第三章雨水管渠系统的设计

一、 雨水管渠系统设计的要素 1雨水管渠系统的组成 房屋的雨水管道系统和设备 (雨水口)街坊或厂区雨水管渠系统 街道雨水管渠系统 排洪沟 雨水泵站 出水口

2 雨水管渠系统的任务 及时地汇集并排出暴雨形成的地面径流。以保障城市人民的生命财产的安全及工农业生产的正常进行，达到既合理又经济的要求。

3 雨水管道的主要设计内容 收集基础资料(收集资料,确定计算公式,设计参数,定线,流量及水力计算,绘图) 确定当地的暴雨强度公式 确定设计参数 划分排水流域,雨水管渠的定线 计算设计流量和进行管道的水力计算 绘制管道的平面图及纵剖面图

4 雨量分析 目的 确定降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的关系，以此作为雨水设计管渠设计的依据，估算排水管渠断面的尺寸 。

降雨量 降雨历时 分析要素 暴雨强度 降雨面积及汇水面积 降雨频率和重现期

年平均降雨量多年观测各年降雨平均值 月平均降雨量 年最大日降雨量 降雨量：降雨的绝对量，指某场降雨落在不透水平面上的水层深度。即降雨深度.H,mm 年平均降雨量多年观测各年降雨平均值 月平均降雨量 年最大日降雨量

降雨历时：连续降雨的时段, min,h 降雨面积：降雨所笼罩的面积 汇水面积：雨水管渠汇集雨水的面积

5 暴雨强度 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。(mm/min)

工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示q(L/ha‧s)。

降雨频率：等于或大于某特定值的暴雨强度出现的 次数m与观测资料总项数n之比。 降雨重现期：等于或大于某特定值的暴雨强度可能 出现一次的平均间隔时间。

暴雨强度公式 q:设计暴雨强度（L/s•ha) P:设计重现期（a） t：降雨历时（min） A1、c、b、n：地方参数

确定暴雨强度公式的步骤 收集当地气象台的自记雨量记录（一般不少于10年） 对雨量资料进行统计 根据p—i—t关系求解b、n、A1、c各个参数，得到当地暴雨强度公式 计算抽样误差和暴雨公式均方差 (给水排水设计手册第五册)排水工程上册附录3-1/184 我国若干城市暴雨强度公式,附录3-2/185

雨水管渠设计流量计算公式（极限强度法）： 第二节 雨水管渠设计流量的确定 雨水管渠设计流量计算公式（极限强度法）： Q = Ψ • q • F 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) ) 半理论半经验公式,推理公式,在国内外广泛使用

雨水径流成因 地面点上的产流过程 植物截留 降雨 余水(降雨强度大于入渗率) 地面径流 土壤渗流

流域上的汇流过程 流域： 沟、溪 地面径流 低洼处 江河 城市： 雨水管渠 地面径流 雨水口 江河

极限强度法原理 承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性 汇水面积的增长与降雨历时成正比 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更快

当t<τ0时，部分汇流。t增大，q减小，F增大，Q增大； 当t>τ0时，t增大，F不变，q减小，Q减小

极限强度理论的内容 当汇水面积上最远点的雨水达集流点时，全面积汇 流，雨水管渠的流量最大。 当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水达集流点 的集流时间时，雨水管道的雨量最大。

假设条件 降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的 降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变 汇水面积随集流时间增长的速度为常数

雨水管段的设计流量计算 各管段的雨水设计流量等于该管段承担的所有汇水面积和设计暴雨强度的乘积。

集水时间的确定 t=t1+mt2 t1:地面集水时间 t2:管内雨水流行时间 m:折减系数

地面集水时间t1的确定 影响因素： 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、暴雨强度等。 《室外排水设计规范》规定：一般采用t1=5～ 15min。

管渠内雨水流行时间t2的确定 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

折减系数m值的确定 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。 《室外排水设计规范》建议：暗管m=2.0，明渠 m=1.2。在陡坡地区，暗管m=1.2~2.0。

径流系数的确定 影响因素：地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时、暴雨强度、暴雨雨型等

一般市区的综合径流系数取Ψ=0.5～0.8， 郊区取Ψ=0.4～0.6 平均径流系数 区域综合径流系数 一般市区的综合径流系数取Ψ=0.5～0.8， 郊区取Ψ=0.4～0.6

设计重现期的确定 影响因素： 汇水面积的地面建设性质、地形特点、汇水面积和气象特点等。 重现期一般选用0.5～3a，对于重要地区，一般选用2～5a。 在同一个排水系统中可采用同一个设计重现期或不同的设计重现期。

特殊情况雨水设计流量的计算 当汇水面积的轮廓形状很不规则，即汇水面积呈畸形增长时（包括几个相距较远的独立区域雨水的交汇）；汇水面积地形坡度变化较大或汇水面积各部分径流系数有显著差异时，就可能发生管道的最大流量不是发生在全部面积参与径流时，而发生在部分面积参与汇流时。

计算各种可能情况下的雨水设计流量，取最大值 处理方法： 计算各种可能情况下的雨水设计流量，取最大值

径流调节 设置调节池 可供利用的调节池有：天然洼地、谷塘或池塘，以及 人工修建的调节池。

调节水池常用的布置形式 溢流堰式调节水池 设置在干管一侧，有进水管和出水管。进水管较高，出水管较低

底部流槽式调节水池 当进水量小于出水量时，雨水经设在池最底部的渐缩断面流槽全部流入下游干管而排走。 当进水量大于出水量时，池内水位逐渐上升，直到进水量减少至小于下游干管的通过能力时，池内水位才逐渐下降，至排空为止

第三节 雨水管渠系统的设计和计算

雨水管渠系统平面布置原则 出水口形式 地形坡度较大地区：雨水管布置在地形洼处或溪谷线上 地形平坦地区：雨水管布置在排水流域中间 利用地形排水,充分利用地 形，就近排入水体 地形坡度较大地区：雨水管布置在地形洼处或溪谷线上 地形平坦地区：雨水管布置在排水流域中间 出水口形式 利用自然坡度以最短的距离靠重力流把雨水排入附近的池塘、河流及湖泊等水体。 一般情况下地形坡度较大地区…… 此外还要注意出水口的布设…… 分散出水口：雨水排入池塘或小河 集中出水口 河流水位变化大的地区 地形平坦地区

处理协调好雨水管道与地下构筑物及其 它管线的相交 根据城市规划布置雨水管道 雨水管道平行道路布置 处理协调好雨水管道与地下构筑物及其 它管线的相交 根据建筑物的分布、道路布置、街区内部地形布置雨水管道。使街区内的绝大部分雨水以最短距离排入街道低侧雨水管。

雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、低洼处 道路上平均间隔30～80m应设置一雨水口 3合理布置雨水口 雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、低洼处 道路上平均间隔30～80m应设置一雨水口 雨水口的布置要使得路面雨水排出通畅。

设置排洪沟排出雨洪径流 城郊或新建工业区、建筑密度低的地区及交通量小的地区 尽量采用道路边沟排水以减少管道用量 4雨水管道采用明渠和暗管结合 采用明渠排水减小埋深，大大节省工程费用。但管理不善易淤积，影响环境卫生。 设置排洪沟排出雨洪径流

雨水管渠水力计算的设计参数 设计充满度 管道设计充满度按满流考虑 明渠超高≥0.20m 街道边沟超高≥0.03m

设计流速 最小流速：满流时 管道≥0.75m/s 明渠≥0.40m/s 最大流速： 管道：金属管道≤10m/s 非金属管道≤5m/s

干燥土壤：≤7～8m 多水、流沙、石灰岩地层：≤5m 最小管径及最小设计坡度 雨水管道：DNmin=300 imin=0.003 最大埋深：规定同污水管道 干燥土壤：≤7～8m 多水、流沙、石灰岩地层：≤5m

污水管道的衔接 尽可能提高下游管段高程，以减小埋深 原则 避免在上游管段中出现回水造成淤积 水面平接 方法 管顶平接

水面平接 适用于等管径相 接或小管径接大 管径 管顶平接 适用于小管径接大管径

跌水连接 适用于地面坡度很大的地区

控制点的确定 定义 对管道系统的埋深起控制作用的地点 位置 离出水口最远点 低洼地区的管道起点 先转换到CAD图中，分析管道的具体情况，在转到污水水力计算中进行算例讲解。

雨水管渠系统的设计步骤 收集和整理设计地区的各种原始资料 划分排水流域和管道定线 划分设计管段 划分并计算各设计管段的汇水面积 确定各排水流域的平均径流系数值 确定设计重现期P、地面集水时间t1 求单位面积径流量q0 列表进行雨水干管及支管的水力计算 绘制雨水管道平面图及纵剖面图

洋河镇雨水设计基础资料 洪水位：16.5m 常水位：14.3m 暴雨强度公式（附录）

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立体交叉道路排水 尽量缩小汇水面积 取用较高的排水设计标准 雨水口的布设位置要便于拦截径流 管道布置应于其它市政管道综合考虑 适当加大管道断面 设置排水及降低地下水位的措施

排洪沟的设计与计算

设计防洪标准 一般以洪峰流量计算的设计频率表示 根据城市、工厂的性质，规模大小、受淹后损失和 修复难易等因素综合考虑确定 一般设计重现期为10～100a

设计洪峰流量 洪水调查法：深入现场，勘察洪水位的痕迹，推出它发生的频率，选择和测量河槽断面。 Q = A • v

适用于流域面积为40～50km2的地区，以及山区城镇。 推理公式法 适用于流域面积为40～50km2的地区，以及山区城镇。 Ψ：洪峰径流系数 S：暴雨雨力(mm/h) F：流域面积 τ：流域的集流时间(h) n ：暴雨强度衰减系数

地区性经验公式 F:流域面积 K、n：随地区及洪水频率而变化的系数和 指数 该法使用方便，计算简单，但地方性较强。

设计原则 在设计流量确定后，渠线走向应多方案比较 合理利用地形坡度排水 排洪沟的布置应与城镇或厂区的总体规划密切配合 充分利用原有的天然沟道 渠线走向应选在地形较平缓，地质稳定地带，并要求 渠线短 最好将水导至城市下游，以减少河水顶托 尽量避免穿越铁路和公路 尽量减少弯道 排洪沟采用明渠还是暗管要视具体情况而定

进口布置要创造良好的导流条件，一般布置成喇叭口形 进口段长度不得小于3m，可取渠中水深的5～10倍。 设计要求 平面布置要求 进口布置要创造良好的导流条件，一般布置成喇叭口形 进口段长度不得小于3m，可取渠中水深的5～10倍。 直插式 侧流堰式 进口形式

应设置于地形地质良好的地段，并采取 护砌措施。 出口段 要使水流均匀平缓扩散，防止冲刷。 应设置于地形地质良好的地段，并采取 护砌措施。 当排洪沟直接排入河道时，出口宜逐渐 加宽成喇叭口形状。 当排洪沟穿越防洪堤时，应在出口设置 涵洞。

尽量布置成直线，若有弯道，要保证转 弯处良好的水流条件。 联结段 尽量布置成直线，若有弯道，要保证转 弯处良好的水流条件。 排洪沟的宽度发生变化时应设渐变段， 以防引起冲刷和涡流现象，渐变段长度 可取底宽差的5～20倍。 排洪沟穿越道路应设桥涵。 平面转弯处的半径一般不小于5～10倍的设计水面宽度。 外侧沟高除考虑水深以外，还要考虑内外侧的水位差，通常取该水位差的1/2。h ＝v2B/Rg

纵坡的确定 根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以及冲淤情况 等条件确定，通常不小于1％。 纵坡过大，需设置跌水或陡槽。

最大流速 防止山洪对沟底及沟壁的冲刷。 排洪沟不同的铺砌其最大设计流速也不同。 最小流速 防止排洪沟产生淤积。

排洪沟的断面形式、材料及其选择 断面形式：矩形或梯形 最小断面尺寸：B×H＝0.4m ×0.4m 铺砌材料：片石或块石

排洪沟的水力计算 排洪能力计算

水力要素计算 矩形断面 梯形断面 对梯形断面而言，若两边边坡不一样，计算面积时采用平均边坡，计算湿周时……

水力计算 已知Q、i 渠道断面 已知Q或v、n、渠道断面 i 已知渠道断面、n、i Q

洋河镇部分区域合流制管网计算 生活污水比流量：q0＝0.21L/s.ha n0=3