城镇雨水沟道的设计文档格式.docx
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所以该公式计算出的暴雨强度频率只能反映一定时期内的经验，不能反映整个降雨的规律，故称为经验频率。
从公式看，对最末项暴雨强度来说，其频率P=100%，这显然是不合理的。
因此，水文计算常采用下式计算：
表达方式：
如2%（0.02）、1%（0.01）
（2）重现期——工程上更常用重现期
频率太抽象，为了通俗起见，往往用重现期等效地代替频率一词。
暴雨强度的重现期：
指等于或超过某一暴雨强度的雨出现一次的平均间隔时间，单位用年（a）表示。
重现期与频率互为倒数，即
。
二、推理公式
雨水沟道的汇水面积不大，通常属于小汇水面积（<
100km2）的范畴，雨水沟道设计流量一般采用推理公式计算：
qv——雨水沟道的设计流量（L/s）；
A——排水面积（ha）；
i——降雨强度（mm/min）；
q——降雨强度（L/s•ha）；
K——单位换算系数，等于167
ψ——径流系数，其值小于1
径流系数（ψ）=地面径流量与降雨量之比。
三、雨水沟道设计流量的估算
运用推理公式计算设计流量时，先要确定ψ值和i或q值。
1、径流系数
径流系数可按表4-1采用，汇水面积的平均径流系数按地面种类加权平均计算，区域综合径流系数，按表4-2采用。
也可查阅《室外排水设计规范》（GB50014-2006）。
表4-1径流系数
地面种类
ψ
各种屋面、混凝土和沥青路面
0.85～0.95
大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面
0.55～0.65
级配碎石路面
0.40～0.50
干砌砖石和碎石路面
0.35～0.45
非铺砌土路面
0.25～0.35
公园或绿地
0.10～0.20
表4-2综合径流系数
区域情况
城市建筑密集区
0.60～0.85
城市建筑较密集区
0.45～0.6
城市建筑稀疏区
0.20～0.45
2、设计暴雨强度
应按下列公式计算：
q——设计暴雨强度（L/s.ha2）；
T——设计重现期（a）；
t——设计降雨历时（min）；
A1——重现期为1年的设计降雨的雨力；
C——雨力变动参数，是反映设计降雨各历时不同重现期的强度变化程度的参数之一；
b——设计降雨历时附加参数；
n——设计降雨历时指数。
A1、C、b、n都是地方参数，根据统计方法进行计算。
在具有十年以上自动雨量记录的地区，设计暴雨强度公式可按《室外排水设计规范》（GB50014-2006）附录A的有关规定编制。
3、雨水管渠的降雨历时
t=t1+m·
t2
t——降雨历时（min）；
t1——地面集水时间（min），视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，一般采用5～15min；
m——折减系数，暗管折减系数m=2，明渠折减系数m=1.2，在陡坡地区，暗管折减系数m=1.2～2；
t2——管渠内雨水流行时间（min）。
雨水径流量的推算是水文学的一个重要课题。
公式中只有排水面积A精度较高，其它值（径流系数、重现期、地面集水时间等）都很难精确或随意性很大。
因此，可以说，雨水沟道设计流量的计算仅是估算，深究没有多大意义。
4-2雨水径流量的调节
利用管道本身的空隙容量调节最大流量是有限的。
如果在城市雨水沟道设计中能够利用一些天然洼地、池塘作为调节池，把雨水径流的高峰流量暂存其内，待最大流量下降后，再从调节池中将水慢慢地排出，这样就可以极大地降低下游雨水干沟的尺寸，对降低工程造价是很有意义的。
此外，当需要设置雨水泵站时，在泵站前设置调节池，可以降低装机容量，减少泵站的造价。
如若没有可供利用的天然洼地、谷地或池塘等作调节池，亦可采用人工修建的调节池。
调节池的布置形式
图4-1调节池的构造
1、溢流堰式调节池
调节池通常设在干管侧，有进水管和出水管。
进水管较高，其管顶一般与池内最高水位相平；
出水管较低，其管底一般与池内最低水位相平。
Q1为调节池上游雨水干管中流量，Q2为不进入调节池的泄水量，Q3为调节池下游雨水干管的流量。
Q4为调节池进水流量，Q5为调节池出水流量。
当Q1<
Q2时，雨水流量不进入调节池而直接排入下游干管。
当Q1>
Q2时，这时将有Q4＝（Q1－Q2）的流量通过溢流堰进入调节池，该池开始工作。
随着Q1增加，Q4也不断增加；
直到Q1达到最大流量Qmax时，Q4也达到最大。
然后随着Q1的减少，Q4也不断减少，直到Q1＝Q2时，该池不再进水，Q4＝0。
贮存在池内的水量通过池出水管不断地排走，直到池内水放空为止，这时调节池停止工作。
为了不使雨水在小流量时经池出水管倒流入池内，出水管应有足够坡度，或在出水管上设逆止阀。
为了减少调节池下游雨水干管的流量，池出水管的通过能力Q5希望尽可能地减小，即Q5<
<
Q4。
这样，就可使管道工程造价大为降低。
所以池出水管径一般根据调节池允许排空时间来决定。
通常，雨停后的放空时间不得超过24h，放空管直径不小于150mm。
在这种情况下，下游雨水干管的设计流量应为Q3＝Q2+Q5；
而溢流堰的设计流量应为Q4。
2、底部流槽式调节池
如图4-1所示。
图中Q1及Q3意义同上。
雨水从池上游干管进入调节池后，当Q1≤Q3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。
池内流槽深度等于池下游干管的直径。
Q3时，池内逐渐被高峰时的多余水量（Q1－Q3）所充满,池内水位逐渐上升，直到Q1不断减少至小于池下游干管的通过能力Q3时，池内水位才逐渐下降，至排空为止。
3、泵汲式调节池
沟道旁有一洼地，高程低于沟道很多，有较大容量。
下游沟道可作为起点沟道设计。
雨停后，用泵（小容量，可利用低电谷时排水）按需要情况恢复池的有效调节容积。
4-3城镇雨水沟道的设计
一、雨水沟道设计的原则
（1）尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水沟道的设置。
受纳水体周围的地面径流可直接借地面排入水体。
（2）利用地形，就近排入地面水体。
（3）考虑采用明沟。
明沟造价低。
（4）尽量避免设置雨水泵站。
二、雨水沟道系统的平面布置
（1）充分利用地形，就近排入地面水体。
平坦地区，干沟应设在流域的中部，以减少两侧支沟的长度，免得干沟埋深过大，增加造价；
在陡坡地区，雨水干管应布置在地形低处或溪谷线上。
（2）根据城市规划布置雨水管道。
雨水沟系常沿道路铺设，设在道路中线的一侧，与道路相平行，宜布置在人行道或草地带下，而不宜在快车道以外。
（3）雨水口的布置应使雨水不致漫过路口。
因此，一般在街道交叉路口的汇水点、低洼处设置雨水口。
三、雨水沟道水力学设计的准则
参照《室外排水设计规范》（GB50014-2006）进行。
（1）雨水管渠和合流管渠应按满流计算；
（2）明渠超高不得小于0.2m；
（3）雨水管道和合流管道在满流时为0.75m/s；
明渠为0.4m/s；
（4）管渠的最大运行流速同污水管道，明沟的最大流速按表4-3采用：
表4-3明渠最大设计流速
明渠类别
最大设计流速（m/s）
粗砂或低塑性粉质粘土
0.8
粉质粘土
1.0
粘土
1.2
草皮护面
1.6
干砌块石
2.0
浆砌块石或浆砌砖
3.0
石灰岩和中砂岩
4.0
混凝土
注：
①上表适用于水流深度为0.4~1.0m时；
②水流深度h在0.4～1.0m以外，表中数据应乘以以下系数：
h<
0.4m，0.85；
1.0<
2.0m，1.25；
h≥2.0m，1.40。
（5）最小管径及相应最小坡度，见表4-4
表4-4最小管径与相应最小设计坡度
管道类别
最小管径（mm）
相应最小设计坡度
污水管
300
0.002
雨水管和合流管
雨水口连接管
200
0.01
压力输泥管
150
－
重力输泥管
（6）雨水沟道流速公式
V—流速（m/s）
I—水力坡度
R—水力半径（m）
n—粗糙系数，数值同前
（7）沟段衔接一般用沟顶平接，当条件不利时也可用沟底平接；
（8）管顶最小覆土深度与最大埋深同污水管道。
一般为：
人行道下0.6m，车行道下0.7m。
一般情况下，排水管渠宜埋设在冰冻线以下。
（9）检查井在直线管段的最大间距同前。
四、设计步骤和水力计算
首先要收集和整理设计地区的各种原始资料，包括地形图，城市和工矿企业的发展规划，水文、地质、暴雨等资料作为基本的设计数据。
然后根据具体情况进行设计。
现以图4-2为例。
图4-2设有雨水泵站的雨水管布置
I-排水分界线；
II-雨水泵站；
III-河流；
IV-河堤岸
图中圆圈内数字为汇水面积编号；
其旁数字为面积数值，以ha计
（1）划分流域与沟道定线。
根据地形的分水线和铁路、公路、河道的具体情况，划分排水流域，进行沟道定线，确定雨水流向。
根据城市总体规划图或工厂总平面布置图，按地形的实际分水线划分成几个排水流域。
由于地形平坦，无明显分水线，故排水流域的划分是按城市主要街道的汇水面积拟定的。
结合建筑物分布及雨水口分布，充分利用各排水区域内的自然地形，布置管道走向，使之以最短距离按重力流就近排入水体。
在总平面布置图上绘出各流域的干管和支管的具体平面位置。
（2）划分设计沟段
根据管道的具体位置，在管道转弯处、管径和坡度改变处，有支管接入处或两条以上管道交汇处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检查井。
把两个检查井之间流量没有变化且预计管径和坡度也没有变化的管段作为设计管段，并从管段上游往下游按顺序进行检查井的编号。
（3）划分并计算各设计管段的沿线汇水面积
各设计沟段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。
并将每块面积进行编号，计算其面积的数值注明在图中。
地形平坦时，则根据就近排除的原则，把汇水面积按周围沟道的布置用等分角线划分。
地面有坡度时，则按雨水向低流的原则划分。
（4）确定各排水流域的平均径流系数值。
图4-2中经计算ψ＝0.40。
若城市中各区域内建筑分布情况差异不大时，可采用统一的平均径流系数值。
（5）确定设计重现期T、地面集水时间t1及管道起点的埋深
本例地形平坦，建筑密度较稀，设计采用t1＝10min，选用T＝1年。
管道起点埋深应考虑当地冰冻深度及支管的接入标高等条件。
本例采用1.30m。
（6）求单位面积径流量q0
q0是暴雨强度q与径流系数ψ的乘积。
即：
（L/s·
ha）
显然，对于具体的设计工程来说，式中的T、t1、ψ、m、A1、b、c均为已知数，因此，q0只是t2的函数。
只要求得各管段的管内雨水流行时间t2，就可求出相应于该管段的q0值。
（7）列表进行雨水干管及支管的水力学计算，以求得各管段的设计流量。
并确定出各管段所需的管径、坡度、流速、管底高程和沟道埋深等值。
（8）绘制雨水管道平面图及纵剖面图。
五、雨水管渠水力学计算
图4-3为某居民区部分平面图。
地形西高东低，东南有一自南向北的天然河流，河流20年一遇的洪水位为14m，常水位12m。
该城市的暴雨强度公式为
（L/s·
ha），要求布置雨水管道并进行干管的水力计算。
在设计步骤中已述，由于该地区地形平坦，无明显分水线，故排水流域按城市主要街道的汇水面积划分，流域分界线见图中I。
河流的位置确定了雨水出水口的位置，雨水出水口位于河岸边，故雨水干管的走向为自西向东。
考虑到河流的洪水位高于该地区地面平均标高，雨水有可能在洪水位不能靠重力排入河流，因此在干管的终端设置雨水泵站。
根据管道的具体位置，划分设计管段，将设计管段的检查井依次编上号码，各检变井的地面标高见表4-5。
每一设计管段的长度在200m以内为宜，各设计管段的长度见表4-6。
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。
将每块汇水面积的编号、面积数、雨水流向标注在图中（见图4-2）。
表4-6为各设计管段的汇水面积计算表。
设计重现期T、地面集水时间t1及管道起点的埋深、平均径流系数值ψ等设计基本参数的选用在设计步骤中已定。
表4-5图4-2中地面标高表
检查井编号
地面标高/m
1
14.03
11
13.60
2
14.06
12
3
16
13.58
5
14.04
17
13.57
9
18
10
19（泵站前）
13.55
表4-6图4-2中管道长度表
管段编号
管道长度/m
1～2
11～12
120
2～3
100
12～16
3～5
16～17
5～9
140
17～18
9～10
18～19
10～11
19～泵站前
表4-7汇水面积计算表
设计管段编号
本段汇水面积编号
本段汇水面积/ha
转输汇水面积/ha
总汇水面积
1、2
1.69
3、4
2.38
4.07
5、6
2.60
6.67
7～10
4.05
10.72
11～20
7.52
18.24
21、22
1.86
2.10
23、24
2.84
20.10
22.94
25～32、34
6.89
29.83
35、36
1.39
31.22
33、37～42a
7.90
39.12
43～50
5.19
44.31
表4-8雨水干管水力计算表
管长L/m
汇水面积F/ha
管内雨水停留时间/min
单位面积径流量q0/（L/s·
设计流量Q/（L/s）
管径D/mm
坡度i/‰
t2=ΣL/υ
L/υ
4
6
7
8
3.13
44.8
57.7
350
2.9
1.96
32.6
132.8
450
2.3
5.09
1.75
28.4
189.4
500
2.5
6.84
25.6
274.4
600
9.22
1.56
22.7
414.0
700
10.78
1.52
21.2
426.1
2.1
12.30
20.0
458.8
2.4
13.99
2.23
18.8
561.0
800
1.8
16.22
1.79
17.5
（546.3）
18.01
1.94
16.6
561
19.95
1.80
15.7
649.4
695.7
2.8
流速υ/（m/s）
管道输水能力Q’/（L/s）
坡降i·
L/m
设计地面标高/m
设计管内底标高/m
埋深/m
起点
终点
13
14
15
0.80
76
0.435
14.030
14.060
12.73
12.295
1.30
1.77
0.85
132
0.230
12.195
11.965
1.87
0.95
189.5
0.250
14.040
11.915
11.665
2.15
0.98
275
0.280
13.600
11.565
11.285
2.48
2.32
1.07
414
0.200
11.185
10.985
2.42
2.62
1.10
427
0.210
10.775
2.83
1.15
459
10.495
3.11
1.12
565
0.270
13.580
10.395
10.125
3.21
3.46
0.216
13.570
9.125
9.909
3.66
1.29
650
0.360
9.549
4.02
0.420
13.550
9.129
4.42
水力计算说明：
1、表中第一项为需要计算的设计管段，从上游至下游依次写出。
第2、3、13、14项从表4-6、4-7、4-5中取得。
其余各项经计算后得到。
2、计算中假定管段的设计流量均从管段的起点进入，团此，各管段的设计流量是按该管段起点，即上游管段终点的设计降雨历时（集水时间）进行计算的。
也就是说在计算各设计管段的暴雨强度时，用的t2值应按上游各管段的管内雨水流行时间之和Σt2（ΣL/υ）求得。
如管段1～2，是起始管段，故Σt2＝0，将此值列入表中第4项。
3、根据确定的设计参数，求单位面积径流量。
q0为管内雨水流行时间的函数，只要知道各设计管段内雨水流行时间t2，即可求出该设计管段的单位面积径流量q0。
如管段1～2的Σt2＝0，代入上式得
ha），将该值列入表中第6项。
4、用各设计管段的单位面积径流量乘以该管段的总汇水面积得设计流量。
如管段1～2的设计流量Q＝44.8×
1.69＝75.7L/s，列入表中第7。
5、在求得设计流量后，可参照地面坡度假定管道坡度，求管径和流速。
在查水力计算图或表时，Q、υ、i、D四个水力要素可以相互适当调整，使计算结果既要符合水力计算设计数据的规定，又应经济合理。
例如，管段1～2的地面坡度
，即是地面坡向与管道坡向正好相反，为不使管道埋深增加过多，管道坡度宜取小值。
但所取坡度应能使管内水流速度不小于最小设计流速。
故采用υ＝0.75m/s（最小设计流速），Q＝75.7L/s，从钢筋混凝土管（满流）计算图（附录一图18）中查得：
D＝380mm，i=0.0024。
虽然υ、i都符合设计数据的规定，但无380mm规格的管子，故需作适当的调整。
经调整后，D＝350mm，i=0.0029，υ＝0.8m/s。
将上述各值列入表中第8、9、10项。
水力计算中调整的流量值是该管段在确定的管径、坡度、流速的条件下得输水能力Q’，该值等于或略大于设计流量Q。
6、根据设计管段的设计流速求本管段的管内雨水流行时间t2。
例如管段1～2的管内雨水流行时间
将该值列入表中第5项。
7、管段长度乘以管道坡度得到该管段起点与终点之间的高差，即降落量。
如管段1～2的降落量iL=0.0029×
150＝0.435m。
列入表中第12项。
8、根据冰冻情况、雨水管道衔接要求及承受荷载的要求，确定管道起点埋深或管底标高。
本例起点埋深定为1.3m，将该值列入表中第17项。
用起点地面标高减去该点管道埋深得到该点管底标高，即14.030－1.3＝12.730m。
列入表中第15项。
用该值减去1、2两点的降落量得到终点2的管底标高，即12.730－0.435＝12.295m。
列入表中第16项。
用2点的地面标高减去该点的管底标高得到该点的埋设深度，即14.060－12.295＝1.77m。
列入表中第18项。
9、在划分各设计管段的汇水面积时，应尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管段的设计流量小于上游管段设计流量的情况。
如管段16～17的设计流量小于12～16的设计流量。
这是因为下游管段的集水时间大于上游管段的集水时间，而下游管段的设计暴雨强度小于上游管段的暴雨强度，而总汇水面积只有很小增加的缘故，若出现了这种
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