雨水管渠的设计.ppt
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1、雨水管渠系统的设计 雨水管渠系统的组成 n雨水口 n雨水管渠 n检查井 n出水口 n雨水泵站 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。 雨水管渠的主要设计内容 n收集基础资料 n确定当地的暴雨强度公式 n确定设计参数 n划分排水流域 n雨水管渠的定线 n计算设计流量和进行管渠的水力计算 n绘制管渠的平面图及纵剖面图 雨量分析 n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 。 分析要素分析要素 降雨量 降雨历时 暴雨强度 降雨面积
2、及汇水面积 降雨频率和重现期 n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。 v年平均降雨量 v月平均降雨量 v年最大日降雨量 n降雨历时:连续降雨的时段 n降雨面积:降雨所笼罩的面积 n汇水面积:雨水管渠汇集雨水的面积 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。 工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体 积表示积表示q(L/haq(L/ha s) s)。 n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 。 n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。
3、暴雨强度公式 q:q:设计暴雨强度(设计暴雨强度(L/sha) P:L/sha) P:设计重现期(设计重现期(a a) t t:降雨历时(降雨历时(minmin) A A 1 1 、c c、b b、n n:地方参数地方参数 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pit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 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 = q F 式中:Q雨水设计流量( L/s ) 径流系数,其数值小于1; F汇水面积(ha) q设计暴雨强度(
4、 L/(sha) ) 雨水径流成因 n地面点上的产流过程 植物截留 降雨 余水 地面径流 土壤渗流 n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t0时,t增大,F不变,q减小,Q减小 极限强度理论的内容 n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。 n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
5、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。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=515min。 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
6、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 按极限强度法计算的重力流雨水管道存在 空隙容量。 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=1.22.0。 径流系数的确定 影响因素:影响因素:地面覆盖情况地面覆盖情况、地面坡度、地貌、地面坡度、地貌 、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时、 暴雨强度、暴雨雨型等暴雨强度、暴雨雨型等 v平均径流系数 vv区域综合区域综合径流系数径流系数 一般市区的综合径流系数取一般市区的综合径流系数
7、取=0.5=0.50.80.8, 郊区取郊区取=0.4=0.40.60.6 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0.53a,对于重要地区,一 般选用25a。 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。 处理方法: 计算各种可能情况下的
8、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 n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。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,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
9、下降,至排空为止池内水位才逐渐下降,至排空为止 调节池容积的计算 调节池内最高水位与最低水位之间的容 积为有效调节容积 :调节池上游干管设计流量(m3/s) :相应于Qmax时的设计降雨历时(s) :下游干管设计流量的降低系数 调节池下游干管设计流量计算 QQ:调节池下游干管汇水面积上的雨调节池下游干管汇水面积上的雨 水水 设计流量设计流量 校核调节池的放空时间 出水管管径的估算: V=5001000m3 D=150250mm V=10002000m3 D=200300mm 放空时间按照水力学中变水头下的非稳定流进行放空时间按照水力学中变水头下的非稳定流进行 计算,不得超过计算,不得超过24h
10、 24h ,然后按照调节池放空时间要然后按照调节池放空时间要 求校核选用的出水管管径是否满足求校核选用的出水管管径是否满足 雨水管渠系统的设计和计算 雨水管渠系统平面布置原则 l利用地形排水 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地形平坦地区:雨水管布置在排水流域中间 出水口形式出水口形式 分散出水口:雨水排入池塘或小河分散出水口:雨水排入池塘或小河 集中出水口集中出水口 河流水位变化大的地区河流水位变化大的地区 地形平坦地区地形平坦地区 雨水管道布置与城市规划相协调雨水管道布置与城市规划相协调
11、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 l合理布置雨水口 雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、雨水口应设置在街道交叉路口的汇水点、 低洼处低洼处 道路上平均间隔道路上平均间隔303080m80m应设置一雨水口应设置一雨水口 l有条件时应尽量采用明渠排水 城郊或新建工业区、建筑密度低的地区及交通城郊或新建工业区、建筑密度低的地区及交通 量小的地区量小的地区 尽量采用道路边沟排水以减少管道用量尽量采用道路边沟排水以减少管道用量 设置排洪沟排出雨洪径流设置排洪沟排出雨洪径流 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 雨水管渠水力
12、计算的设计参数 设计流速设计流速 最小流速:最小流速: 管道管道0.75m/s0.75m/s 明渠明渠0.40m/s0.40m/s 最大流速:最大流速: 管道:金属管道管道:金属管道10m/s10m/s 非金属管道非金属管道5m/s 5m/s 最小管径及最小设计坡度 雨水管道:DNmin=300 imin=0.003 雨水口连接管:DNmin=200 imin=0.010 最大埋深 干燥土壤:干燥土壤:7 78m8m 多水、流沙、石灰岩地层:多水、流沙、石灰岩地层:5m5m 管道衔接方式 管顶平接 雨水管渠水力计算方法 已知条件:n、Q 未知条件:i参照地面坡度或相应管径的最小坡 度,假定管底
13、坡度 D、v 从水力计算图或表中求得 公式公式 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 1 23 4 5 6 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
14、施 排洪沟的设计与计算 设计防洪标准 u一般以洪峰流量计算的设计频率表示 u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 u一般设计重现期为10100a 设计洪峰流量 u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 u推理公式法 适用于流域面积为4050km2的地区,以及山区 城镇。 :洪峰径流系数洪峰径流系数 S S:暴雨雨力暴雨雨力(mm/h) F(mm/h) F:流域面积流域面积 :流域的集流时间流域的集流时间(h) n (h) n :暴雨强度衰减系数暴雨强度衰减系数 u地区性经验公式 F:F:流域面积流
15、域面积 K K、n n:随地区及洪水频率而变化的系数和随地区及洪水频率而变化的系数和 指数指数 设计原则 u在设计流量确定后,渠线走向应多方案比较 u合理利用地形坡度排水 u排洪沟的布置应与城镇或厂区的总体规划密切配合 u充分利用原有的天然沟道 u渠线走向应选在地形较平缓,地质稳定地带,并要 求渠线短 u最好将水导至城市下游,以减少河水顶托 u尽量避免穿越铁路和公路 u尽量减少弯道 u排洪沟采用明渠还是暗管要视具体情况而定 设计要求 u平面布置要求 进口形式进口形式 直插直插式式 侧流堰式侧流堰式 进口布置要创造良好的导流条件,一般布置进口布置要创造良好的导流条件,一般布置 成喇叭口形成喇叭口
16、形 进口段长度不得小于进口段长度不得小于3m3m,可取渠中水深的可取渠中水深的5 5 1010倍。倍。 u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。 u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520倍。 排洪沟穿越道路应设桥涵。 u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
17、陡槽。 u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 。 u最小流速 防止排洪沟产生淤积。 u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:BH0.4m 0.4m 铺砌材料:片石或块石 排洪沟的水力计算 u排洪能力计 算 u矩形断面 u梯形断面 水力要素计算水力要素计算 u已知Q、i 渠道断面 u已知Q或v、n、渠道断面 i u已知渠道断面、n、i Q 水力计算水力计算 合流制管渠系统的设计 截流式合流制系统的工作情况 n晴天 截流管以非满流将生活污水、工业废水送 往污水厂进行处理。 n雨天 Qq时,混合水全部送入污水处理厂 Qq时,部分
18、混合水送入污水厂,部分水 从溢流井溢出直接进入水体 截流式合流制系统的使用条件 v雨水稀少地区 v排水区域内有一处或多处水源充沛的水体 v必须采用暗管渠排除雨水,但街道横断面 较窄管渠位置受限 v地面有一定的坡度倾向水体,当水体高水 位时,岸边不受淹没 布置特点 n管渠的布置应使所有服务面积上的污废水均能 合理地排入管渠,并以尽可能短的距离坡向水 体。 n沿水体岸边布置与水体平行的截流干管,在截 流干管的适当位置上设置溢流井 n须合理确定溢流井的数目和位置,既要减小对 水体的污染,又要减小截流干管的尺寸及长度 n在合适的排水区域内,合流制排水系统的上游 可只设污水管道 合流制排水管渠的设计流量
19、 n第一个溢流井中上游管渠的设计流量 Q=Qs+Qi+Qr Qs :生活污水设计流量 Qi :工业废水设计流量 Qr:雨水设计流量 n实际工程中,若Qs+Qi5 Qr,则Qs、Qi 可不计。 n雨水设计流量往往比生活污水及工业废水 设计流量大得多,因此,生活污水及工业 废水设计流量对管径和坡度的影响很小。 :生活污水平均流量生活污水平均流量 :工业废水最大班平均流量工业废水最大班平均流量 旱流流量旱流流量 溢流井下游管渠的设计流量 n雨水设计流量 QQ r r :溢流井下游排水面积上的雨水设计流量溢流井下游排水面积上的雨水设计流量 n n0 0 :截流倍数,溢流时截流的雨水与旱流流量之比。截流
20、倍数,溢流时截流的雨水与旱流流量之比。 与污水水量、水质以及总变化系数,水体的卫生要与污水水量、水质以及总变化系数,水体的卫生要 求、水文、气象等有关。求、水文、气象等有关。 规范规定取用规范规定取用1 15 5,通常采用,通常采用n n 0 0 3 3。 截流倍数n0 n在居住区内排入大河流(Q10m3/s) n012 n在居住区内排入小河流(Q=510m3/s) n035 n在区域泵站和总泵站前及排水总管端部 n00.52 n在处理构筑物旁 n00.51 n工厂区 n013 n溢流井下游管渠的设计流 量 合流制排水管渠的水力计算 n水力计算内容 合理确定溢流井的位置和数目合理确定溢流井的位
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