市政工程基础给水排水工程4资料优秀PPT.ppt
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1、第第七七章章 城市雨水管道系统规划城市雨水管道系统规划7.1 雨水管网布置1充分利用地形,就近排入水体(1)基本原则:雨水管渠应尽量利用自然地形坡度布置,要以最短的距离靠重力流将雨水排入旁边的池塘、河流、湖泊等水体中。(2)当地形坡度较大时,雨水干管布置在地形低处或溪谷线上;当地形平坦时,雨水干管布置在排水流域的中间,以便于支管接入,尽量扩大重力流解除雨水的范围。2尽量避开设置雨水泵站 当地形平坦,且地面平均标凹凸于河流的洪水位标高时,需将管道适当集中,在出水口前设雨水泵站,经抽升后排入水体。尽可能使通过雨水泵站的流量减到最小,以节约泵站的工程造价和常常运行费用。3依据城市规划布置雨水管道 通
2、常应依据建筑物的分布,道路布置及邻居或通常应依据建筑物的分布,道路布置及邻居或小区内部的地形,出水口的位置等布置雨水管道,小区内部的地形,出水口的位置等布置雨水管道,使邻居或小区内大部分雨水以最短距离排入街道低使邻居或小区内大部分雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道。侧的雨水管道。雨水干管的平面和竖向布置应考虑雨水干管的平面和竖向布置应考虑与其它地下管线与其它地下管线 和构筑物在相交处相互协调,以满和构筑物在相交处相互协调,以满足其最小净距的要求。市区内如有可利用的池塘、足其最小净距的要求。市区内如有可利用的池塘、凹地等,可考虑雨水的调蓄。在有连接条件的地方,凹地等,可考虑雨水的调蓄。在有连接
3、条件的地方,可考虑两个管可考虑两个管 渠系统之间的连接。渠系统之间的连接。v 雨水管道应平行道路敷设,宜布置在人行道或绿化带下,不宜布置在快车道下,以免积水时影响交通或修理管道时破坏路面。当道路大于40 m时,应考虑在道路两侧分别设置雨水管道。4接受明渠或暗管的选择 (1)暗管:在城市市区或厂区内,由于建筑密度高,交 通量大,一般接受暗管解除雨水。特点-卫生条件好、不影响交通,造价高。(2)明渠:在城市郊区,建筑密度较低,交通量较小的地方,一般考虑接受明渠。特点-造价低;但明渠简洁淤积,孳生蚊蝇,影响环境卫生,且明渠占地大,使道路的竖向规划和横断面设计受限,桥涵费用也增加。在地形平坦、埋设深度
4、或出水口深度受限制的地区,可接受暗渠(盖板渠)解除雨水5合理布置雨水口,保证路面雨水顺畅解除 雨水口的布置应依据地形和汇水面积确定,以使雨水不致漫过路口。一般在道路交叉口的汇水点、低凹地段均应设置雨水口。此外,在道路上每隔2550 m也应设置雨水口。此外,在道路路面上应尽可能利用道路边沟解除雨水,为此,在每条雨水干管的起端,通常利用道路边沟解除雨水,从而削减暗管长度约100150 m,降低了整个管渠工程的造价。6雨水出水口的布置(1)分散出水口:当管道将雨水排入池塘或小河时,水位变更小,出水口构造简洁,宜接受分散出水口。就近排放管线短、管径小,造价低。(2)集中出水口式:当河流等水体的水位变更
5、很大,管道的出水口离常水位较远时,出水口的构造就困难,因而造价较高,此时宜接受集中出水口式布置形式。7排洪沟的设置 对于傍山建设的城市和厂矿企业,为了消退洪水的影响,除在设计地区内部设置雨水管道外,尚应考虑在设计地区四周或超过设计地区设置排洪沟,以拦截从分水岭以内排泄下来的洪水,并将其引入旁边水体,以保证城市和厂矿企业的平安。7.2 雨水管网设计与计算 雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物组成的一整套工程设施。雨水管渠系统的任务就是刚好汇合并解除暴雨所形成的地面径流,以保障人民的生命平安和正常生产。1 1确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线;确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度
6、曲线;2 2划分排水流域,进行雨水管渠的定线;划分排水流域,进行雨水管渠的定线;3 3划分设计管段,计算各设计管段雨水设计流量;划分设计管段,计算各设计管段雨水设计流量;4 4进行管渠的水力计算,确定各设计管段的管径、进行管渠的水力计算,确定各设计管段的管径、坡度、标高及埋深。坡度、标高及埋深。5 5绘制管渠平面图及纵剖面图。绘制管渠平面图及纵剖面图。一、雨水管渠设计的主要内容包括一、雨水管渠设计的主要内容包括二、雨量分析与暴雨强度公式二、雨量分析与暴雨强度公式 雨水设计流量是雨水管渠系统设计的依据。由于雨雨水设计流量是雨水管渠系统设计的依据。由于雨水径流的特点是流量大而历时短,因此应对雨量进
7、行水径流的特点是流量大而历时短,因此应对雨量进行分析,以便经济合理地推算暴雨量和径流量,作为雨分析,以便经济合理地推算暴雨量和径流量,作为雨水管渠的设计流量。水管渠的设计流量。(一)雨量分析:降雨现象的分析,是用降雨量、降雨现象的分析,是用降雨量、暴雨强度、降雨历时、降雨面积和重现期等因素来暴雨强度、降雨历时、降雨面积和重现期等因素来表示降雨的特征。表示降雨的特征。1降雨量 降雨量是指降雨的确定量,是用降雨深度 H(mm)表示,也可用单位面积上的降雨体积(L/ha)表示。在探讨降雨时,很少以一场雨为对象,而常用单位时辰表示:(1)年平均降雨量:指多年观测所得的各年降雨量的平均值。(2)月平均降
8、雨量:指多年观测所得的各月降雨量的平均值。(3)年最大日降雨量:指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的确定量。2 2降雨历时降雨历时 是指连续降雨的时段,可以指一场雨全部的时间,是指连续降雨的时段,可以指一场雨全部的时间,也可以指其中个别的连续时段。用也可以指其中个别的连续时段。用 t t表示,单位以表示,单位以 minmin或或 h h计,从自计雨量记录纸上干脆读得。计,从自计雨量记录纸上干脆读得。3降雨强度(暴雨强度)降雨强度是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,用 i表示。(mm/min)在工程上统计的降雨多属暴雨性质,故称暴雨强度,常用单位时间内单位面积上的降雨
9、体积 q(L/sha)表示。q与 i之间的换算关系为:q167i式中 167换算系数。暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标,也是确定暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标,也是确定暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标,也是确定暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标,也是确定雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中,暴雨强雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中,暴雨强雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中,暴雨强雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中,暴雨强度是随降雨历时变更的。所取的降雨历时长,则与该度是随降雨历时变更的。所取的降雨历时长,则与该度是随降雨历时变更的。所取的降雨历时长,则与该度是随降雨历时变更的。所
10、取的降雨历时长,则与该历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的暴雨强度。在推求暴雨强度公式时,降雨历时常接受在推求暴雨强度公式时,降雨历时常接受在推求暴雨强度公式时,降雨历时常接受在推求暴雨强度公式时,降雨历时常接受5 5 5 5、10101010、15151515、20202020、30303030、45454545、60606060、90909090、120 min 9120 min 9120 min 9120 min 9个时段。在分析暴个时段。在分
11、析暴个时段。在分析暴个时段。在分析暴雨资料时,必需选用对应各降雨历时的最大降雨量。雨资料时,必需选用对应各降雨历时的最大降雨量。雨资料时,必需选用对应各降雨历时的最大降雨量。雨资料时,必需选用对应各降雨历时的最大降雨量。由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的,由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的,由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的,由于在各降雨历时内每个时刻的暴雨强度也是不同的,所以计算出的各历时的暴雨强度称为最大平均暴雨强所以计算出的各历时的暴雨强度称为最大平均暴雨强所以计算出的各历时的暴雨强度称为最大平均暴雨强所以计算出的各历时的暴雨强度称为最大平均暴雨强度。
12、度。度。度。4降雨面积和汇水面积(1)降雨面积是指降雨所覆盖的面积,即降雨的范围。(2)汇水面积是指雨水管渠汇合雨水的面积,用 F表示,以公顷或平方公里为单位(ha或km2)。任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的,但在城镇雨水管渠系统设计中,设计管渠的汇水面积较小,一般小于100 km2,其汇水面积上最远点的集水时间不超过60 min到120 min,这种较小的汇水面积,在工程上称为小汇水面积。在小汇水面积上可忽视降雨的非匀整分布,认为各点的暴雨强度都相等。5降雨的频率和重现期(1 1)暴雨强度的频率)暴雨强度的频率 某一大小的暴雨强度出现的可能性是不能预知的,某一大小的暴雨强度出现
13、的可能性是不能预知的,只能通过对以往大量观测资料的统计分析,计算其发只能通过对以往大量观测资料的统计分析,计算其发生的频率,才能推求其今后发生的可能性。生的频率,才能推求其今后发生的可能性。某特定值暴雨强度的某特定值暴雨强度的频率是指等于或大于该值的暴是指等于或大于该值的暴雨强度出现的次数雨强度出现的次数 mm与观测资料总项数与观测资料总项数 n n之比的百分之比的百分数,即:数,即:%nn观测资料总项数观测资料总项数mm暴雨强度出现的次数暴雨强度出现的次数 若每年只选一个雨样,称为年频率式若每年只选一个雨样,称为年频率式 n n=NN,NN降雨观测资料的年数降雨观测资料的年数 若平均每年选入
14、若平均每年选入 MM个雨样数,称为次频率式。个雨样数,称为次频率式。n n=NNMM,M每年选入的平均雨样数 这确定义是假定降雨观测资料年限特别长,可代这确定义是假定降雨观测资料年限特别长,可代这确定义是假定降雨观测资料年限特别长,可代这确定义是假定降雨观测资料年限特别长,可代表降雨的整个历史过程。但事实上是不行能的,只能表降雨的整个历史过程。但事实上是不行能的,只能表降雨的整个历史过程。但事实上是不行能的,只能表降雨的整个历史过程。但事实上是不行能的,只能取得确定年限内的暴雨强度值,因而取得确定年限内的暴雨强度值,因而取得确定年限内的暴雨强度值,因而取得确定年限内的暴雨强度值,因而n n n
15、 n是有限的。按是有限的。按是有限的。按是有限的。按上式求得的暴雨强度的频率,只能反映确定时期内的上式求得的暴雨强度的频率,只能反映确定时期内的上式求得的暴雨强度的频率,只能反映确定时期内的上式求得的暴雨强度的频率,只能反映确定时期内的阅历,不能反映整个降雨的规律,故称为阅历频率。阅历,不能反映整个降雨的规律,故称为阅历频率。阅历,不能反映整个降雨的规律,故称为阅历频率。阅历,不能反映整个降雨的规律,故称为阅历频率。因此,水文计算常接受公式因此,水文计算常接受公式因此,水文计算常接受公式因此,水文计算常接受公式 计算年频率,用公式计算年频率,用公式计算年频率,用公式计算年频率,用公式 计算次频
16、率。观测资料的年限愈长,阅历频率出现计算次频率。观测资料的年限愈长,阅历频率出现计算次频率。观测资料的年限愈长,阅历频率出现计算次频率。观测资料的年限愈长,阅历频率出现的误差也就愈小。的误差也就愈小。的误差也就愈小。的误差也就愈小。我国现行室外排水设计规范规定,在编制暴雨我国现行室外排水设计规范规定,在编制暴雨强度公式时必需具有强度公式时必需具有10 a10 a以上自计雨量记录。在自计以上自计雨量记录。在自计雨量记录纸上,按降雨历时为雨量记录纸上,按降雨历时为 5 5、1010、1515、2020、3030、4545、6060、9090、120 min120 min,每年每个历时选择,每年每个
17、历时选择 6 68 8场场最大暴雨记录,计算其暴雨强度值,然后不论年次,最大暴雨记录,计算其暴雨强度值,然后不论年次,将每个历时的暴雨强度按大小次序排列,再从中选择将每个历时的暴雨强度按大小次序排列,再从中选择资料年数的资料年数的 3 34 4倍的最大值,作为统计的基础资料。倍的最大值,作为统计的基础资料。(2 2)暴雨强度的重现期)暴雨强度的重现期 某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值的某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间,一般用暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间,一般用 P P表表示,以年为单位,按如下公式进行计算:示,以年为单位,按如下公式
18、进行计算:式中 P 暴雨强度的重现期(a);N 资料记录的年限(a);m 等于或大于某特定值的暴雨强度出现的次数。重现期 P与年频率 Pn互为倒数,即(二)暴雨强度公式(二)暴雨强度公式 暴雨强度公式是在各地自计雨量记录分析整理暴雨强度公式是在各地自计雨量记录分析整理的基础上,依据我国现行室外排水设计规范规的基础上,依据我国现行室外排水设计规范规定的方法推求出来的。定的方法推求出来的。暴雨强度公式是暴雨强度暴雨强度公式是暴雨强度 i i(或(或q q)、降雨历时)、降雨历时 t t、重现期重现期 P P三者间关系的数学表达式,是雨水管渠的三者间关系的数学表达式,是雨水管渠的设计依据。我国常用的
19、暴雨强度公式为:设计依据。我国常用的暴雨强度公式为:式中 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,依据统计方法计算确定。我国给水排水设计手册第5册收录了我国若干城市的暴雨强度公式,统计时可干脆选用。目前尚无暴雨强度公式的城镇,可借用旁边气象条件相像地区城市的暴雨强度公式。三、雨水管网设计流量计算三、雨水管网设计流量计算(一)地面径流与径流系数(一)地面径流与径流系数(一)地面径流与径流系数(一)地面径流与径流系数1地面径流:在地面沿地面坡度流淌的雨水,称为地面径流。雨水管渠就是收集雨水地面径流量。2径流系数 降雨量降雨量 地面渗
20、水量,余水(两者之差)在地面地面渗水量,余水(两者之差)在地面 起先积水,产生地面径流起先积水,产生地面径流降雨强度q大,地面径流量也大降雨强度q=入渗率,余水率=0,由于地面积水仍有地面径流。影响径流系数的因素主要有汇水面积的地面覆盖状况、地面坡度、地貌、建筑密度的大小、路面铺砌等。此外,还与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。要精确确定 值,难度较大。目前在雨水管渠设计中,通常接受按地面覆盖种类确定的阅历数值。我国现行我国现行室外排水设计规范室外排水设计规范中规定的径流系数中规定的径流系数 值见下表:值见下表:径流系数值地面种类地面种类值值各种屋面、混凝土和沥青路面各种屋面、混凝土和沥青路面
21、0.900.90大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面路面0.600.60级配碎石路面级配碎石路面0.450.45干砌砖石和碎石路面干砌砖石和碎石路面0.400.40非铺砌土路面非铺砌土路面0.300.30公园或绿地公园或绿地0.150.15 在雨水管渠系统设计中,汇水面积通常是由各种性在雨水管渠系统设计中,汇水面积通常是由各种性质的地面覆盖组成的,随着它们占有的面积比例变更,质的地面覆盖组成的,随着它们占有的面积比例变更,值也各异。因此整个汇水面积的径流系数应接受平值也各异。因此整个汇水面积的径流系数应接受平均径流系数,其值是按各类地面面积用加权平均法计均径
22、流系数,其值是按各类地面面积用加权平均法计算求得,即:算求得,即:式中式中 i i 汇水面积上各类地面的面积(汇水面积上各类地面的面积(haha););i i相应于各类地面的径流系数;相应于各类地面的径流系数;全部汇水面积(全部汇水面积(haha)。)。也可接受区域的综合径流系数。一般市区的综合也可接受区域的综合径流系数。一般市区的综合径流系数径流系数0.50.50.80.8,郊区的综合径流系数,郊区的综合径流系数0.40.40.60.6。(二)(二)断面集水时间与折减系数断面集水时间与折减系数1 1集水时间集水时间指雨水从汇水面积上最远点流到设指雨水从汇水面积上最远点流到设 计的管道断面所需
23、时间。(计的管道断面所需时间。(minmin)2 2 式中式中 设计降雨历时(设计降雨历时(minmin););t t1 1 地面集水时间(地面集水时间(minmin););t t2 2 管渠内雨水流行时间(管渠内雨水流行时间(minmin););m m 折减系数。折减系数。(1 1)地面集水时间)地面集水时间 t1 t1 的确定的确定 地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到雨水口的地面流行时间。雨水口的地面流行时间。地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植被地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植被状况、距离长短等因素的影响,主要取决于水流距状况
24、、距离长短等因素的影响,主要取决于水流距离的长短和地面坡度。在工程实践中,地面集水时离的长短和地面坡度。在工程实践中,地面集水时间通常不予计算,一般接受间通常不予计算,一般接受5 515 min15 min。一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置较密一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置较密的地区,宜接受较小值,取的地区,宜接受较小值,取 t1 t15 58 min8 min。在建筑密度较小、地形较平坦、雨水口布置较疏的在建筑密度较小、地形较平坦、雨水口布置较疏的地区,宜接受较大值,取地区,宜接受较大值,取 t1 t1101015 min15 min。同时,起点检查井上游地面雨水流行距离以
25、不超过同时,起点检查井上游地面雨水流行距离以不超过120120150 m150 m为宜。为宜。应结合当地具体条件,合理地选定应结合当地具体条件,合理地选定 t1 t1值。值。t1 t1选用过大,将会造成排水不畅,致使管道上游地面常选用过大,将会造成排水不畅,致使管道上游地面常常积水;选用过小,又将加大雨水管渠尺寸,从而增加常积水;选用过小,又将加大雨水管渠尺寸,从而增加工程造价。工程造价。(2 2)管渠内雨水流行时间)管渠内雨水流行时间 t t2 2的确定的确定t t2 2 是指雨水在管渠内的流行时间,即:是指雨水在管渠内的流行时间,即:t t2 2 L/60v L/60v 式中式中 t t2
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