雨水管道的设计
3 雨水管道的设计
3.1划分并计算各设计管段的汇水面积
该地区的雨水采用管道收集后直接排入就近水体的方式处理，因为各区汇水分界明显，坡度走势清晰，部分区域有逆坡现象，故雨水管道布置采用沿街顺坡布置，使雨水能够被很好的收集与排放。雨水干管数量：4条。具体雨水管道布置请参看某市排水管道设计布置总平面图。
3.2求单位面积径流量
q q av ψ=0
式中 0q —单位面积径流量 av ψ—平均径流系数 q —暴雨强度公式
由于影响因素多，要精确求定ψ值较为困难。因此目前径流系数通常采用按地面覆盖种类确定的经验数值。径流系数ψ值见表3.1。
表3.1 径流系数ψ值
表中所列为单一覆盖时的ψ值。但汇水面积是由各种性质的地面覆盖所组成，在整个汇水面积上它们各自占有一定的比例，随它们占有的面积比例的变化，ψ值也不同。所以，整个汇水面积上的平均径流系数ψav 值是按各类地面面积用
加权平均法计算得出。
i
i
F F
av
ψψ
?=
∑
式中 Fi ——汇水面积上各类地面的面积(ha)； ψi ——相应于各类地面的径流系数； F ——全部汇水面积(ha)。
市区地面种类如：屋面占36%，混凝土路面占16%，碎石路面占10%，非铺砌路面占20%，绿地占18%
根据市区地面覆盖情况
av
ψ＝0.9×0.36+0.9×0.16+0.4×0.1+0.3×0.2+0.15×0.18＝0.595
3.3雨水干管的设计流量和水力计算
3.3.1雨水水力计算的设计参数 (1) 采用的流量公式
城市、厂矿中雨水管渠由于汇水面积小，属小汇水面积上的排水构筑物，其雨水设计流量可采用下式：
F q Q ??=ψ
式中 Q —— 雨水设计流量(L/s)； ψ —— 径流系数，其值小于1； F ——汇水面积(ha)； q ——设计暴雨强度(L/s.ha)。 (2) 暴雨强度公式
1n
A (1Clg P)
q (t b)+=
+
式中 q――设计暴雨强度
P――设计重现期(a)； t――降雨历时(min)；
1A ，C ，b ，n――地方参数，根据统计方法进行计算确定。
本设计采用如下公式计算：
0.56
1272(10.65lg P)
q (t 6.64)
+=
+
(3) 设计重现期的选取理由和数值 暴雨强度随重现期的不同而不同。
在设计中若重现期选用较大，则暴雨强度大，相应的雨水设计流量大，管渠的断面相应大。这样偏安全，有利于防止地面积水，但工程造价高。
若重现期选用较低，则暴雨强度小，雨水设计流量小，管渠断面小。这样工程造价低，但可能会发生排水不畅、地面积水，或对城市生活及生产造成危害。
应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。在同一排水系统中可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般选用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，一般选用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。
本设计中选择P=1a 。 (4) 集水时间选取数值
对管道的某一设计断面来说，集水时间t 由地面集水时间t 1和管内流行时间t 2两部分组成：
t =t 1 + mt 2
式中 t ——降雨历时(min)；
t 1——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5～15 min ；
m ——折减系数，暗管m=2，明渠m=1.2，在陡坡地区，暗管m=1.2～2； t 2－管渠内雨水流行时间(min)。
∑
=v
L
t 602 式中 L ——各管段的长度(m)；
v ——各管段满流时的水流速度(m/s)； 60——单位换算系数，1min=60s 。 本设计中选择t 1=10min 。
(5) 折减系数的选取说明
m 的含义即为：因缩小了管道排水的断面尺寸使上游蓄水，就必然会增长泄水时间。因而采用了增长管道中流行时间的办法，达到适当折减设计流量，进而
缩小管道断面尺寸的要求。因此，折减系数实际是苏林系数与管道调蓄利用系数的乘积。
我国《室外排水设计规范》建议：暗管：m=2，明渠：m=1.2。在陡坡地区，暗管的m=1.2~2。
在本设计中，选取m=2。
3.3.2雨水管道的水力计算
（1)设计充满度
雨水较污水清洁得多，对环境的污染较小，加上暴雨径流最大，而相应的较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时一般不会很长，且从减少工程投资的角度来讲，雨水灌渠允许溢流。故雨水灌渠的充满度按满管流设计，即h/D=1,明渠则应有等于或大于0.2m的超高，街道边沟应有等于或大于0.03m的超高。
(2)设计流速
为了避免雨水所夹带的泥沙等无机物，在灌渠内沉淀下来而堵塞灌渠：
①满流时最小流速不得小于0.75m/s。
②起始管段地形平坦，不小于0.6m/s。
③明渠内最小设计流速为0.40m/s。
为了防止管壁和渠壁的冲刷损坏，且最大流速只发生在暴雨时期，历时较短，因此对雨水管渠的最大设计流速规定为：金属管最大流速为10m/s；非金属管最大流速为5m/s；明渠中水流深度为0.4—1.0m时，最大设计流速宜按规范采用。
管渠设计流速应在最小流速与最大流速范围内。
(4) 最小管径和最小设计坡度
街道下的雨水管道，最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；街坊内部的雨水管道，最小管径一般采用200mm，相应的最小坡度为0.01.
(5) 检查井最大间距
检查井通常设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变、跌水等处以及相隔一定距离的直线管渠段上。直线段上的最大间距见表3.2。
(6) 采用的管材
采用钢筋混凝土圆管排水，粗糙系数n＝0.014。
(7) 起点埋深的确定
表3.2 检查井最大间距
在污水排水区域内，雨水管道起点是对管道系统的埋深起控制作用的地点。因此起点埋深的确定对对管道系统的埋深有很大影响。本设计确定起点埋深为2m。
(8) 衔接方式
雨水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方都需要设置检查井。在设计时必须考虑在检查井内上下游管道衔接时的高程关系问题。雨水管道一般采用管顶平接。
雨水干管水力计算成果表
(9)检查井及其数量
表4.4 雨水主干管工程数量表