城镇雨水沟道的设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,城镇雨水沟道的设计,第一节雨水径流量的估算,第二节雨水径流量的调节,第三节城镇雨水沟道的设计,第四节雨水泵站的设计,第五节城镇防洪,第六节合流沟道系统的设计,第七节我国旧城传统排水措施,第一节雨水径流量的估算,阵雨历时：指一场暴雨经历的整个时段。,降雨历时：指阵雨过程中任一连续的时段。,雨水沟道和合流沟道的设计以降雨量为基础，其设计流量为雨水径流量。,雨量参数：,降雨强度：指在某一降雨历时内的平均降雨量。,深度,h,（,mm,）,表示方式,1hm,2,面积上的降雨量（,m,3,h,-1,m,-2,）,降雨量：一段时间内降落在某一面积上的总水量。,雨量参数：,i=h/t,（,mm,min,-1,）,q,=,K i,=,166.7,i,（,L,s,-1,hm,-2,）,表示方式,降雨强度频率：通常称单位时间内某种事件出现的次数（或比例）为频率，水文统计上，用频率反映水文事件出现的频繁情况。,降雨强度的重现期。,雨量参数：,洪水的大小,50年一遇,100年一遇,洪水重现期,50年,100年,频率,2%（0.02）,1%（0.01）,推理公式：,雨水沟道设计流量一般采用推理公式计算：,式中：,q,v,雨水沟道的设计流量，L/s；,A,排水面积，hm,2,；,i,降雨强度，mm/min；,q,降雨强度，L/（shm,2,）；,K,单位换算系数，等于167；,径流系数，其值小于1，地面径流量与降雨量之比。,降雨分析,一个自记雨量计降雨记录的整理雨量曲线和雨量公式,分析每一年的记录,整理每一年的降雨分析汇总表,全国十大城市雨量公式摘要表,编制降雨分析整理成果表和绘制雨量曲线,雨水沟道设计流量的估算设计降雨强度的确定,t,设计降雨历时（排水面积的集水时间），,min,；,t,1,地面积水时间，,min,；,t,2,在沟道中流行的时间，,min,；,l,集中点上游各沟段的长度，,m,；,v,相应各沟段的设计流速，,m/s,。,设计降雨历时：以排水面积中最远的一点到集水点的雨水流行时间作为设计降雨历时。,式中：,雨水沟道设计流量的估算设计降雨历时的确定,设计雨水沟道，确定设计降雨强度时，常选用重现期较短的当地降雨强度。,选用重现期，主要看：,沟道溢流；,地区集水将造成的危害；,施工费用。,雨水沟道设计流量的估算设计重现期的确定,影响径流系数的因素：地面的透水性、地面坡度、降雨情况（久雨和暴雨）。,径流系数常采用面积内各类地面的径流系数的加权平均值。,0.15,公园或绿地,0.30,非铺砌地面,0.40,干砌砖石和碎石路面,0.45,级配碎石路面,0.60,大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面,0.90,各种屋面、混凝土和沥青路面,地面种类,雨水沟道设计流量的估算径流系数的确定,苏联：集水时间的修正、自由容积的利用和压力流的利用。,我国：规范修订。,雨水沟道设计流量的估算降低设计流量的尝试,应用推理公式确定雨水沟道的设计流量时：,排水面积的值精度较高；,径流系数的值很难精确，且随城市的建设而变动；,降雨强度设计值的确定，随意性很大；,重现期的选用富有随意性；,地面集水时间富有随意性。,雨水沟道口径的决定同经济考虑有密切关系，不太可能避免溢流，如果溢流问题考虑周到，雨水沟道可以小些。,讨论,第二节雨水径流量的调节,有可能降低整个沟系的造价,由于雨水流量大，沟槽长，下游沟道的雨水流量尤其大，设置调节池，可使下游沟道的设计流量减小，降低下游沟系的造价，而且做调节池的造价要比沟管省，故有可能降低整个沟系的造价。,能使雨水沟道的设计有较大的灵活性,如今后在所在的汇水区域上大量造房，会使不透水面积增加，从而使径流量剧增，一般很少有可能再重新排管，此时若能设置一个调节池，将上游的流量引入调节池，洪峰过后再排入下游管道，则可使下游沟道仍能使用，从而解决该技术矛盾。,能改善合流制管系暴雨时的溢流水水质,由于合流制沟管在遇到暴雨时，会有大量溢流水产生，而溢流的水中含有相当的生活污水和工业废水，水质较差，若能在截流式合流制的溢流井后面设置调节池，并对进入调节池的溢流污水进行处理后再将其排入水体，就能使最终排入水体的溢流水的水质得到改善。,雨水径流调节池的作用,调节池的位置选择很重要，调节池若设置在排水系统的开始或末端，可想而知是意义不大的，故最佳位置的选择需要慎重考虑。,调节池的最佳设计位置选择,尽可能利用当地的地形条件，如水库、池塘、河流等。,应专门建设。,一般位置：汇流点。,在有池塘、河床可以利用，或有洼池可以建池的情况下，往往可以调节径流量，以减小其下游的沟道口径。,调节池构造,流槽式,泵汲式,溢流堰式,溢流堰式,流槽式,泵汲式,第三节城镇雨水沟道的设计,因雨水泵站投,资、用电量都,很大，尽量避,免设置雨水泵,站。,因明沟造价低，,考虑采用明沟。,在建筑物密度较,高、交通繁忙的,地区，可采用加,盖明沟。,利用地形，,就近排放,地面水体，,降低造价。,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。,雨水沟道设计的原则,雨水沟道,系统的平,面布置,雨水口的设置位置，要,配合道路边沟，在道路交叉,口处，雨水不应漫过路面。,陡坡地区:为避免因沟道坡度太陡，,设跌水窨井等特殊构筑物，使干沟与,等高线斜交，以适当减少干沟坡度。,受地形,影响,平坦地区:为避免干沟埋深过,大，增加造价，干沟应设在流域,的中部，以减少两侧支沟长度。,根据城市规划和建设情况，考虑,利用河湖水体与洼地调蓄雨水，把,地形条件、地下水位以及原有的和,规划的地下设施、施工条件等因素,综合考虑，合理布置，分期建设，,逐步完善。,布置原则,沟系定线,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，尽量在快车道以外。,受道路交,通影响,道,路,交,叉,口,雨,水,口,的,布,置,管道按满流设计，明沟应留超高，不小于,0.2m,。,最小设计流速为,0.75m/s,，,明沟为,0.4 m/s,。,管道可不考虑最大流速，明沟的最大流速按下页表采用。,最小管径,300mm,，,最小坡度,0.003,；雨水口连接管管径,200mm,，,最小坡度,0.01,。,雨水沟道流速公式。,管段衔接一般用管顶平接，当条件不利时也可用管底平接。,最小覆土厚度，在车行道下时，一般不小于,0.7m,，,基础应设在冰冻线以下。,在直线管段上窨井的最大间距见下表。,雨水沟道水力学设计的准则,沟壁材料,最大设计流速/（ms,-1,）,沟壁材料,最大设计流速/（ms,-1,）,粗沙或贫砂质黏土,0.8,草皮护面,1.6,砂质黏土,1,干砌块面,2,黏土,1.2,浆砌块石或浆砌砖,3,石灰岩、砂岩,4,混凝土,4,管径或暗渠净高/mm,最大间距/m,污水管道,雨水（合流）管道,200400,20,40,500700,50,60,8001000,70,80,11001500,90,100,1500,100,120,雨水沟道水力学设计步骤,步骤1：划分流域与沟道定线，确定雨水流向,步骤2：划分设计沟段与沿线汇水面积,步骤5：进行水力学计算,步骤4：确定沟道的最小埋深,步骤3：确定雨量参数的设计值,雨量重现期采用一年，相应降雨强度公式：,地面集水时间,t,用10min。,径流系数及加权平均的计算：,水力学计算示例,基本公式和数据：,步骤1：,从沟道系统图中量得各沟段的长度,L,列入第2项,步骤2：根据排水面积的划分，将各沟段的沿线面积列入第3项,步骤3：各沟段的排水面积列入第4项,步骤4：从图中读出数据列入第14、15项,步骤5：根据各沟段的假定流速，算出集流时间,t,，比流量,q,0,，,设计流量,q,v,，而后从水力学算图上选定管径,D,与坡度,I,，并确定相,应的流速,v,，当所确定的流速,v,与假定流速有出入时，再调假定,流速并进行重新计算，最终使假定流速与确定的流速两者一致,步骤6：计算各沟底高程，并填入表格,列表计算及步骤,为什么下游沟段3-2的设计流量(,q,v,=607.2L/s)反而比上游沟段4-3的设计流量(,q,v,=627.2L/s)小?,窨井5处计算集水点,t,2,的集水时间时有3个值,为什么选择最大的?,计算沟段5-4的上端的沟底高程时可得3个数值,为什么要采用最小的?,Questions,雨水沟道平面图的绘制,沟道系统平面布置图,上，加注计算所得数据。,规划阶段,完整的沟道平面图,反映初步设计的要求,标明窨井的具体位置,可能有施工有关的地面建筑物,其他地下管线及地下建筑物的位置,管线图例及施工说明,施工图设计阶段,比例尺1:5001:2000,第四节雨水泵站的设计,雨水的地面径流量很大，雨水泵站的基建费用,很高，使用率往往很低，只有当地势平坦、管路较,长或出水河道水位很高时，才考虑设置雨水泵站。,雨,水,泵,的,选,择,入流沟道流量的120%,设计流量,轴流泵和混流泵,雨水泵选择,出水量大扬程小,雨水泵特点,另需装设小流量离心式污水泵,或小型的轴流泵，以节约电能,合流泵站,满足最大设计流量的要求，,同时考虑雨水径流量的变化,选型要求,一般不宜少于23台，最好选,用同一型号，可不设备用泵,台数及型号,进水池的设计,有效容积设计要求：不小于最大一台泵的30s出水量,调节池：雨水沟道的断面一般很大，敷设坡度较小，故将沟道本身作为备用调节池来利用,进水池的设计应使进水均等地流向每台水泵，必要时可以设置导流壁或椎，以防涡流的形成,按水泵轮轴,安装的位置,竖式,卧式,斜式,干室,湿室,按泵组间,是否浸水,中层：,水泵间,特点：检修方便，卫生条,件好，因电动机间干燥，,运行条件好，造价较高,特点：结构简单，造价较低，吸水,口处易发生漩涡，设备的拆装、检,修和维护较为不便，室内的电器,设备容易受潮，卫生条件较差,下层：吸,水室，连,进水池,上层：电,动机间,下层：连进水池,（水泵浸于水中）,上层：,电机间,第五节城 镇 防 洪,城镇防洪,沿江河城市，当市区地面标高低于,洪水或大潮的高水位，则该城市就有河,洪的危险。受河洪威胁的城镇，大都筑,江堤以御洪潮，同时还须解决市区本身,的雨涝。,河洪,位于山坡或山脚下的城镇和工业企,业，为防止坡面上的径流冲刷城镇，应,在城镇山坡下修建防洪设施，拦截山,洪，绕过城镇，把洪水泄入江河。山区,溪河雨洪暴涨暴落，水势汹涌，破坏力,极大。,山洪,防治的原则是因地制宜，宜顺不,宜挡。,拦洪沟的设计应凭实地考察和历年,洪灾的调查。,第六节合流沟道系统的设计,合流沟道系统的适用条件与布置特点,合流沟,道系统,具有截流沟道，在截流沟道上设溢流井，当水量超过截流能力时，超过的水量通过溢流井泄入水体，被截流的水予以适当处理。,全部污水不经处理直接排入水体，对水体污染大，在环境保护上已不容许采用。,截流式合流沟道在沟系造价上投资较省，沟系养护较简单。,地下管线可减少，不存在雨水管与污水管的误接问题。,合流制污水处理厂的造价比分流制污水厂高，处理养护也较复杂。,截流式合流制在卫生上比分流制差，环境污染较大。,截流式合流沟道与分流制系统相比的优缺点,当溢流井离排放水,体较近且溢流井不受高,水位倒灌影响时，原则,上宜多设溢流井。,当溢流井受高水位,倒灌影响时，宜减少溢,流井数量，并在溢流管,上设潮门，必要时设泵,站排水。,应使雨水及早溢入水体，以降低下游干沟的设计流量,截流式合流沟系的布置原则,截流倍数,截流雨水量与晴天,平均污水量之比,n,0,合流污水水质与截流倍数,合流制污,水的水质,特点,雨污混合水的BOD,5,与OC的平均浓度与晴天污水并无很大的差异（见左下表）,雨污混合水的SS平均为晴天时的2倍,雨污混合水水质的统计见右下表,项目,晴天,雨天,范围,平均,范围,平均,BOD,5,50195.9,112.8,6.45267.23,119.67,OC,29.9135.8,58.9,12.43181.34,74.26,SS,41.1175.2,84.6,88.13394.97,209.91,项目,水样几率/%,范围/（mg,L,-1,）,平均/mg,L,-1,）,BOD,5,50,33243,90,70,58295,121,90,112402,189,OC,50,27174,54,70,42213,71,90,63244,110,SS,50,66289,137,70,144480,215,90,184859,376,低,截,留,比,截,留,井,工,作,示,意,高,截,留,比,截,留,井,工,作,示,意,晴天污水的浓度，最大值大多在平均值的,2,3,倍内，雨污混合水浓度变化很大，最大值可超过平均值的,10,倍以上，这是因沟道晴天时的淤积在雨天时被冲刷所致。,一般雨天时的加权平均,BOD,5,值约为晴天时的,70,，很少会超过晴天时的浓度；雨天时的加权平均,OC,值约为晴天时的,80,，但因地区不同，也有可能会超过晴天浓度的；对于,SS,，,雨天时的加权平均浓度约为晴天时的,2,倍，低于晴天浓度的现象极为少见。,当截流雨水量增大，溢流污染物将急剧减少，当截流雨水量到达,2,3mm/h,时，溢流污染物将显著减少；当截流雨水量超过,2,3mm/h,时，溢流污染物的减少就不明显。,研究认为采用截流雨水量,2mm/h,比较适当，按全国最大小时污水平均量,1mm/h,计，则截流雨水量为最大小时污水量的,2,倍，截流管按,3,倍最大小时污水量设计。,流出负荷量与溢流负荷量,我国近年来有部分沟道系统改造成截流式合流沟道系统，但,改造后的截流式合流沟道并不理想，污染仍极严重，只是污染程,度有所减轻而已，原因如下：,我国合流沟道系统的工作情况与改造问题,规范规定截流雨水量倍数,n,0,一般用,1,5,，实际上为节省投资，一般用,0.5,1.0,，截流倍数过小，致使大量污染物泄入水体，远远超过水体的自净能力。,城市污水厂处理能力不足。目前城市污水厂按晴天污水量设计，甚至在晴天污水量下也已经超负荷运行，因雨天处理能力依旧，迫使大量雨污混合水不经处理直接流出。,目前大量工业废水并没有达到进入城市排水沟道的水质要求，特别是一些水量大、浓度高或有毒的废水未经处理直接排入城市沟道。,我国北方河流的流量较小，流量的季节性变化很大。,将合流沟系改造成分流制一般需具备三个技术条件,（3）城市街道要,有足够的地下空,间，使有可能实现,铺设雨水和污水两,个沟系,（2）工厂内部的,雨水和冷却水等排,水系统与工业、,生活污水系统分开,（1）所有街坊与,庭院都需具有雨,水与污水两个沟,道系统，严格分流,（1）、（2）两条件难以具备，并且要改建几乎所有的接户管,要破坏大量路面，改造工作量极大，需要很长时间才可能完,成，因此合流制改造成分流制在实践中较难实现。从技术和经,济两个角度看，污水不经处理直接排入水体的合流沟道，主,要的改造方向是向截流式合流沟道过渡。,直接排放型的合流沟道改造为截流式合流沟道，,需规划设计的几个方面：,截流倍数的选用要适当提高，我国,规范,建议的截流倍数,1,5,较低，所用,n,0,值宜根据不同地区的水体稀释能力和自净能力作不同程度的提高。,合流沟系污水处理厂的设计，应对截流污水作适当处理，处理能力应与截流量相适应。,溢流井的位置、构造要得当，发挥其应有的作用。,溢流口附近可设置雨污混合水调节池，以截取初雨径流，改善溢流污水水质，在晴天时把调节池中混合污水送至处理厂处理。,截流干沟的布置应与市内河道的整治和城市防洪排涝规划相结合。,截流式合流沟道的水力学计算,合,流,沟,道,的,设,计,标,准,按设计流量计算,按最大生产班内,的设计流量计算,溢流井上游的沟段：,按最大径流量计算,溢流井下游的沟段：按,被截流的雨水量计算,按设计流量满流计算,0.75m/s，另需校核旱流时沟内流速,应比同一情况下的雨水,沟道设计适当提高,生活污水量,工业废水量,雨水量,设计流量,设计充满度,设计最小流速,设计重现期,q,v,=(n,0,+1)q,vh,+q,vh,+q,vy,q,v,q,vs,q,vg,q,vy,q,vh,q,vy,第一个溢流井上游沟道的设计流量,q,v,：,溢流井下游沟道的设计流量,q,v,：,截流式合流沟道的设计流量,式中:,q,vs,平均生活污水量，L/s;,q,vg,工业废水的平均最大班流量，L/s;,q,vy,设计雨水径流量，L/s;,q,vh,q,vh,q,vs,+,q,vg,，旱流污水量，L/s。,式中:,q,vh,溢流井以后的污水设计流量，L/s；,q,vy,溢流井以后汇水面积的设计雨水径流量,L/s;,n,0,截流倍数。,溢流井水力学设计,截留干沟按满流设计，满流时堰口开始溢流。,水力学设计上，溢流开始时，二条入流管和一条截流出水管,的水位应在同一高程，即堰口高程（截流沟段采用沟顶平接）。,溢流井构造,二条入流管：上游合流干沟，上游截流干沟,二条出流管：下游截流干沟，溢流管,上游合流污水流量上升时，溢流井中水,位随着上升，溢流量逐渐加大。这时，,截流干沟从重力流转入压力流，流量随,着变动。截流干沟终端应设窨井控制流,量，以免污水厂出现来水过多而泛滥,溢流过程,确定堰口高程：,以堰口高程的确定和堰口长度的,核算为目的的溢流井水力学设计,溢流井下游沟道的设计流量,q,v,：,堰口与上游合流干沟（,D,一般大于,1m,）,垂直时，堰口长度,L=D,。,估计与设计流量相应的堰口水头,H,，若,H,过大，适当增加堰口长度，改变,溢流井平面布置。,堰口流量的公式：,式中：,v,2,/2g,为堰口附近流速水头,可采用上游合流干沟的设计流速水头；,C,值和,H,值最好用实测确定；,C,可采用,1.86,。,上游合流干沟设计流量,q,v1,等于径流设计流量,q,v,与污水设计流量,q,vw,之和：,q,v1,=q,v,+,q,vw,下游截流干沟设计流量,q,v,2,=n,0,q,vw,或,(n,0,+1)q,vw,，,n,0,称稀释倍数，决定于,环境质量要求和经济条件。,计算在截流干沟满流时，上游合流干沟中的充满度,h/D,。,溢流井堰口高程,=,上游合流干沟沟底高程,+,h,。,例：某镇合流沟系人口密度为400人/hm,2,，,污水量标准150L/(d人)，,=0.6，,t,1,=8min，,P,=1a,n,0,=4。,雨量公式：,解：污水比流量：,（Ls,-1,hm,-2,）,雨水比流量：,截流式合流沟道水力学计算实例,求：截流干沟3-2-1-0的设计流量及,D,、,I,、,v。,第七节我国旧城传统排水措施,泰安、曲阜、潍坊、杭州,四城市旧区都没有排水沟道，借天然地形、地面水体和下渗排除雨水。,泰安：泰山南麓雨水多由冲沟宣泄。旧城区地层为冲积层，由砂砾和粉砂质黏土组成，渗水性良好。城区雨水沿地面和街道流淌，并无沟道，总不积水。岱庙地表无铺盖，设互连甬道以便行走，甬道拱起，高于路边泥地，虽雨天也可行走。,曲阜：曲阜以孔庙、孔府和孔林成名。孔林南侧有洙水河流过，城区有明渠，从城内北部向东绕城东部沿城南部向西接洙水河。孔府、孔庙原无排水沟道，因出现积水，于,1978,年孔庙、孔府修建了排水暗沟，在孔府中，暗沟常穿屋而过，天井中也加设雨水口。,泰安、曲阜、潍坊、杭州,潍坊：潍坊旧城区无暗沟，也无砖砌的明沟。雨水沿地面流淌。庭院雨水从大门门侧墙洞流至街面。群屋间杂有砖瓦的坑塘，雨天进水。城的北区内有池塘。,泰安、曲阜、潍坊、杭州,杭州：杭州旧城排水方式极为少见，采用渗水土坑，称天井沟。土坑筑在天井中靠房屋一边，坑壁用砖干砌，坑顶用条石覆盖，留进水口。雨天从不积水，日常生活污水也排入渗坑。,泰安、曲阜、潍坊、杭州,苏 州,苏州古城城内水道纵横，河浜都有舟楫之利，直通四乡，交通方便。,紫禁城（故宫）、北京,紫禁城是明清两代的皇宫，已有约600年历史，其排水方式足为我国旧城传统方式的典范。,北京内城：内城基本上每街有沟，另有两条纵向明渠，自北向南注入前三门护城河。内城沟道尾闾除护城河外，尚有中南海、北海、什刹海等湖塘。排水效果良好。,城市排水是城市建设的一部分，融合于城市的总体规划和高程规划之中，与房屋建筑设计与道路设计相结合。,城市用地规划中，布置一定数量的水体，既有提高环境质量的作用，又便于雨水的排泄，有条件时还可起交通上的作用。,充分利用当地自然条件，简化排水设施。地势有利时，借地面排水；地质有利时，用渗坑排水。,阴沟与道路组合；阴沟溢流时雨水顺道路排泄，道路高程精心设计。,在无害的前提下，容许低洼处雨天短期积水。具体方法是室内地面高于室外，建筑设培弄或院场设甬道。,归纳我国传统排水方式，条述如下：,