（4）查地区手册得r＝0.45，由0.45×12＝5.4可知，雨峰位于第6时段，按单峰暴雨过程确定时段雨强大小序号K，并按K的顺序位置，分配相应的时段雨量ΔPK，分列第（6）（7）两栏第（7）栏即为推求的设计暴雨过程,表5－9 同频率暴雨过程推求,二、排水管网设计流量计算 市政部门习惯采用公顷（hm2），升（L），分钟（min）作为面积、水量、时间的基本单位推求管道设计流量的推理公式形式： Qp ＝ a ip F 式中：Qp — 设计洪峰流量，L／s a — 径流系数 ip — 集流时间内平均雨强，L／s·hm2,在城市区域，下垫面各处差别很大，径流系数也各自不同。

平均径流系数计算公式 a＝∑ aifi/ F＝∑ biai 式中，ai－对应于面积fi的局部径流系数，F－流域面积 城市径流系数与地面不透水性有很大关系表9－1 各种地表复盖的径流系数表,表9－2 区域不透水性综合径流系数,除了下垫面不透水程度，径流系数大小还与降雨特性、土壤含水量、地下水埋深等特性有关因此，在选用径流系数时，必须视具体情况而定市政部门常用的暴雨公式形式为： i＝ 167A（1＋C LgT）/（t＋B）n 式中, T — 重现期，年； i — 平均雨强，L／（s·hm2）； A、B、C、n — 暴雨公式的参数表9－3 我国部分城市暴雨公式的参数,,流域集流时间τ由下式计算 τ ＝ tc + mtf 式中,tc — 管道入水口坡面汇流时间，min； tf — 上游管道管流时间，min； m — 延缓系数，管道m＝2，明渠m＝1.2,计算坡面汇流时间的公式： （1）运动波法公式 tc＝1.359 L0.6 n0.6 i－0.4 J－0.3 式中，L — 坡面流长度，m； n — 地面糙率； i — 降雨强度，mm／min； J — 地面平均坡度。

2）机场排水公式 tc＝ 0.703（1.1－a）L0.5 J－0.333 式中，a — 径流系数 （3）SchaaKe公式 tc＝ 1.397 L0.24 J－0.16 I－0.26 式中，I — 不透水面积百分比表9－4 几种下垫面覆盖的糙率,,表9－5 几种区域地面糙率,管径的计算根据设计流量按满管重力流计算，这里仅介绍用曼宁公式计算圆管管径： D＝（3.2084nQp）3/8/J1／2 式中 D — 设计圆管管径，m； n — 圆管道糙率； Qp — 指定频率设计洪峰流 m3／s； J — 管道坡度 在实际应用时，实用管径应等于或稍大于计算出管径计算管道平均流速V有以下几种方法（以圆管为例） （1）按满管重力流用连续方程计算 V ＝ 4Qp/（πD 2） 式中, D — 实际采用的管径，m （2）按满管重力流用曼宁公式计算 V ＝ 0.397 n D 2／3 J 1／2,根据平均流速可计算得管流时间： tf＝L／（60V） 式中, L — 上游管道管长，m； tf— 上游平均管流时间，min 由上游管道的地面汇流时间和管流时间之和,得出设计管道的总集流时间τ代入推理公式可以推得管道设计洪峰流量。

管道各自独立地采用推理公式计算设计流量各管道设计流量并非由同一设计暴雨所形成，仅仅是在计算集流时间τ时，要用到上游管道的汇流时间而已 进入设计管道的流量不是一条路径，应把径流流时最长的那条路径的水流时间作为设计管段的集流时间应用推理公式推求管道设计流量框图,［算例］ 北京市某区域需要铺设排水管网管网上端三个管道，雨水井以及集水面积见示意图推求各管道二年一遇设计洪峰流量设计管道布设示意图,,,表9－6 排水区域与设计管道基本资料,具体计算是自上游管道向下游管道逐段推求设计流量先计算1号和2号管道设计流量、流速和管径最后计算3号管道设计流量、流速和管径 ,表9－7 北京市某区上游排水管道设计计算表,首先计算1号管道设计流量、流速和管径，计算过程及表中各栏说明如下：,第（1）栏，管道编号，与管首雨水井编号相同第（2）栏，管道集水面积，它是管首雨水井集水面积以及上游入水管道排水面积之和 F1＝5.1hm2,对应于各种下垫面情况的面积权重bi在表9－6已给定根据地面复盖物情况由表9－2查得对应的径流系数ai，则可计算得a1＝0.55×0.85＋0.60×0.15＝0.558,第（3）栏，管道排水面积的权重径流系数a＝∑aibi,第（4）栏，雨水井的地面汇流时间，这里采用机场排水公式计算。

tc ＝0.703（1.1－a）L0.5J－0.333 tc1＝0.703（1.1－0.556）1030.5×0.104－0.333 ＝ 17.7（min）,第（5）栏，各管道排水面积集流时间第1、2号管道位于上游顶端，管道排水面积等于管首雨水井集水面积，集流时间 τ1＝tc1＝17.7（min）,第（6）栏，设计雨强由表5－3查得北京市雨强公式，把T＝2年和t＝τ代入 i ＝ 167×11.98（1＋0.811Lg2）/（τ＋8）0.711 ＝ 2489.1/（τ＋8）0.711 i1＝ 2489.1/（17.7＋8）0.711 ＝ 248（L／s·hm2）,。