雨水部分的设计说明及设计计算.doc
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一、雨水部分的设计说明及设计计算
城市雨水管渠系统的布置与污水管道的布置相近，但也有自己的特点。
雨水管渠规划布置的主要内容有：
确定排水流域与排水方式，进行雨水的管渠的定线；确定雨水泵房、雨水调节池、于是排放口的位置。
3.1雨水布管原则：
1.充分利用地形，就近排入水体。
规划雨水管线时，首先按照地形划分排水区域，进行管线布置。
根据分散和直接的原则，尽量利用自然地形坡度，多采用正交式布置，以最短的距离重力流排入附近的河流、湖泊等会汇水区域。
一般不设泵站。
2.根据街区及道路规划布置雨水管道。
通常应根据建筑物的分布、道路的布置以及街坊或小区内部的地形、出水口的位置等布置雨水管道，是街坊和小区内大部分雨水以最短的距离排入雨水管道。
所以就需要对某一排水区域进行划分，使其汇水更加的方便和直接。
3.合理布置雨水口，保证路面雨水舒畅排除。
雨水口的布置应根据地形和汇水面积确定，以使雨水不至漫过路口。
一般在道路交叉口的汇水点、低洼地段均应设置雨水口。
4.采用明渠与暗管相结合的方式。
在城市市区，建筑密度较大、交通频繁地区。
应采用暗管排除雨水，尽管造价高，但是卫生情况好，养护方便，不影响交通；在城市郊区或建筑密度低、交通量小的地方可采用明渠，以节省工程费用。
5.出水口的位置。
当汇水水体离流域很近，水体的水位变化不大，洪水位低于流域地面标高，出水口的建筑费用不大时，宜采用分散出口，使雨水尽快排放，反之，则应该采用集中出口排放方式，本设计中采用分散出口排放。
6.调蓄水体的布置。
充分利用地形，选择适当的河湖水面作为调蓄池，以调节洪峰流量，减低沟道设计流量减少泵站的设计数量。
7.排洪沟的设置。
\
城市中靠近山麓建设的中心区、居住区、工业区，除了应设雨水管道外，还应考虑在规划地区周围设置排洪沟。
3.2雨水布管内容：
1）确定排水区域与排水方式：
本设计中有很明显的排水区界，一条河流自东向西流动，将整个城镇划分为河南区与河北区；同时将河北区雨水排水区域分为五个个部分，分别有五条干管收集污水，河南区雨水排水区域作为一块，有一条感官收集污水。
由于该城镇为中小型城镇，且其大气污染不是很严重，酸雨等不严重，同时我们的排水管道的设计采用雨污完全分流制的排水，所以收集的雨水以最快的方式直接排入水体，减少城市的积水，沿着河堤自动往西共有六个排水口。
2）污水厂和出水口位置的选择
本设计城市为江西的一个中小型城市，采用雨污完全分流制排水，雨水收集后不用处理直接排放，对水体的影响不是很大，所以雨水收集过程中不用设置污水处理厂来专门处理雨水，浪费资源，出水口的位置分散在河堤处，河南区有一个，河北区有五个，共同完成城市的雨水排除工作。
3）污水管道的布置与定线
雨水管道的平面布置，一般按照干管、支管的顺序进行，雨水的管道设计过程中没有主干管，干管直接把雨水引入水体。
在总体规划中，只决定雨水干管的走向和平面布置。
定线时，应该充分利用地形，使污水走向按照地面标高由高到低来进行，干管敷设在沿地面标高到低从一个至高点排至水体，最短却是最快的汇水方式，管道敷设不宜设在交通繁忙的快车道和狭窄的道路下，一般设在两侧的人行道、绿化带或慢车带下。
支管的平面布置形式采用穿坊式，同时将原有的各个汇水区域进行划分，使原来的各个区域排入不同的管网，从而以最快的速度减少了汇水时间，从而以最少的时间减少地面的积水。
进而组成的一个污水排放系统可将该系统穿过其他街区并与所穿过的街区的污水管道相连接。
管道的材料采用混凝土管
4）确定雨水管道系统的控制点和跌水井设置地点
管道系统的控制点为每条管道的起点和整个管段的地面标高起伏点，这些点决定着管道的最小埋深，由于整个管道的敷设过程中，埋深一直满足最
实用条件，且对于将来的发展留有空间，所以不需要提升泵站，全部依靠重力流排水，由于管道坡度小于地面坡度，所以在下游的部分管段不能够满足最小的覆土厚度，所以需要设置跌水井，今本上每个干管需要设置一个跌水井，以满足埋深和覆土深度的要求。
5）确定雨水管道在街道下的具体位置
充分协调好与其他管段的关系，污水和雨水管道应该敷设在给水管道的下面，处理管道的原则为：
未建让已建的，临时性管让永久性管，小管让大管，有压管让无压管，可弯管让不可弯管。
雨水管道的直径一般比其他的管道都要大，所以更要协调好各个管道的关系，明白各个管段的位置和相对规矩，一般雨污水管段要在给水管道的下面。
1—城镇边界2—排水流域分界线3—干管4—主干管
5—污水厂6—泵站7—出水口8—汇水水体
正交式雨水排水管道设置系统
3.3设计计算：
3.3.1基础计算：
降落到地面上的雨水并不是全部都流入雨水管道系统的，雨水管道系统的设计流量，只是相应汇水面积上全部将水量的一部分，所以进行一下基本计算：
3.3.1.1径流系数的确定：
降落到地面上的雨水，在沿地面流行的过程中，形成地面径流，地面径流的流量称为雨水地面径流量。
因此将雨水管道系统汇水面积上的地面雨水径流与总降水量的比值称为径流系数，用符号ψ表示，即：
目前再设计计算中径流系数根据地面覆盖情况按经验来定，《室外排水设计规范》中有关径流系数的规定见表9。
由于在同一个汇水面积上，兼有多种地面覆盖的情况，根据本设计中各中地面的覆盖情况，用加权平均的方法可以求出整个城镇的平均地表径流系数，该城镇的各种地面的覆盖率等具体数据见表10。
表1径流系数ψ值
地面种类
径流系数ψ
各种屋面、混凝土和沥青路面
0.90
大块铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面
0.60
级配碎石路面
0.45
干砌砖石和碎石路面
0.40
非铺砌土路面
0.30
公园和绿地
0.15
表2各种性质地面所占面积百分率表
地面名称
各种屋面
砼沥青路面
碎石路面
非铺砌地面
沥青表面处理的碎石路面
公园和菜地
所占百分比（％）
43
8
4
19
6
20
所以本城镇的平均径流系数为：
平均径流系数为0.6，与国内的部分城市采用的综合径流系数相比，其符合江西城市的基本情况，所以采用本数值。
3.3.1.2设计暴雨强度的确定：
由于各个地区的气候条件不同，降雨的规律也不同，因此各地的降雨强度公式也不同。
虽然，不同地区暴雨强度公式各异，但都反映出降雨强度与重现期p和降雨历时t之间的函数关系。
要求的某地区的暴雨强度，只需求出该地区的重现期和降雨历时即可
3.3.1.3设计重现期p的确定
有暴雨强度公式可知，暴雨强度随着重现期p值的不同而不同，p值越大，暴雨强度越大，p值越小，暴雨强度越小。
P值的确定影响着设计流量，如果p值采用较高的值的话，计算的雨水设计流量就会比较大，雨水管道的设计断面相应增大，安全性高，但是会增加工程的造价；反之，可降低工程造价，地面积水可能性大，可能发生排水不畅，不能及时排除雨水。
我国地域辽阔，各地的重现期差别比较大，同一城市中也可能出现不同的重现期。
但是本设计的目标城市为一个中小城市，暴雨强度的差别不会很大，同时没有很多重要的区域，所以整个城市采用统一的重现期。
结合国内的各个城市的经验数值和对该城市的具体分析，确定该城镇的重现期为1a。
3.3.1.4设计降雨历时的确定
当汇水区域最远点到达回水管道的那一刻，相应的设计断面上产生最大的雨水流量。
所以集水时间t是由地面雨水集水时间和管内雨水运行时间两部分组成，所以降水历时可用下式表达：
m-折减系数；
1）地面雨水集水时间的确定
地面雨水集水时间是指雨水从汇水区域上最远点A流位于雨水管道起始端点到第一个雨水口a的地面雨水流行时间。
在实际应用中，要准确的确定值较为困难，故通常不予计算而直接采用经验数值。
根据《室外排水设计规范》中规定：
一般采用5—15min。
一般汇水面积较小，地形较陡，建筑密度较大，雨水口分布较密的地区，宜采用较小的值，一般为5—8min左右，其他情况为8—15min。
本设计符合《规范》中的第一种情况，汇水面积较小，同时根据其周边城市的情况来确定，结合经验数值，最终确定地面集水时间为8min。
2）管内雨水流行时间的确定
管内雨水流行时间是指雨水在管内从第一个雨水口流到设计断面的时间。
他与雨水在管内流经的距离L及管内雨水的流行速度v有关。
可用下式计算：
3）折减系数m值的确定
设计断面的流量和流速并非同时达到设计状况，实际上，雨水管道内的水流速度也是由零逐渐增加到设计流速的，雨水在管内的实际流行时间大于设计水流时间，所以折减系数的产生就是为了折算这段时间的差额。
为是计算简便，《室外排水设计规范》中规定:
暗管采用m=2.0。
对于明渠，为防止雨水外溢的可能，应采用m=1.2。
在陡坡地区，不能利用空隙容量，暗管采用m=1.2—2.0。
本设计中的管道全部采用暗管，所折减系数按照m=2.0计算。
3.3.1.5暴雨强度公式
综上所述，当设计重现期、设计降雨历时、折减系数确定以后，计算雨水管渠的设计流量所用的设计暴雨强度公式可写为：
在设计要求中，部分参数已经给出,同时经过前面的确定，可知:
=20，C=0.7,b=19,n=0.86,=8min,p=1a，m=2;
带入相关参数进去可知：
从而确定了暴雨强度公式，需要根据管段流量确定，当进行水力计算后，即可确定流速，才能确定。
3.3.1.6单位面积径流量的确定：
单位面积径流量[L/s·hm2]是暴雨强度q与径流系数ψ的乘积，即
剩下的工作就只有确定雨水在管段内流行时间即可。
相应的设计雨水径流量为：
F为其相应的汇水面积。
3.3.2水力计算：
3.3.2.1设计要求
1.设计充满度：
由于雨水较污水清洁，对水体及环境污染小。
因发生暴雨时径流量大，相应较高设计重现期的降雨历时一般不会很长。
允许雨水灌区溢流，以减少工程投资。
因此，雨水灌区按满流来设计，既充满度。
对于明渠，超高不得小于0.2m。
街道边沟，超高应大于等于0.3m。
2.设计流速
与污水相似，设计流量、设计充满度相对应的水流平均速度称为设计流速。
设计流速过小，雨水流动缓慢，其中的悬浮物容易沉淀淤积；反之，设计流速过高，产生对管壁的冲刷，使得管材损坏严重，管道的使用寿命降低。
《室外排水设计规范》规定：
最小设计流速：
雨水灌渠（满流时）的最小设计流速为0.75m/s。
由于明渠内发生淤积后易于清除、疏通，所以明渠的最小设计流速为0.4m/s。
最大设计流速：
金属管道为10m/s，非金属管道为4m/s，明渠根据不同材质按照设计说明来定。
3.最小设计坡度
与污水管道的设计坡度相似，在雨水管道系统设计时，通常使管道敷设坡度与地面坡度一致，这对降低管道系统的造价非常有利。
但相应于管道敷设坡度的雨水流速应该等于或大于最小设计流速，这在地势平坦地区或管道逆坡敷设是尤为重要。
为了防止其管道的沉淀淤积，所以行业中有规定最小的设计坡度。
我国《室外排水设计规范》一般规定：
在设计充满度为0.5时，管径为200mm时，最小设计坡度为0.01；管径为300mm时，最小设计坡度为0.003。
街坊厂区内为0.004；街道为0.003。
4.最小管径
一般在雨水管道系统的上游部分，雨水设计流量很小，若根据设计流量计算，则设计管径会很小。
根据管径养护经验证明，管径过小容易堵塞，从而增加管道清淤次数，并给用户带来不便。
采用较大的管径可采用较小的设计坡度，从而使管道的埋深减小，降低工程造价。
我国《室外排水设计规范》规定：
雨水管道到在街坊和厂区内的最小设计管应为200mm，在街道下的最小设计管径为300mm。
本设计中的所有管段均满足以上要求。
5.不计算管段
在雨水管道的设计过程中，若某设计管段的设计流量小于其在最小管径、最小设计流速、最小设计充满度条件下管道通过的流量，则这样的管段称为不计算管段。
设计时不再进行水力计算，直接采用最小管径即可，其他的水力参数则按照最小管径来核算。
6.最小埋设深度
具体规定与污水管道相同，为了满足如下的技术要求而提出最小覆土厚度：
1.防止冰冻膨胀而损坏管道
2.防止管壁因地面负载而破坏
3.满足街坊雨水连接管衔接的要求
根据《室外排水设计规范》规定：
防冻—无保温时为冰冻线上0.15m；
防负载—车行道下最小覆土0.7m；
衔接—建筑物出户管0.5－0.6m。
所以就需要考虑管段控制点（管道的起点）的最小埋深，以确定整个管道的埋深，同时还要考虑地下埋深，考虑地下地质和地下水以及工程造价情况，一般规定，在干燥土壤中不超过7—8m；在多水、流砂、石灰岩地层中不超过5m。
当埋深超过最大埋深，可以考虑采用提升泵站，以提高下游管段的管位，减少下游管道的埋设深度。
本设计中考虑地质条件，地下水位离地面有7—8m，且为砂质粘土，本设计中全部埋深都在0.7-5m之间，符合要求。
7.污水管道的衔接
在污水管道系统中，为了满足管道衔接和养护管理的要求，通常在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方设置检查井。
在检查井中必须考虑上下游管道衔接时的高程关系。
管道衔接时应遵循一下两个原则：
1）尽可能提高下游管道的高程，以减少管道的埋深，降低造价；
2）避免在上游管段中形成回水而造成淤积。
常见的衔接方式有：
管顶平接、水面平接、设跌水井的方式。
本设计采用管顶平接进行管道的敷设，管材为圆形的钢筋混凝土管。
3.3.2.2计算步骤：
从居住区地形图中得知，该地区坡度较大，有很明显的分水线，可按照就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积，雨水分散出水口设在河岸边，故雨水干管的分布基本方向垂直于河岸线，为保证在暴雨期间排水的可能性，故在雨水干管的终端设置雨水泵站。
根据地形及管道布置情况，划分设计管段。
具体的管道的布置方法见附图（雨水管道的平面布置图）。
将涉及管段的检查井依次编号，并量出每一设计管段的长度，汇总到表11.确定出检查井各检查经的地面标高填入表12。
表1设计管道长度汇总表
管段编号
管段实际长度/m
管段编号
管段实际长度/m
管段编号
管段实际长度/m
管段编号
管段实际长度/m
1-2
289.65
11-12
57.25
22-23
126.95
32-33
227.40
2-3
158.25
13-14
305.70
23-24
171.15
33-34
204.95
3-4
213.05
14-15
176.00
24-25
83.45
34-35
197.55
4-5
143.80
15-16
249.65
25-26
217.30
35-36
185.15
5-6
189.80
16-17
201.15
26-27
216.10
36-37
54.45
6-7
24.45
17-18
167.70
27-28
249.50
38-39
176.60
8-9
209.80
18-19
97.35
28-29
193.60
39-40
166.55
9-10
152.10
19-20
54.35
29-30
189.65
40-41
31.80
10-11
204.45
21-22
212.50
30-31
29.15
每一设计管段所承担的汇水面积可按就近排入附近雨水管道的原则划分，然后将每块回水面积编号，计算数值。
雨水流向显示在图中（雨水管道的平面布置图）。
各设计管段的汇水面积的计算数值见表2.
3.3.3水力计算表计算
采用列表的方法进行雨水管道设计流量及水力计算，计算的具体结果见表2。
先从管段的起始端开始，然后依次向下游进行。
1.表2中第1项为需要计算的设计管段，应从上游向下游一次写出管段的编号，在第2项，可从表1中获得，设计地面标高即13、14列由平面图估得，汇水面积即第3列根据水流方向计算得到。
2.在计算中，假定管段中雨水流量均从管段的起点进入，将各管段的起点作为设计断面。
因此，各设计管段中雨水的设计流量按该管段的起点，即上游管段的终点的设计降雨历时进行计算的，也就是说，在计算各设计管段的暴雨强度时，所采用的值是上游各管段内的雨水流行时间之和。
的求得需要根据上一条管段的水力计算后，确定了流速才能确定。
例如，设计管段的1—2是起始管段，故为0，将此值列入表中第4项。
设计管段的2—3的确定却是需要等1—2的设计流速确定，求出其运行时间，才能计算得出。
3.该居民区的平均径流系数在前面已经计算得出为0.6
4.求单位面积的径流量，在前面，本设计的单位面积的径流量也已经计算得出。
从而确定了暴雨强度公式，需要根据管段流量确定，当进行水力计算后，即可确定流速，才能确定。
5.用各设计管段的单位面积径流量乘以该管段的汇水面积的该管段的设计流量，例如，管段1—2的设计流量为，依次将计算值列入表2中第7项。
6.根据求得各设计管段的设计流量，参考地面坡度，查满流水力计算图，确定出管段的设计管径、坡度和流速。
在查水力计算图或者水力计算表时，Q、V、I、D这四个水力因素可以相互适当调整，使计算结果既符合设计数据的规定，又经济合理。
由于该街区的地面坡度不是很大，为不使管道埋深过大，管道坡度宜取最小值，但所取的最小坡度应能使管内水流速度不小于设计流速。
例如管段1—2的设计流量为580.46L/s，按照其最小设计坡度，可调整其管段的实际输水能力为585.44L/s，同时相应的管径、流速都有扩大。
7.根据设计管段的设计流速求该管段的管内雨水流行时间。
例如管段1—2的管内雨水流行时间，将其计算值列入表2中第5项。
8.求降落量，由设计管段的长度及坡度，求出设计管段上下端的设计高差（降落量）。
例如管段1—2的降落量，将此值列入表2中第12项。
9.确定管道埋深及衔接。
在满足最小覆土厚度的条件下，考虑冰冻情况，承受载荷及管道衔接，并考虑到与其地下管线交叉的可能，确定管道起点的埋深或标高。
将此值列入表2中的第17项。
各计算管段的衔接采用管顶平接。
10.求各设计管段上、下端的管内底标高。
用1点地面标高减去该点管道的埋深，得到该点的管内底标高，即（104.2-2）m=102.2m列入表2中第15项，再用该值减去该管段的降落量，记得到终点的管内底标高值，即（102.2-1.16）m=101.04m，列入表2中第16项。
用节点2的地面标高值减去该店的管内底标高值得到节点2的管道埋深，即（102.8-101.04）m=1.76m，经此值列入表2中第18项。
由于管段1—2和管段2—3的管径不同，采用管顶平接，即管段1—2的末端与管段2—3的起端的管顶标高应相同，所以计算得管段2—3的起端管内底标高应为（101.04-1.1+0.7）m=100.64m，求出其起端管内底标高后，可用前面方法求得末端管内底标高，直到求出全部的数值。
表2雨水干管的水力计算表
设计管段编号
管长L（m）
汇水面积A（F/hm2）
管内雨水流行时间/min
单位面积径流量q0/[L/（s·hm2）]
设计流量Q/（L/s）
管径D/mm
水力坡度S/‰
流速v/（m/s）
管道输水能力Q′/（L/s）
坡降
设计地面标高/m
设计管内底标高/m
埋深/m
SL/m
起点
终点
起点
终点
起点
终点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1~2
289.65
4.93
0.00
3.17
117.74
580.46
700
4.0
1.522
585.44
1.16
104.2
102.8
102.20
101.04
2.00
1.76
2~3
158.25
17.88
3.17
1.41
98.20
1755.80
1100
3.3
1.869
1775.27
0.52
102.8
102.0
100.64
100.12
2.16
1.88
3~4
213.05
21.32
4.58
1.79
91.57
1952.30
1200
3.3
1.980
2238.19
0.70
102.0
101.6
100.02
99.32
1.98
2.28
4~5
143.8
39.86
6.38
1.09
84.42
3364.96
1400
3.3
2.195
3377.23
0.47
101.6
102.0
99.12
98.64
2.48
3.36
5~6
189.8
52.29
7.47
1.49
80.62
4215.87
1600
2.6
2.129
4278.44
0.49
102.0
101.2
98.44
97.95
3.56
3.25
6~7
24.45
62.68
8.95
0.17
76.01
4764.61
1600
3.3
2.399
4821.03
0.08
101.2
101.0
97.95
97.87
3.25
3.13
8~9
209.8
5.03
0.00
2.27
117.74
592.23
700
4.1
1.541
592.75
0.86
103.8
102.8
101.80
100.94
2.00
1.86
9~10
152.1
7.21
2.27
1.68
103.01
742.73
800
3.3
1.511
759.13
0.50
102.8
102.6
100.84
100.34
1.96
2.26
10~11
204.45
11.35
3.95
2.00
94.44
1071.85
900
3.6
1.707
1085.40
0.74
102.6
101.4
100.24
99.50
2.36
1.90
11~12
57.25
17.85
5.94
0.56
86.04
1535.73
1100
2.7
1.690
1605.25
0.15
101.4
101.0
99.30
99.15
2.10
1.85
13~14
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