雨量分析與暴雨強(qiáng)度計(jì)算

1、10．1 雨量分析-暴雨強(qiáng)度公式,10.1.1 雨量分析1.降雨量2.降雨強(qiáng)度（暴雨強(qiáng)度）3.降雨面積和匯水面積4.降雨的頻率和重現(xiàn)期,10．1．2 暴雨強(qiáng)度公式,暴雨強(qiáng)度公式是( )、 ( )、( )三者間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，我國常用的暴雨強(qiáng)度公式為：,10．2 雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量計(jì)算,10．2．1 地面徑流與徑流系數(shù)徑流系數(shù)概念在雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，匯水面積通常是由各種性質(zhì)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(gè)匯水面積的徑流系數(shù)應(yīng)采用平均徑流系數(shù)也可采用區(qū)域的綜合徑流系數(shù)。一般市區(qū)的綜合徑流系數(shù)ψ＝0.5～0.8，郊區(qū)的綜合徑流系數(shù)ψ＝0.4～0.6。,10．2．2 斷面集水時(shí)間與折減系數(shù)1．集水時(shí)間——指雨水從匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)流到設(shè) 計(jì)的管道斷面所需時(shí)間。（min）2． 式中 —— 設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)（min）； t1 —— 地面集水時(shí)間（min）

3、； t2 —— 管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）； m —— 折減系數(shù)。,,,（1）地面集水時(shí)間 t1 的確定 地面集水時(shí)間是指雨水從匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)流到雨水口的地面流行時(shí)間。 地面集水時(shí)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(shí)踐中，地面集水時(shí)間通常不予計(jì)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(shí)，起點(diǎn)檢查井上游地面雨水流行距離以不超過120～150 m為宜。,應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w條件，合理地選定 t1值。 t1選用過大，將會(huì)造成排水不暢，致使管道上游地面經(jīng)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(jià)。,（2）管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間 t2的確定t2 是指雨水在管渠內(nèi)

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

6、實(shí)際時(shí)間偏小。 2）為了利用管道的調(diào)蓄能力，應(yīng)使管內(nèi)水流實(shí)際流速低于設(shè)計(jì)流速，故要延緩管內(nèi)流行時(shí)間 t2。,考慮到以上兩個(gè)原因，在設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)計(jì)算時(shí)引入了折減系數(shù)m，延緩了管內(nèi)流行時(shí)間，使之更接近于實(shí)際情況，并達(dá)到折減管段設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)管段的雨水設(shè)計(jì)流量應(yīng)等于該管段所承擔(dān)的全部匯水面積與該管段設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度的乘積。

7、 各管段的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度就是以管段設(shè)計(jì)斷面集水時(shí)間作為降雨歷時(shí)所對(duì)應(yīng)的暴雨強(qiáng)度。 由于各管段的集水時(shí)間不同，所以各管段的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度也不同。,2．例題,雨水從各匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)分別流入雨水口 a、b、c、d的地面集水時(shí)間均為τ1，并假設(shè)： 1）匯水面積隨集水時(shí)間的增加而均勻增加； 2）降雨歷時(shí) t 等于或大于匯水面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水流達(dá)設(shè)計(jì)斷面的集水時(shí)間τ1； 3）徑流系數(shù)ψ為定值。,（1）設(shè)計(jì)管段1～2的雨

8、水設(shè)計(jì)流量 直到 t＝τ1時(shí)，F(xiàn)1全部面積上的雨水均已全部流到設(shè)計(jì)斷面，這時(shí)管段1～2內(nèi)流量達(dá)到最大值。,,（L/s）,式中 q1—— 管段1～2的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，即相應(yīng)降雨歷時(shí) t＝τ1時(shí)的暴雨強(qiáng)度（L/s·ha）。,（2）設(shè)計(jì)管段2～3的雨水設(shè)計(jì)流量 該設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)斷面。 當(dāng) t＝τ1 + t 1－2時(shí)，F(xiàn)1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(dá)到最大值。即：,,（L/s）,式中 q2—— 管段2～3的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，即相應(yīng)于降雨歷時(shí) t＝τ1 + t 1－2的暴雨強(qiáng)度（L/s ·ha）； t 1－2—— 管段1～2的管內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）。,（3）設(shè)計(jì)管段3～4的雨水設(shè)計(jì)流量,,（L/s）,式中 q3—— 管段3～4的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，即相應(yīng)于降雨歷時(shí) t＝τ1 + t 1－2 + t 2－3的暴雨強(qiáng)

10、 度（L/s·ha）。 t 2－3—— 管段2～3的管內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）。,（4）設(shè)計(jì)管段4～5的雨水設(shè)計(jì)流量,,（L/s）,式中 q4—— 管段4～5的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，即相應(yīng)于降雨歷時(shí) t＝τ1 + t 1－2 + t 2－3 + t 3－4的暴 雨強(qiáng)度（L/s·ha）。 t 3－4—— 管段3～4的管內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）。,某雨水管線如圖所示，徑流系

11、數(shù)為0.5，q=1200（1+0.75lgT）/(t+5)0.61，重現(xiàn)期T=1a，F(xiàn)1、F2 F3的地面集水時(shí)間分別為10min、5min、10min，折減系數(shù)m=2，管內(nèi)流動(dòng)時(shí)間t1-2=5min，t2-3=3.75min，t4-3=3min，則2-3管段和3-5管段的設(shè)計(jì)流量分別是（ ）L/s，和（ ）L/s。,,10．3 雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)與計(jì)算,10.3.1 雨水管網(wǎng)平面布置特點(diǎn),1．充分利用地形，就近排入水體,雨水

12、管渠應(yīng)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(dāng)?shù)匦纹露容^大時(shí)，雨水干管布置在地形低處或溪谷線上；當(dāng)?shù)匦纹教箷r(shí)，雨水干管布置在排水流域的中間，以便于支管接入，盡量擴(kuò)大重力流排除雨水的范圍。分散出水口：當(dāng)管道將雨水排入池塘或小河時(shí)，水 位變化小，出水口構(gòu)造簡單，宜采用分散出水 口。就近排放管線短、管徑小，造價(jià)低。集中出水口式：當(dāng)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(yuǎn)時(shí)，出水口的構(gòu)造就復(fù) 雜，因而造價(jià)較高，此時(shí)宜采用集中出水口式 布置形式。,2．盡量避免設(shè)置雨水泵站 當(dāng)?shù)匦纹教?，且地面平均?biāo)高低于河流的洪水位標(biāo)高時(shí)，需將管道適當(dāng)集中，在出水口前設(shè)雨水泵站，經(jīng)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(jià)和經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用。,10.3.2 雨水管渠設(shè)計(jì)參數(shù),（一）水力計(jì)算的基本公式,,,式中 Q —— 流量（m

14、3/s）; ω —— 過水?dāng)嗝婷娣e（m2）； v —— 流速（m/s）； R —— 水力半徑（m）； I —— 水力坡度； n —— 粗糙系數(shù)。,（二）水力計(jì)算的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),1．設(shè)計(jì)充滿度 雨水中主要含有泥砂等無機(jī)物質(zhì)，不同于城市污水的性質(zhì)，加之暴雨徑流量大，而相應(yīng)較高設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的暴雨強(qiáng)度的降雨歷時(shí)較短。故管道設(shè)計(jì)充滿度按滿流考慮，即 h/D=1。明渠則應(yīng)有不小于0.20

15、 m的超高。,2．設(shè)計(jì)流速 為避免雨水所挾帶的泥砂等無機(jī)物在管渠內(nèi)沉積下來而堵塞管道，我國設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定滿流時(shí)管道最小設(shè)計(jì)流速為0.75 m/s；明渠最小設(shè)計(jì)流速為0.4 m/s。 為防止管壁受到?jīng)_刷而損壞，雨水管渠的最大設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流速,3．最小管徑和最小設(shè)計(jì)坡度 雨水管道的最小管徑為300 mm，相應(yīng)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(yīng)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(nèi)不貯留水，且地下水位較深時(shí)，其最小埋深則可不考慮冰凍影響，但應(yīng)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(wǎng)設(shè)計(jì)步驟,（一）劃分排水流域，進(jìn)行管道定線 根據(jù)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(nèi)，結(jié)合建筑物及雨水口分布，

17、充分利用各排水流域內(nèi)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(shè)計(jì)管段 根據(jù)管道的具體位置，在管道轉(zhuǎn)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(yīng)設(shè)置檢查井。把兩個(gè)檢查井之間流量不變且預(yù)計(jì)管徑和坡度也不變的管段定為設(shè)計(jì)管段。并從管段上游往下游依次進(jìn)行檢查井的編號(hào)。,（三）確定各設(shè)計(jì)管段的匯水面積 各設(shè)計(jì)管段

18、匯水面積的劃分應(yīng)結(jié)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(shí)，可按就近排入附近雨水管道的原則劃分； 地形坡度較大時(shí)，應(yīng)按地面雨水徑流的水流方向劃分。并將每塊面積進(jìn)行編號(hào)，計(jì)算其面積并將數(shù)值標(biāo)注在圖上。匯水面積除包括街坊外，還應(yīng)包括街道、綠地等。,（四）確定各排水流域的平均徑流系數(shù) 通常根據(jù)排水流域內(nèi)各類地面的面積數(shù)或所占比例，計(jì)算出該排水流域的平均徑流系數(shù)。也可根據(jù)規(guī)劃的地區(qū)類別，采用

19、區(qū)域綜合徑流系數(shù)。,（五）確定設(shè)計(jì)重現(xiàn)期 P 和地面集水時(shí)間 t1 結(jié)合地形特點(diǎn)、匯水面積的地區(qū)建設(shè)性質(zhì)和氣象特點(diǎn)確定設(shè)計(jì)重現(xiàn)期。各排水流域的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可相同，也可不同。 根據(jù)設(shè)計(jì)地區(qū)的建筑密度、地形坡度和地面覆蓋種類、街坊內(nèi)是否設(shè)置雨水暗管等，確定雨水管道的地面集水時(shí)間。,（六）求單位面積徑流量 q0 暴雨強(qiáng)度 q與徑流系數(shù)ψ的乘積，稱為單位面積徑流量 q0。即：,對(duì)于某一設(shè)計(jì)來說，式中P、t1、ψ、m、A

20、1、b、c、n均為已知數(shù)，只要求得各管段的管內(nèi)雨水流行時(shí)間 t2，就可求出相應(yīng)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(jì)算 列表進(jìn)行雨水干管的水力計(jì)算，求得各設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量。并確定各設(shè)計(jì)管段的管徑、坡度、流速、管內(nèi)底標(biāo)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(wǎng)設(shè)計(jì)與計(jì)算,10.4.1 合流制管網(wǎng)的使用條件和布置特點(diǎn),1．截流式合流制排水管渠的使用條件（1）排水區(qū)域內(nèi)有一處或多處水源充沛的水體，其流量和流速都足夠大，當(dāng)一定量的混合污水排入后對(duì)水體造成的污染危害程度在允許的范圍以內(nèi)；,,（2）街坊和街道的建設(shè)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(shè)置位置受到限制時(shí)；（3）地

22、面有一定的坡度傾向水體，當(dāng)水體出現(xiàn)高水位時(shí)，岸邊不受淹沒。污水在中途不需要泵汲。,2．布置特點(diǎn)（1）管渠的布置應(yīng)使所有服務(wù)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(dāng)位置設(shè)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(shù)目和位置●從對(duì)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(hù)受納水體，溢流井的數(shù)目宜少，其位置應(yīng)盡可能設(shè)置在水體的下游?！駨慕?jīng)濟(jì)上講，溢流井過多，會(huì)提高溢流井和排放管渠的造價(jià)，特別是在溢流井離水體遠(yuǎn)，施工條件困難時(shí)更是如此。當(dāng)溢流井的溢流堰口標(biāo)高低于受納水體的最高水位時(shí)，需在排放管渠上設(shè)置防潮門、閘門或排澇泵站。為減少泵站造價(jià)、減少對(duì)水體的污染和便于管理，溢流井應(yīng)適當(dāng)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(nèi)，如雨水可沿地面的道路邊溝排

24、泄，則該區(qū)域內(nèi)可只設(shè)污水管道。只有當(dāng)雨水不能沿地面排泄時(shí)，才考慮設(shè)置合流管渠。,10.4．2 截流式合流制排水管渠的設(shè)計(jì)流量,1．第一個(gè)溢流井上游管渠的設(shè)計(jì)流量,第一個(gè)溢流井上游管渠的設(shè)計(jì)流量為設(shè)計(jì)生活污水量Qs、設(shè)計(jì)工業(yè)廢水量 Qg和設(shè)計(jì)雨水量 Qy之和 Q = Q s + Q g + Q y = Q h + Q y,要求高的場(chǎng)合可取最大時(shí)生活污水量和最大生產(chǎn)班內(nèi)的最大時(shí)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(nèi)平均日工業(yè)廢水量。,,Q s + Q g為晴天的設(shè)計(jì)流量，稱為旱流流量 Qh。由于 Q h相對(duì)較小，Q 計(jì)算所得的管徑、坡度和流速，應(yīng)用旱流流量 Q h進(jìn)行校核，檢查管道在輸送旱流流量時(shí)是否滿足最小流速的要求。,2．溢流井下游管渠的設(shè)計(jì)流量,溢流井下游管渠的雨水設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流量，按相當(dāng)于此匯水面積的集水時(shí)間求得。,,溢流井下游管段的設(shè)計(jì)流量是雨水設(shè)計(jì)流量與生活污水設(shè)計(jì)流量及工業(yè)廢水設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流量與工業(yè)廢水設(shè)計(jì)流

27、量之和。,3．從溢流井溢出的混合污水設(shè)計(jì)流量 當(dāng)溢流井上游管段的設(shè)計(jì)流量超過溢流井下游管段的截流能力后，就會(huì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例,[題意]某城市一個(gè)區(qū)的截流式合流管道平面布置如圖9-1，設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)如下： 該市的暴雨強(qiáng)度公式為q=10

28、020(1+0.56㏒P)/(t+36); 1.設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用1a，地面集水時(shí)間t1=10min，該設(shè)計(jì)區(qū)域平均徑流系數(shù)ψ=0.45。 2.設(shè)計(jì)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(shù)n0=3。 4.管道起點(diǎn)埋深為1.70m。 5.河流的平均洪水位為18.000m。 6.各設(shè)計(jì)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(biāo)高如表9-3所示。 試進(jìn)行管段1-6的水力計(jì)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(jì)算與雨水管道的計(jì)算基本相同，只是它的設(shè)計(jì)流量要包括雨水、生活污水和工業(yè)廢水。計(jì)算時(shí)，先劃分設(shè)計(jì)管段及其匯水面積，計(jì)算每塊面積的大小；再計(jì)算設(shè)計(jì)流量，包括雨水量、生活污水量和工業(yè)廢水量；然后根據(jù)設(shè)計(jì)流量查滿流的水力計(jì)算圖見附錄12-1附圖13，