雨水管渠系统设计
前言：总图专业排雨水设计中涉及到雨水口的布置和雨水沟的选择问题，目前，我们只能根据经验从图集上进行定性的选择，没有进行定量的计算和选定后的验算和复核。本次对雨水管渠设计方法的学习，希望可以在日后的项目中推广，并作为计算和验算的方法，使设计更准确，形成通过定量的分析确定结论的设计过程，也起到节省投资的作用。
我国地域广阔、气候差异很大，年降雨量分布很不均匀，大体上从东南向西北递减。但就是长江以南年降雨量均在1000mm以上的多雨地区，在同一面积上全年雨水总量不过和生活污水总量相近，而沿地面流入雨水管渠的雨水径流量还不到雨水量的一半。但是，全年雨水的绝大部分常在极短时间内倾泄而下，形成大量的地面径流，若不能及时排除，会造成极大的危害。雨水管渠设计的任务就是及时的排除暴雨形成的地面径流。
雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物组成的整套工程设施。我们下面主要讲述雨水设计流量的计算及雨水管渠的设计步骤、方法。
一 雨量分析
任何一场暴雨都可以用两个基本数值：降雨量和降雨历时表示其降雨过程。雨量分析的目的就是找出表示暴雨特征的降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的相互关系。
1 雨量分析的几个要素
1）降雨量
降雨量是指降雨的绝对值，即：降雨深度。单位以mm计。也可以用单位面积上的降雨体积表示。
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～～
年最大降雨量～～
2）降雨历时
是指连续降雨的时段，可以指全部降雨的时间，也可以指其中个别的连续时段。用t表示，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。用i表示。在工程上，常用单位时间内单位体积上的降雨体积q表示暴雨强度。
q= 10000 x 1000i = 167i
1000 x 60
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。用F表示。
现实中降雨是非均匀分布的。在小汇水面积上降雨不均匀分布的影响较小。因此，可假定降雨在整个小汇水面积内是均匀分布。
5）降雨的频率和重现期
A 暴雨强度的频率
等于或大于该值的暴雨强度出现的次数与观测资料总项数之比。
频率小的出现的可能性小，反之则大。
事实上这个频率只能反映一定时期内的经验，不能反映横格降雨规律，所以称为经验频率。
编制暴雨强度公式必须有十年以上自记雨量记录。
B 暴雨强度的重现期
等于或大于该值的暴雨强度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。频率这个名词比较抽象，为了通俗起见，用重现期等效的代替频率一词。
2暴雨强度公式
167A(1+clgT)q= (t+b)q －－暴雨强度T －－重现期t －－降雨历时A，c,b,n－－地方参数
二 雨水管渠设计流量的确定
1雨水流量计算公式
Q= ΨqF
Q――雨水设计流量
Ψ――径流系数，数值小于1
F――汇水面积
q――设计暴雨强度
2 径流系数Ψ的求定
降落在地面上的雨水，一部分被植物和地面的洼地截留，一部分渗入土壤，只有一部分沿地面流入雨水管渠，这部分进入雨水管渠的雨水量称做径流量。径流量与降雨量的比值称为径流系数Ψ，其值通常小于1。
它因汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌等情况
的不同而异。
不透水的材料Ψ值大；非铺砌的土路面Ψ值较小。地面坡度大，雨水流动快，其Ψ值也大。种植植物的庭园，由于植物本身截留一部分雨水，其Ψ值小。影响Ψ的最主要因素是地面覆盖种类的透水性。此外，还与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。
通常汇水面积由各种性质的地面覆盖而成，随着它们占有的面积比例变化，Ψ值各异。所以整个汇水面积上的平均径流系数是按照各类地面面积用加权平均法计算而得到的。
一般市区的综合径流系数Ψ＝0.4~0.8
郊区的Ψ＝0.3~0.6
3 设计暴雨强度q的确定
根据上面的公式，计算暴雨强度，只需定出设计重现期T和设计降雨历时t，即可求得。
1） 设计重现期T的确定
根据汇水面积的地区建设性质（广场、干道、场区、居住区）、地形特点、汇水面积和气象特点等因素确定。一般选用0.5～3a。对于重要干道、立交道路的重要部分，重要地区或短期积水会引起较严重损失的地区，宜采用较高的设计重现期，一般选用2~5a，并和道路设计协调考虑。
同一个排水系统中可以采用同一个设计重现期或不同的设计重现期。
2） 集水时间（设计降雨历时）t的求定
设计中通常用汇水面积最远点雨水流到设计断面时的集水时间作为设计降雨历时。
T=t1+mt2
m――折减系数，管道采用2，明渠采用1.2。
A 地面集水时间t1的确定
地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、水流路程、道路横坡和宽度等因素的影响。此外，也与暴雨强度有关。但是，上述因素中，地面集水时间主要取决于水流距离的长短和地面坡度。
实际中，一般不进行计算，采用经验数值。
一般采用t1＝5～15min
B 管渠内雨水流行时间t2的求定
t2=Σ L/60V
由此，设计暴雨强度公式可写成下列型式：
167A(1+clgT)q= (t+mt+b)q －－暴雨强度T －－重现期t1－－地面集水时间t2－－管渠内雨水流行时间m －－折减系数A，c,b,n－－地方参数
C 折减系数m
暗管m=2
明渠m=1.2
三 雨水管渠系统的设计和计算
1雨水口的布置
雨水口的型式和数量，通常按照汇水面积所产生的径流量和雨水口的泄水能力确定。
一般在道路交叉路口的汇水点、低洼处应设置雨水口。道路设置雨水口的间距一般为30～80m。
2 雨水管渠的确定
雨水管渠采用排水沟或者暗管应结合具体条件确定。
3雨水管渠水力计算的设计数据
1） 设计充满度
管道设计按照满流考虑，明渠则应有等于或大于0.2m的超高。
2） 设计流速
管道内最小流速应等于或大于0.75m/s；明渠内最小流速应等于或大于0.4m/s。最大设计流速混凝土沟为4 m/s。
3)最小管径和最小设计坡度
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。
4雨水管渠水力计算的方法
Q=AV
V=1/n R2/3I1/2
Q=1/nA R2/3I1/2
n –管壁粗糙系数
5 明沟断面的水力计算公式
1）最小有效断面面积
W=0.5y+1.25(nQ/ay+0.5i0.5)1/2
y=1/6 a=1/2(K-m)1/2 K=2(1+m2)1/2 m为边坡系数
2) 计算沟的有效深度
H=(w/K-m)1/2
3) 计算沟底宽度
b=w/h-mh
4）计算水力半径
R=h/2
5) 计算水流平均流速
6）将求得的流速雨土壤允许流速比较，进行确定。
设计实例
采油一厂用房建设
10.5210.35临建10.1210.1010.5510.5510.5510.29行10.0710.2010.51暖10.029.9510.5410.3110.4910.4410.6010.5510.6710.5010.0810.3910.5010.63实测10.48 这个项目中排雨水设计考虑了两个方案：一是：新建两座雨水口。但是新建雨水口的连接管道需接入会战道，施工中会对会战道的人行道局部产生破坏。二是：勘察现场已有的一座雨水口。改造后达到排水要求。通过对流量的计算Q=8.12L/S ，一座雨水口的收水能力为12 L/S ，可以满足收水要求。设计采用方案二。
另外考虑到方案二中只有一座雨水口，集水时间会较长，局部调整了设计坡度，并在阻挡的构筑物下设一排水管，从而保证雨水的顺畅和快捷的排放。
