給水排水管道系統(tǒng) 第十章 雨水管網(wǎng)設(shè)計與計算.ppt

第十章雨水管網(wǎng)設(shè)計與計算 雨水管渠系統(tǒng)特點 徑流量大 流量變化大 滿流 雨水管渠系統(tǒng)組成 雨水口 雨水管渠 檢查井 出水口 雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計步驟 資料收集 確定暴雨強(qiáng)度公式 劃分排水流域 進(jìn)行管道定線 水力計算 繪制管渠平面圖及剖面圖 一 雨量分析與暴雨強(qiáng)度公式 雨量分析的要素 降雨量 指降雨的絕對量 用降雨深度 mm 表示 也可用單位面積的降雨體積 L ha 表示 年平均降雨量 指多年觀測所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量 指多年觀測所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量 指多年觀測所得的一年中降雨量最大一日的絕對量 雨量分析的要素 降雨歷時 是指連續(xù)降雨的時段 可以指一場雨全部降雨的時間 也可以指其中個別的連續(xù)時段 用t表示 單位為min或h 暴雨強(qiáng)度 是指某一連續(xù)降雨時段內(nèi)的平均降雨量 即單位時間的平均降雨深度 用i mm min 表示 在工程上 常用單位時間內(nèi)單位面積上的降雨體積q L s 公頃 表示 q 167i 雨量分析的要素 降雨面積 指降雨所籠罩的面積 匯水面積 指雨水管渠匯集雨水的面積 降雨的頻率 是指等于或大于某值的暴雨強(qiáng)度出現(xiàn)的次數(shù)m與觀測資料總項數(shù)n之比的百分?jǐn)?shù) 降雨的重現(xiàn)期 是指等于或大于某值的暴雨強(qiáng)度出現(xiàn)一次的時間間隔 一 雨量分析與暴雨強(qiáng)度公式 續(xù)1 暴雨強(qiáng)度公式 式中 q 設(shè)計暴雨強(qiáng)度 L s 公頃 P 設(shè)計重現(xiàn)期 年 t 降雨歷時 min A1 c b n 地方參數(shù) 根據(jù)統(tǒng)計方法進(jìn)行確定 二 雨量管渠設(shè)計流量的確定 雨水管渠設(shè)計流量計算公式 式中 Q 雨水設(shè)計流量 L s 徑流系數(shù) 其數(shù)值小于1 F 匯水面積 公頃 q 設(shè)計暴雨強(qiáng)度 L s 公頃 二 雨量管渠設(shè)計流量的確定 續(xù)1 極限強(qiáng)度法 從流域上最遠(yuǎn)一點的雨水流至出口斷面的時間稱為流域的集流時間或集水時間 A t1 t2 t3 B C D E F G 極限強(qiáng)度法 即承認(rèn)降雨強(qiáng)度隨降雨歷時的增長而減小的規(guī)律性 同時認(rèn)為匯水面積的增長與降雨歷時呈正比 而且匯水面積的增長速度更快 因此只有當(dāng)降雨歷時等于集流時間時 全部面積參與徑流 產(chǎn)生最大徑流量 二 雨量管渠設(shè)計流量的確定 續(xù)2 雨水管段設(shè)計流量計算舉例 A B C 1 2 3 4 二 雨量管渠設(shè)計流量的確定 續(xù)3 徑流系數(shù) 指徑流量與降雨量的比值 徑流量指進(jìn)入雨水管渠部分的雨水 P74 設(shè)計重現(xiàn)期P 在一般地區(qū)采用0 5 1年 重要地區(qū)采用2 5年 P75 二 雨量管渠設(shè)計流量的確定 續(xù)4 集水時間t的確定 t t1 mt2 式中 t1 地面集水時間 m 折減系數(shù) t2 雨水在管道內(nèi)流行時間 地面集水時間t1 一般在建筑密度較大 地形較陡 雨水口分布較密的地區(qū) t1可采用5 8min 在建筑密度小 地形平坦 雨水口稀疏的地區(qū) t1可取10 15min 雨水在管道內(nèi)流行時間t2 式中 L 各管段的管長 m v 各管段滿流時的水流速度 m s 折減系數(shù)m 雨水在管道內(nèi)的實際流行時間與計算得出的流行時間不符 需要采用一個系數(shù)進(jìn)行修正 此系數(shù)叫折減系數(shù) 引入折減系數(shù)的原因有二 一是雨水管道內(nèi)不總是滿流 按滿流計算的流行時間小于雨水實際的流行時間 二是雨水管道的最大流量不大可能在同一時間發(fā)生 上游管道存在調(diào)蓄容積 二 雨量管渠設(shè)計流量的確定 續(xù) 雨水徑流量的調(diào)節(jié) P82 設(shè)置調(diào)節(jié)池 溢流堰式 底部流槽式 三 雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算 雨水管渠系統(tǒng)平面布置的原則和要求 充分利用地形 就近排入水體 根據(jù)城市規(guī)劃布置雨水管道 合理設(shè)置雨水口 保證路面雨水排除暢通 明渠與暗渠相結(jié)合 設(shè)置排洪溝排除設(shè)計區(qū)外的雨水或洪水 三 雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算 續(xù)1 雨水管渠水力計算的設(shè)計數(shù)據(jù) 設(shè)計充滿度 按滿流設(shè)計 h D 1 設(shè)計流速 最小流速0 75m s 最大流速10m s 金屬管 5m s 非金屬管 最小管徑和最小設(shè)計坡度 雨水管最小管徑為300mm 相應(yīng)的最小坡度為0 003 雨水口連接管最小管徑為200mm 最小坡度為0 01 三 雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算 續(xù)2 雨水管渠水力計算的方法 由于h D 1 故只需確定Q D v I值 Q值可經(jīng)過計算求得 然后選定D值 即可查表求得v I值 三 雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算 續(xù)3 雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計步驟和水力計算 1 收集 分析資料 劃分排水流域 進(jìn)行管道定線 2 劃分設(shè)計管段 注意 不宜劃分過多 管徑增長要連續(xù) 劃分要從密到疏 3 劃分并計算匯水面積 匯水面積包括綠地 街道等 4 計算平均徑流系數(shù) 一般經(jīng)驗值為 城市0 5 0 8 郊區(qū)0 4 0 6 5 確定重現(xiàn)期P 地面集水時間t1 6 計算單位面積徑流量q0 7 計算各管段的設(shè)計流量 并求出Q D v I及埋深等 8 繪制圖紙 包括平面圖和剖面圖 三 雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算 續(xù)4 雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計計算舉例 已知某居住區(qū)平面圖 地形西高東低 東面有一自南向北流的河流 河流常年洪水位14m 常水位12m 該市的暴雨強(qiáng)度公式給定 要求布置雨水管道并進(jìn)行干管的水力計算 三 雨量管渠系統(tǒng)的設(shè)計和計算 續(xù)5 立體交叉道路排水 設(shè)計時注意問題 盡量縮小匯水面積 以減少設(shè)計流量 注意地下水的排除 排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高于一般道路 雨水口布設(shè)的位置要便于攔截徑流 管道布置及斷面選擇 對于立交地道 最低點低于地下水位時 應(yīng)采取排水或降低地下水的措施 四 排洪溝的設(shè)計與計算 防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 為了準(zhǔn)確合理地擬定工程規(guī)模而選定的計算洪峰流量的標(biāo)準(zhǔn) 稱為防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 見p100 設(shè)計洪峰流量的計算 洪水調(diào)查法 推理公式法 經(jīng)驗公式法 排洪溝的設(shè)計要點 排洪溝布置應(yīng)與廠區(qū)總體規(guī)劃密切配合 統(tǒng)一考慮排洪溝盡可能利用原有山洪溝 必要時可作適當(dāng)休整排洪溝應(yīng)盡量利用自然地形坡度排洪溝采用明渠和暗渠相結(jié)合排洪溝平面布置基本要求 1 進(jìn)口 2 出口 3 聯(lián)接段排洪溝縱坡的確定排洪溝斷面形式材料排洪溝最大流速規(guī)定 排洪溝的水力計算 水力計算公式為 A Bh mh2 x B 2h 1 m2 1 2 梯形斷面 A Bh x B 2h 矩形斷面 排洪溝的設(shè)計計算舉例 見p105 排水管網(wǎng)水力計算軟件介紹 檢查井編號說明數(shù)據(jù)文件編寫計算軟件使用介紹 1 劃分管段進(jìn)行編號 同一端點可有不同的編號 計算匯流面積 形成數(shù)據(jù)文件 2 數(shù)據(jù)單位 長度 米 管徑 毫米 水量 升 秒 流速 米 秒 面積 平方公頃 檢查井編號及數(shù)據(jù)單位 數(shù)據(jù)文件編寫 輸入數(shù)據(jù)順序 管段編號 管長人口密度污水量標(biāo)準(zhǔn)匯流面積 轉(zhuǎn)輸流量集中流量地面標(biāo)高 終點地面標(biāo)高起始點埋深冰凍線深度 最小流速 700800 計算軟件使用介紹 雨水管網(wǎng)水力計算軟件介紹 輸入數(shù)據(jù)順序 A1 4 17 b 0 00 C 0 68 m 2 0 n 0 60 冰凍線深度 管段編號 管長匯水面積地面標(biāo)高重現(xiàn)期徑流系數(shù) 終點地面標(biāo)高起始點埋深地面集水時間 t1 最小流速 700800 第四部分合流制管渠系統(tǒng)的設(shè)計 合流制管渠系統(tǒng) 是指在同一管渠內(nèi)排除生活污水 工業(yè)廢水和雨水的管渠系統(tǒng) 合流制管渠系統(tǒng)特點 結(jié)構(gòu)簡單 管渠總長度小與分流制相比 截流干管管徑大 泵站和污水處理廠規(guī)模大雨天徑流時 部分生活污水也溢流到水體 造成一定程度的污染晴天時 管渠內(nèi)流量小 流速低 易淤積 合流制管渠系統(tǒng)的使用條件 排水區(qū)域內(nèi)有水源充沛的水體 足夠大的環(huán)境容量 使污染程度控制在允許范圍之內(nèi)街道比較完善 必須采用暗管排除雨水 而街道又比較狹窄 管渠的設(shè)置位置受到限制時 可以考慮采用合流制 合流制管渠布置時注意問題 管渠的布置應(yīng)能使所有服務(wù)面積上的生活污水 工業(yè)廢水和雨水都能合理地排入管渠 并盡可能以最短距離坡向水體截流干管與水體平行布置 在適當(dāng)位置設(shè)置溢流井合理控制溢流井的數(shù)目和位置在上游 盡量利用邊溝排除雨水 合流制排水管渠的設(shè)計流量 第一個溢流井上游管渠設(shè)計流量 式中 Qs 生活污水設(shè)計流量Qi 工業(yè)廢水設(shè)計流量Qr 雨水設(shè)計流量 分別為生活污水和工業(yè)廢水的平均流量 稱為旱流流量Qf 溢流井下游管渠的設(shè)計流量 式中 n0 截流倍數(shù)Q1 溢流井下游排水面積上的雨水設(shè)計流量Q2 溢流井下游排水面積上的生活污水平均流量與工業(yè)廢水最大班平均流量之和 截流倍數(shù)n0 溢流井后 不從溢流井泄出的雨水量 通常按旱流流量的指定倍數(shù)計算 該指定倍數(shù)稱為截流倍數(shù)n0 我國 室外排水設(shè)計規(guī)范 規(guī)定采用n0為1 5工程實際中 我國多數(shù)城市都采用n0 3美國 日本等多采用n0 3 5 合流制排水管渠的水力計算要點 按滿流進(jìn)行設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)放大 因為混合污水有污染應(yīng)合理確定截流倍數(shù)n0 溢流井形式截流槽式溢流堰式跳躍堰式 合流制排水管渠設(shè)計計算舉例 城市舊合流制排水管渠系統(tǒng)的改造 改合流制為分流制 改為截流式合流 對溢流的混合污水量進(jìn)行控制 第五部分排水管渠及附屬構(gòu)筑物 排水管渠的斷面形式要求 靜力學(xué)上 具有一定的抗荷載能力 堅固穩(wěn)定 抗壓抗折 不破裂 不變形水力學(xué)上 盡可能大的排水能力 不淤積 不沉淀經(jīng)濟(jì)上 造價低管理維護(hù)上 便于疏通 清洗 排水管渠的斷面形式 圓形 半橢圓形 馬蹄形 水力特性好排水能力大抗壓能力強(qiáng)便于預(yù)制節(jié)省材料 抗壓能力強(qiáng)節(jié)省材料用于污水流量大且變化小管徑大于2m 高度小于寬度可減小埋深造價低 易淤積適用大流量 變化小 出水位置受限制 排水管渠的斷面形式 矩形 水力條件差可現(xiàn)場預(yù)制適用于排洪溝等明渠或路面狹窄地區(qū) 梯形 只適用于明渠 蛋形 下部窄流量小時流速也較大不淤積清通養(yǎng)護(hù)方便 排水管渠材料的要求 具有一定的強(qiáng)度 抗壓抗折抗沖刷 耐磨損有抗腐蝕 浸蝕能力不透水內(nèi)壁光滑 阻力小貨源充足 價格便宜 常用的排水管渠 混凝土和鋼筋混凝土管 陶土管 金屬管 磚石漿砌或鋼混大型管渠 石棉水泥管 其他管渠 包括木管 竹管 塑料管 玻璃鋼管等 1 混凝土和鋼筋混凝土管 優(yōu)點 制造方便 成本低 抗壓能力強(qiáng) 適用于大管徑缺點 抗酸 堿和浸蝕能力低 抗?jié)B透性能低 管節(jié)短 接頭多 施工困難 重量大 搬運(yùn)不便 承插式 企口式 平口式 2 陶土管 特點 內(nèi)外壁光滑 不透水性能好 耐磨損 抗腐蝕 強(qiáng)度低 抗壓抗折能力差 管徑較小 一般在300mm以下適用條件 居民區(qū)室外排水管 工業(yè)廢水中 3 金屬管 鋼管和鑄鐵管 特點 成本高 較少采用 抗高壓 抗?jié)B透能力強(qiáng) 內(nèi)壁光滑 阻力小 長度大 接頭少 抗酸 堿腐蝕和抗地下水浸蝕能力低 需作防腐處理適用條件 震區(qū) 對滲透要求高的地區(qū) 特點 現(xiàn)場澆筑 抗壓 抗震 抗腐蝕能力強(qiáng) 無法預(yù)制適用條件 大管徑 管徑大于2 0m 4 磚石漿砌或鋼混大型管渠 5 石棉水泥管 特點 表面光滑 不透水 抗腐蝕性強(qiáng) 重量輕 質(zhì)脆 易折斷 不耐磨損 6 其他管渠 木 竹 塑料 玻璃鋼等 管渠材料的選擇 管渠材料應(yīng)盡可能就地取材 便于供應(yīng)和運(yùn)輸 考慮管材的造價 根據(jù)輸送水質(zhì)情況 進(jìn)行比較選擇 考慮管材的適用條件 排水管渠接口的要求 足夠的強(qiáng)度不透水抗腐蝕 浸蝕具有一定的彈性 排水管渠接口的分類 柔性接口 允許有3 5mm的縱向交錯或較小的角度 適用于地基軟硬不一 受力不均勻 震區(qū)等地 但施工復(fù)雜 造價高 如瀝青卷材 橡膠圈剛性接口 不允許有相對的位移 適用于地基條件好的地區(qū) 施工簡單 應(yīng)用廣泛 如水泥砂漿接口半柔半剛性接口 介于柔性和剛性之間 如石棉水泥接口 排水管渠基礎(chǔ)的組成 管道 管座 基礎(chǔ) 墊層 地基 排水管渠基礎(chǔ)的種類 砂土基礎(chǔ)適用于土壤條件非常好 無地下水的地區(qū) 管道直徑小于600mm 管頂覆土厚度在0 7 2 0m之間的管道 不在車行道下的次要管道及臨時性管道 混凝土枕基建在管道接口處 適用于土壤條件較好 無地下水的地區(qū) 是一局部基礎(chǔ) 混凝土帶形基礎(chǔ)沿管道全長敷設(shè) 適用土壤條件差 震區(qū) 重要管道處 按管座的形式 分為90度 135度 180度三種管座基礎(chǔ) 排水管渠附屬構(gòu)筑物 雨水口 雨水口的作用 收集雨水的構(gòu)筑物 雨水口的組成 進(jìn)水箅 通常為鑄鐵制 也有混凝土制 一般一個平箅雨水口可排泄15 20L s的地面徑流量 進(jìn)水箅設(shè)在道路交叉口 低洼地 路側(cè)邊溝等處 間距25 50m 井筒 通常采用磚砌結(jié)構(gòu) 或鋼筋混凝土澆制 深度小于1 0m 其形式有帶沉泥井的和不帶沉泥井的兩種 連接管 連接管的管徑大于200mm 坡度大于0 01 長度小于25m 在同一連接管上雨水口的個數(shù)不多于3個 排水管渠附屬構(gòu)筑物 檢查井 為了便于對管道進(jìn)行檢查和清通 必須設(shè)置檢查井 檢查井一般設(shè)在管渠交匯 轉(zhuǎn)彎 管渠尺寸或坡度改變 跌水等處以及相隔一定距離的直線管渠上 檢查井的組成 井底 基礎(chǔ)為卵石 碎石或混凝土澆筑 井底為半圓形或弧形 水力條件好 減小阻力 井身 磚砌結(jié)構(gòu) 水泥砂漿抹面 通常為圓形 在大管徑交匯處 可用矩形 扇形 井蓋 為鑄鐵或混凝土制 為防止雨水流入 通常高于地面 排水管渠附屬構(gòu)筑物 倒虹管 穿越河