1、第十一章 城市雨水管渠系統(tǒng)及防洪工程的規(guī)劃設計 11.1 雨水管渠系統(tǒng)的布置原那么 11.2 雨水管渠設計流量確實定 11.3 雨水管渠水力計算 11.4 城市防洪工程規(guī)劃. 11.1 雨水管渠系統(tǒng)的布置原那么 降落在地面上的雨水，只需一部分沿地面流入雨水管渠和水體，這部分雨水稱為地面徑流，在排水工程中常簡稱徑流量。雨水徑流的總量并不大，在同一面積上，全年的雨水總量和全年的日常生活污水量相近，而徑流量還不到雨水量的一半。但是，全年雨水的絕大部分常在極短的時間內降下，構成數(shù)十倍、上百倍于生活污水流量的徑流量，假設不及時排除，將呵斥宏大的危害。 . 為防止暴雨徑流的危害，保證城市居住區(qū)與工業(yè)企業(yè)不

2、被洪水淹沒，保證消費、生活和人民生命財富平安，需求建筑雨水排除系統(tǒng)，有組織地及時將暴雨徑流排入水體。 雨水管渠布置的主要義務，是要使雨水能順利地從建筑物、車間、工廠區(qū)或居住區(qū)內排泄出去，既不影響消費，又不影響人民生活，到達既合理又經(jīng)濟的要求。. 11.1.1 充分利用地形，就近排入水體 雨水徑流的水質雖然和它流過的地面情況有關，普通說來，除初期雨水外，是比較清潔的，直接排入水體時，不致破壞環(huán)境衛(wèi)生，也不致降低水體的經(jīng)濟價值。因此，規(guī)劃雨水管線時，首先按地形劃分排水區(qū)域，再進展管線布置。根據(jù)分散和直捷的原那么，雨水管渠布置普通都采用正交式布置，保證雨水管渠以最短道路，較小的管徑把雨水就近排入水體

3、。. 某地域雨水管渠平面布置表示圖11-1。這個地域西南高東北低，有河流貫穿，雨水管渠結合地形，河道位置和街區(qū)布置用最短道路分別排入水體。在北部開挖一條明渠，以聚集北部地域的雨水，泄入東面的河道。從整個布置情況來看，雨水出口較多，但雨水管渠接入明渠或河道的出水口構造比較簡單。. 由于就近排放，管線較短，管徑比較小，在添加出水口的情況下，不致大量添加出水口的基建費用，總的造價可以降低。但當河流的水位變化很大，管道出口離河道很遠時，出水口的建筑費用就會較大，在這種情況下，不宜采用過多的出水口。 11.1.2 盡量防止設置雨水泵站 由于暴雨構成的徑流量大，雨水泵站的投資也很大，而且雨水泵站一年中運轉

4、時間短，利用率很低。.因此，應盡能夠利用地形，使雨水靠重力流排入水體，而不設置泵站。 在某些地勢平坦、區(qū)域較大或受潮汐影響的城市，不得不設置雨水泵站的情況下，要把經(jīng)過泵站排泄的雨水徑流量減少到最小限制。 11.1.3結合街區(qū)及道路規(guī)劃布置雨水管渠 街區(qū)內部的地形、道路布置和建筑物的布置是確定街區(qū)內部雨水地面徑流分配的主要要素。街區(qū).內的地面徑流可沿街、巷兩側的邊溝排除。 道路通常是街區(qū)內地面徑流的集中地，應盡量利用道路兩側邊溝排除地面徑流，在每一集水流域的起端100200米可以不設置雨水管渠。雨水管渠經(jīng)常是沿街道鋪設，但是干管(渠)不宜設在交通量大的干道下，以免積水時影響交通。雨水干管(渠)應

5、設在排水區(qū)的低處道路下。干管(渠)在道路橫斷面上的位置最好位于人行道下或慢車道下，以便檢修。. 從排除地面徑流的要求而言，道路縱坡最好在0.36范圍內。 11.1.4 結合城市豎向規(guī)劃 城市用地豎向規(guī)劃的主要義務之一，就是研討在規(guī)劃城市各部分高度時，如何合理地利用自然地形，使整個流域內的地面徑流能在最短時間內，沿最短間隔流到街道，并沿街道邊溝排入最近的雨水管渠或天然水體。. 11.1.5 合理開辟水體 規(guī)劃中應利用城市中的洼地和池塘，或有方案的開挖一些池塘，以便儲存因暴雨量大時雨水管渠一時排除不了的徑流量，防止地面積水。這樣，雨水管渠可不按過高重現(xiàn)期設計，減小管渠斷面，節(jié)約投資。同時，所開辟的

6、水體(雨水調理池)可供游覽、文娛，在缺水地域，還可用于市郊農田灌溉。. 11.1.6 雨水口的設置 在街道兩側設置雨水口，是為了使街道邊溝的雨水通暢地排入雨水管渠，而不致漫過路面。街道兩旁雨水口的間距，主要取決于街道縱坡、路面積水情況以及雨水口的進水量，普通為3080米。 街道交匯處雨水口設置的位置與路面的傾斜方向有關。 位于山坡上或山腳下的城市，應在市郊設置截洪溝，以攔集坡上徑流，維護市區(qū)。. 11.2 雨水管渠設計流量確實定 為了確定雨水管渠的斷面尺寸和坡度，必需先確定管渠的設計流量。而雨水管渠的設計流量與地域降雨強度、地面情況、匯水面積等要素有關。 11.2.1 降雨強度 降雨量是降雨的

7、絕對量，用深度毫米表示。某場雨的降雨量是指這場雨降落在不透程度面上的水層深度，可以用雨量計測定。單位時間內降落在不透水地面假設為程度面上的雨水深度稱為降雨強度，用公式. 表示為： i= h/t 式中 ：i-降雨強度(毫米 / 分鐘)； t-降雨歷時，即延續(xù)降雨的時段，以分 鐘計； h-相應于降雨歷時t 的降雨量(毫米)。 降雨強度也可用單位時間內單位面積上的降雨體積 q (升 / 秒公頃)來表示。 q和i之間的關系如下： q= 11000 10000 i =166.7 i1000 60. 降雨所覆蓋的面積稱為降雨面積，降雨面積上各點的降雨強度是不相等的。但在城市和工業(yè)區(qū)的排水工程設計中，設計管

8、渠的匯水面積普通大大小于降雨面積，可以假定在整個匯水面積上降雨是均勻的。 這種較小的匯水面積，在工程上稱為小匯水面積。設計水匯水面積的雨水管渠，要選擇降雨強度最大的雨作為設計的根據(jù)。這種降雨的特點是降雨強度大，降雨歷時短、降雨面積小。. 假設設計重現(xiàn)期P和設計降雨歷時t已確定，就可根據(jù)類似圖11-3的降雨強度曲線或類似表11-1所列的降雨強度公式，求得設計降雨強度i (q) 。 11.2.2 雨水徑流的集合 延續(xù)降雨的時段稱為降雨歷時，降雨歷時可以指全部降雨的時間，也可以指其中任一時段。降雨歷時以小時或分鐘為計算單位。 從圖11-3與表11-1可以看出，降雨強度i(q)隨歷時t而變化，t越大，

9、與這個t對應的降雨強度i(q)越小。. 集水時間t由兩部分組成:(1)地面集水時間t1；(2)在上游管道內的流行時間t2。即t=t1+t2。 建議：地面集水時間tl普通用515分鐘。雨水在上游管段內的流行時t2可用下式計算： t2 = L/v*60 式中 L -上游各管段的長度(米) ; v -上游各管段的設計流速(米 / 秒); t2 -上游各管段中流行時間之和(分鐘)。. 但是管渠中水流并不是一開場就到達設計流速v，雨水在管渠中流行的時間按公式(11-3)算出來的數(shù)值偏小，同時在降雨時管渠中有一部分無水的空間稱為管渠自在容積可以利用。利用管渠自在容積暫時包容一部分雨水，設計流量可以降低，也

10、就是可以采用較大的t2。規(guī)定：設計暗管時，采用集水時間 t=t1+2t2； 設計明渠時，采用 t=t1+1.2t2。顯然各管段的集水時間是不同的，上游小，下游大。. 11.2.3 重現(xiàn)期 雨水管渠的義務是為了及時地排除地面雨水，最理想的情況是能排除當?shù)氐淖畲蟊┯陱搅髁?。但這是不現(xiàn)實的，由于用這種最大暴雨徑流量作為管渠設計的根據(jù)，管渠斷面尺寸就會很大，工程造價會相當高，而且平常管渠又不能充分發(fā)揚作用。所以雨水管渠的設計應該按假設干年內出現(xiàn)一次的降雨量來進展。這個假設干年出現(xiàn)一次的期限就稱為重現(xiàn)期。 . 降雨重現(xiàn)期 P 是指相等的或更大的降雨強度發(fā)生的時間間隔的平均值 , 普通以年為單位。 假設按

11、重現(xiàn)期為10年的降雨強度設計雨水管渠 ，雨水管渠平均10年滿流或溢流一次；按重現(xiàn)期為1年的降雨強度設計，平均每年滿流或溢流一次。 確定了設計重現(xiàn)期 P 和降雨歷時t后 , 就可以運用降雨強度曲線或降雨強度公式計算i(q)值。. 11.2.4 徑流系數(shù) 降落在地面上的雨水并不是全部流入雨水管渠 , 沿著地面流入管渠的部分稱為徑流量。徑流系數(shù)是徑流量與降雨量的比值 ：= 徑流量 降雨量 影響徑流系數(shù)的要素很多 , 最主要的是排水面積內的地面性質。地面上的植物生長和分布情況、建筑面積或道路路面的性質等對徑流系數(shù)影響很大。地面.坡度愈陡 , 流入雨水管渠的水量愈大 , 徑流系數(shù)也大。 徑流系數(shù)也受降雨

12、歷時的影響，降雨歷時愈長，地面下泥土的濕度愈大，滲入地下的水量愈小，流入雨水管渠的水量就愈多。徑流系數(shù)還受降雨強度的影響，暴雨的徑流系數(shù)小，小雨的徑流系數(shù)大 。表 11-2 摘自，表中徑流系數(shù)的取值主要根據(jù)地面的種類。排水面積的平均徑流系數(shù)按加權平均法計算。. . 在確定降雨強度 i(q) 及徑流系數(shù)后，只需知道設計管段所承當?shù)呐潘娣e，就能計算出設計管段的設計流量：Q=166.7 Fi= Fq 式中 Q -管段的設計流量(升 / 秒)； F -管段的設計排水面積(公頃) ； i -管段的設計降雨強度(毫米 / 分) ；11.2.5 雨水管渠設計流量公式. q -管段的設計降雨強度(升 / 秒

13、公頃) ； -徑流系數(shù)。 從前面的討論可以看出，降雨歷時 t 、設計重現(xiàn)期 P 以及徑流系數(shù)等確實定 ，帶有一定的閱歷性。因此，計算雨水設計流量公式( 11-4 )，不是一個嚴厲的實際公 式，而是一個閱歷公式。.11.3 雨水管渠水力計算 11.3.1 雨水管渠水力計算的設計數(shù)據(jù) 雨水管道普通采用圓形斷面；但當直徑超越2米時 , 也可采用矩形、半橢圓形或馬蹄形。明渠普通采用矩形或梯形。斷面底寬普通不小于0.3米。邊坡視土壤及護面資料而不同。用磚石或混凝土塊鋪砌的明渠 , 普通采用l:0.751:1的邊披。其主要設計數(shù)據(jù)為： 1設計充溢度：水力計算中 , 雨水管渠按滿流進展設計 , 即h/D=1

14、。雨水明渠的超高不得小于0.20 米。 . 2設計流速：為了防止沉淀，需求較高的流速。規(guī)定：雨水管渠滿流時的最小設計流速為 0.75 米 / 秒。 規(guī)定：明渠的最小設計流速為 0.4 米 / 秒。為了防止管壁和渠壁的沖刷損壞 , 雨水管渠暗管最大允許流速為 5 米 / 秒。明渠最大允許流速，當明渠水深 h 為0.41.0 米時, 根據(jù)不同構造按表 11-3 采用。. 3最小坡度：為了保證管渠內不發(fā)生淤積 , 雨水管渠的最小坡度應按最小流速計算確定。規(guī)定：在 鄰居和廠區(qū)內，當管徑為200毫米時，最小設計坡度為0.0045;在街道下，當管徑為250毫米時，最小設計坡度為0.0035雨水口銜接納的最

15、小坡度為0.01 。明渠的最小坡度為0.0005 。 4最小管徑：規(guī)定街道下的雨水管道的最小管徑為250毫米 , 鄰居和廠區(qū)的雨水管道的最小管徑為200毫米。 . 混凝土和鋼筋混凝土雨水管道的管壁粗糙系數(shù)n普通采用 0.0130?？砂从嘘P滿流圓形管道水力計算圖進展圓形雨水管道的水力計算。對每一個管段 , 經(jīng)過水力計算主要確定五個水力要素：管徑D 、粗糙系數(shù)n 、水力坡降i 、流量Q 、流速u 。普通 n 是知數(shù) , 圖表上有曲線表示Q 、U 、i 、 D之間的關系。這四個要素中只需知道兩個就可以查出其它兩個。附錄 1-16 圖。11.3.2 滿流管道的水力計算圖表. (1)根據(jù)城市規(guī)劃和排水區(qū)

16、的地形，在規(guī)劃圖上布置管渠系統(tǒng)，劃分干管匯水面積，確定水流方向。繪制水力計算簡圖。 (2)確定各段管渠的匯水面積和水流方向。將計算面積及各段管長度填寫在計算簡圖中。各支線匯水面積之和應等于相應干管所效力的總匯水面積。 (3)根據(jù)地形等高線，讀出設計管(渠)段起迄點的地面標高，預備進展水力計算。11.3.3 雨水管渠的設計步驟. (4)按排水區(qū)域內的地面性質確定各類地面(屋面)徑流系數(shù)，按加權平均方法求整個匯水區(qū)的平均徑流系數(shù)。 (5)根據(jù)鄰居面積的大小，地面種類、坡度，覆蓋情況以及鄰居內部雨水管渠的完善情況，確定起點地面集水時間。 . (6)根據(jù)區(qū)域性質、匯水面積、地形及管渠溢流后的損失大小等

17、要素，確定設計重現(xiàn)期。 (7)根據(jù)降雨強度公式，繪制單位徑流量q與設計降雨歷時t關系曲線。 (8)列表進展水力計算，確定管渠斷面尺寸，縱向坡度、管渠底標高等，并繪制縱剖面圖。. 11.4 城市防洪工程規(guī)劃 普通城市多臨近江河、山溪、湖泊或海洋等建筑。江河，山溪、湖泊或海洋，它們一方面為城市的開展提供了必要的水源條件，但有時也將給城市帶來洪水災禍。因此，為解除或減輕洪水對城市的危害，保證城市平安，往往需求進展城市防洪工程規(guī)劃。 城市或城市中工業(yè)企業(yè)防洪規(guī)劃的主要義務是防止由暴雨而構成宏大的地面徑流所產(chǎn)生的嚴重危害。 . 11.4.1 城市防洪規(guī)劃的原那么 (1)城市防洪規(guī)劃應符合城市和工業(yè)企業(yè)的

18、總體規(guī)劃要求，防洪工程規(guī)劃設計的規(guī)模，范圍和規(guī)劃都必需根據(jù)城市和工業(yè)企業(yè)總體規(guī)劃制定。 (2)合理安排，遠近期結合，由于防洪工程的建立費用較大，建立期較長，所以要按輕重緩急作出分期建立的安排。這樣，既能節(jié)省初期投資，又能及早發(fā)揚工程設備的效益。. (3)充分利用原有設備：充分利用原有防洪、泄洪、蓄洪設備，有方案、有步驟地加以改造，逐漸完善。 (4)盡量采用分洪、截洪、排洪相結合的防洪措施。 (5)不宜在城市上游建筑水庫。假設必需建筑時，應嚴厲按照有關規(guī)定進展規(guī)劃設計。 (6)盡能夠與農業(yè)消費相結合：防洪措施應盡能夠與農業(yè)上的水土堅持、植樹種草、農田灌溉等親密結合。. 11.4.2 城市防洪規(guī)范

19、 防洪工程的規(guī)模是以所抗御洪水的大小為根據(jù)，洪水的大小在定量上通常以某一重現(xiàn)期(或某一頻率)的洪水流量表示。 防洪規(guī)劃的設計規(guī)范，關系到城市的安危，也關系到工程造價和建立期限等問題。確定城市防洪規(guī)范的根據(jù)有：城市或工業(yè)區(qū)的規(guī)模；城市或工業(yè)區(qū)的地理位置，地形、歷次洪水災禍情況；當?shù)禺敃r的經(jīng)濟.技術條件等。對于上游有大中型水庫的城市，防洪規(guī)范應適當提高。 試行的有關防護對象的防洪規(guī)范采用，見表 11-6。 11.4.3 設計洪水流量計算 相應于防洪設計規(guī)范的洪水流量 , 稱為設計洪水流量 。 計算設計洪水流量的幾種方法：. 估算山洪時所用的推理公式，和計算雨水管道設計流量公式類似。公式的方式根本一

20、樣，但所用單位不同。下面是水利電力部水文科學研討所的推理公式：Q=0.278S F/tn 式中 S -與設計重現(xiàn)期相應的最大的一小時降雨 量毫米 / 小時； -洪峰徑流系數(shù) ； t -流域的集流時間小時 ； F-流域面積公里 2 ； Q-設計洪峰流量米 3/ 秒； n-與當?shù)貧夂蛴嘘P的參數(shù)。一推理公式. 二閱歷公式 在缺乏水文直接觀測資料的地域，可采用閱歷公式。常見的閱歷公式以流域面積為參變數(shù)?！肮房茖W研討所的閱歷公式 ：Q=C Fm 式中 Q -洪峰流量 ( 米/ 秒) ； C -徑流模數(shù)，是概括了流域特征、氣候特 征、河槽坡度和粗糙程度及降雨強度； 公式中的指數(shù) n 等要素的綜合系數(shù)，可

21、 根據(jù)不同地域按表 11-7 采用 ； . F -流域匯水面積 ( 公里2 ； m-面積參數(shù)，當 1F10公里2時按表11-7采用， 當 F 1 公里2 時，m=1。 此閱歷公式適用于流域面積小于 10 公里2。 . 閱歷公式的優(yōu)點是，一旦在某地域制定出公式后，運用極為方便，假設公式建立在資料較為豐富且可靠的根底上，那么由于運用時只需求決議流域面積大小，所以因運用者的客觀偏向而發(fā)生的誤差不會太大。但它的地域性較強，在采用現(xiàn)成公式到新區(qū)時，必需留意兩地域條件能否根本一樣。閱歷公式很多，可參閱有關資料和各省水文手冊。. 三洪水調查法 當城市或工業(yè)區(qū)附近的河流或溝道，沒有實測資料或資料缺乏時，設計洪

22、水流量普通采用洪水調查站進展推算。有時采用推理公式或閱歷公式進展計算，為了試證其準確性，也可以采用洪水調查法推算洪水流量加以驗證。 洪水調查主要是指河流、山溪歷史出現(xiàn)的特大洪.水流量的調查和推算。調查的主要內容是歷史上洪水的概略及洪水痕跡標高。 經(jīng)過洪水調查，獲得了洪痕標高洪水水位、調查河段的過水斷面及河道的其他特征數(shù)值，根據(jù)這些數(shù)值，即可整理分析計算洪水流量。計算洪水流量的方法較多，用均勻流根本公式計算是常用的方法之一。. Q=v 式中 Q-經(jīng)過調查斷面的洪水流量(米3/ 秒); -調查斷面的過水面積(米2) ; v -相應調查斷面的流速(米 / 秒)。按曼寧公式 ：v=(1/n)*R2/3*i1/2得到計算洪水流量的常用公式 ： Q=(1/n)*R2/3*i1/2 式中 R-水力半徑 ( 米)； . t -洪水水面縱坡，即上下游兩個洪痕標高 高差 和間隔之比 ； n-河道