【摘要】:雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物所组成的一整套工程设施。雨水管渠设计重现期应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。
雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物所组成的一整套工程设施。雨水系统的任务是及时地收集并排除暴雨形成的地面径流,防止城市居住区与工业企业受淹,以保证城市人们的生命安全和生活生产的正常秩序。
雨水管区设计的主要内容包括:确定暴雨强度公式;划分排水流域与排水方式、管道渠定线,确定水泵站的位置;确定设计方法和设计参数;计算设计流量和水力计算,取得每一设计管段的断面尺寸、坡度、管底标高及埋深;绘制管渠平面图及纵剖图。
1.雨水管渠设计流量计算
(1)雨量分析的要素
1)降雨量:是指降雨的绝对量,单位以mm计。降雨量有时也用单位面积上降雨体积(L/ha)表示。
2)降雨历时:是指连续降雨的时段,可以指一场雨全部降雨的时间,也可以指其中个别的连续时段,通常以min或h计。
3)暴雨强度:是指某一连续降雨时段内的平均降雨量,即单位时间内的平均降雨深度,用i表示,单位常以mm/min计。在工程上,常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示,用q表示,单位为L/(s·ha)。暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标,也是决定雨水设计流量的主要因素。
4)降雨面积和汇水面积:降雨面积是指降雨所笼罩的面积;汇水面积是指雨水管渠汇集雨水的面积。
5)降雨的频率和重现期:某特定值暴雨强度的频率是指等于或大于该值的暴雨强度出现的次数与观测资料总次数之比的百分数。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时间间隔,单位用年表示。
(2)雨水设计流量[式(2-2-6)]
Qs=qΨF (2-2-6)
式中,Qs为雨水设计流量(L/s);q为设计暴雨强度[L/(s·hm2)];Ψ为径流系数,可按表2-2-7的规定取值,汇水面积的平均径流系数按地面种类加权平均计算,综合径流系数可按表2-2-8的规定取值;F为汇水面积(hm2)。
注:当有允许排入雨水管道的生产废水排入雨水管道时,应将其水量计算在内。
表2-2-7 径流系数
表2-2-8 综合径流系数
(3)设计暴雨强度[式(2-2-7)]
式中,q为设计暴雨强度[L/(s·hm2)];t为降雨历时(min);P为设计重现期(a);A1、C、n、b为参数,根据统计方法进行计算确定。
在具有10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》(GB 50014—2006)附录A的有关规定编制。雨水管渠设计重现期应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般采用0.5~3a,重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区一般采用3~5a,并应与道路设计协调。特别重要地区和次要地区可酌情增减。雨水管渠的降雨历时,应按式(2-2-8)计算:
t=t1+mt2 (2-2-8)
式中,t为降雨历时(min);t1为地面集水时间(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为折减系数,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为管渠内雨水流行时间(min)。
当雨水径流量增大,排水管渠的输送能力不能满足要求时,可设雨水调蓄池。
2.雨水管渠的系统设计
雨水管渠系统设计可结合城镇总体规划,考虑利用水体调蓄雨水,必要时可建人工调蓄和初期雨水处理设施。尽量利用池塘、河浜接纳地面径流,最大限度地减少雨水管渠的设置;利用地形,就近排入水体;考虑采用明沟;尽量避免设置雨水泵站。
(1)雨水管渠系统平面布置的特点
1)充分利用地形,就近排入水体。一般情况下,当地形坡度变化较大时,雨水干管宜布置在地形较低处;当地形平坦,雨水干管宜布置在排水流域的中间,以便于支管接入,尽可能扩大重力流排除雨水的范围。
2)根据城市规划布置雨水管道。通常应根据建筑物的分布,道路布置及街区内部的地形等布置雨水管道,使街区内绝大部分雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道。
3)合理布置雨水口,以保证路面雨水排除通畅。一般在道路交叉口的汇水点,低洼地段均应设置雨水口。
4)雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定。在城市市区或工厂内,由于建筑密度较高,交通量较大,雨水管渠一般采用暗管。在城市郊区,可考虑采用明渠,以节省工程投资。
5)设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流。
(2)雨水管渠水力计算的设计数据根据《室外排水设计规范》(GB 50014—2006),雨水管渠设计的一般规定如下:雨水管渠按满流设计,明沟的超高不得小于0.2m;雨水管渠的最小设计流速应大于污水管道,满流时管道内的最小设计流速为0.75m/s;明渠内的最小设计流速为0.40m/s。雨水管渠的最大设计流速规定为:金属管道的最大设计流速为10m/s,非金属管道为5m/s。雨水管道的最小管径为300mm,相应的最小坡度为0.003,雨水口连接管最小管径为200mm,最小坡度为0.01。雨水管道衔接一般以管顶平接为原则,但当地形条件不利时也可采用管底平接。管顶最小覆土厚度,在车行道下时,一般不小于0.7m;最小埋深和最大埋深的具体规定同污水管道。雨水管道中常用的断面形式为圆形,但断面尺寸较大时,宜采用矩形、马蹄形或其他形式。明渠和盖板渠的底宽不宜小于0.3m。无铺砌明渠的边坡应根据不同地形条件确定,砖石或混凝土块铺砌的明渠可采用1∶1~1∶0.75边坡。
(3)雨水管渠水力计算方法雨水管渠水力计算按均匀流考虑,其水力计算公式与污水管道相同,只是雨水管渠应按满流计算。在实际计算中,通常采用根据公式制成的水力计算图或水力计算表。在工程设计中,在确定管材之后,粗糙系数n即为已知数值,设计流量Q经过计算后可以得到,只有3个未知数D、v、I值需要确定。在实际应用中,就可以参照地面坡度假定管底坡度I,根据水力计算图或水力计算表求得D及v值,并使所求得的D、v、I各值符合水力计算基本数据的技术规定。
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