第四章 城镇雨水沟道的设计§4-1 雨水径流量的估算为了确定雨水管渠的断面尺寸和坡度，必须先确定管渠的设计流量。

而雨水管渠的设计流量与地区降雨强度、地面情况、汇水面积等因素有关。

一、雨量参数1、阵雨历时、降雨历时(1) 阵雨历时：一场暴雨经历的整个时段 (2) 降雨历时：阵雨过程中任一连续的时段 两者都用分钟计算。

2、降雨量(1) 降雨量定义：是指降雨的绝对量，有2种表示方法。

① 一段时间(日、月、年)内降落在某一面积上的总水量，可用深度h (mm)表示。

② 1公顷(ha)面积上的降水立方米数(m 3)，即(m 3/ha)表示。

(2) 其他参数年平均降雨量：多年观测所得的各年降雨量的平均值； 月平均降雨量：多年观测所得的各月降雨量的平均值；年最大日降雨量：多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量。

历史上出现的最大日或最大24小时降雨量对城镇雨水沟道设计有参考价值。

降雨量一般用自记降雨计记录。

3、暴雨强度/降雨强度：又称雨率，是某一降雨历时(如10min 、20min 、30min)内的平均降雨量。

有2种表示方法：① ()min /mm thi =——单位时间的平均降雨深度 ② q ：单位时间内单位面积上的降雨体积——工程上常用 ()i i K ha s L q 7.166/=⋅=⋅ 式中：K 为换算总数，其值为：1677.1666010001000100001≈=⨯⨯⨯=K1ha=104m 2暴雨强度越大，雨越猛烈。

4、降雨面积和汇水面积(1) 降雨面积：降雨所笼罩的面积；(2) 汇水面积：雨水管渠汇集雨水的面积。

60min 到120min 此，可假定降雨在整个小汇水面积内是分布均匀，即在面积内各i 相等。

从而可以认为：雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个汇水面积的面雨量资料，即不考虑降雨在面积上的不均匀性。

5、降雨强度的频率或重现期 (1) 暴雨强度的频率某一大小的暴雨强度出现的可能性，和水文现象中的其他特征值一样，一般不是预知的。

因此，需要通过对以往大量观测资料的统计分析，计算其发生的频率去推论今后发生的可能性。

暴雨强度的频率：指相等或大于某暴雨强度的雨出现的次数m 与总观测次数n 之比，即：%100⨯=nmp 这是理论频率，必须假设n →∞，但实际上n 只是一定年限内有限的暴雨强度值。

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：%1001⨯+=n mP n 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PT 1=。

%100)1(⨯+=Tn NP n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(<100km 2)的范畴，雨水沟道设计流量一般采用推理公式计算：qA iA K q v ψ=ψ= 式中：q v ——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)。

2、设计暴雨强度 应按下列公式计算：nb t T C A q )()lg 1(1671++=式中：q ——设计暴雨强度（L/s. ha 2）；T ——设计重现期（a ）； t ——设计降雨历时（min ）；A 1——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。

A 1、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 =t 1 + m·t 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；t 2——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。

Q 1为调节池上游雨水干管中流量，Q 2为不进入调节池的泄水量，Q 3为调节池下游雨水干管的流量。

Q 4为调节池进水流量，Q 5为调节池出水流量。

当Q 1< Q 2时，雨水流量不进入调节池而直接排入下游干管。

当Q 1> Q 2时，这时将有Q 4＝（Q 1－Q 2）的流量通过溢流堰进入调节池，该池开始工作。

随着Q 1增加，Q 4也不断增加；直到Q 1达到最大流量Q max 时，Q 4也达到最大。

然后随着Q 1的减少，Q 4也不断减少，直到Q 1＝Q 2时，该池不再进水，Q 4＝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Q 5希望尽可能地减小，即Q 5<< Q 4。

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Q 3＝Q 2+ Q 5 ；而溢流堰的设计流量应为Q 4。

2、底部流槽式调节池如图4-1所示。

图中Q 1及Q 3意义同上。

雨水从池上游干管进入调节池后，当Q 1≤Q 3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。

当Q 1>Q 3时，池内逐渐c.泵汲式b.流槽式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0.2 m；(3) 雨水管道和合流管道在满流时为0.75 m/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：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<0.4 m，0.85；1.0<h<2.0 m，1.25；h≥2.0 m，1.40。

(5) 最小管径及相应最小坡度，见表4-4(6) 雨水沟道流速公式21321I R nV式中：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-河堤岸注：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。