第九章 雨水管网设计与计算

m 因此，水文计算常采用公式 Pn 100 ％计算 N 1 m 年频率，用公式 Pn 100 ％计算次频率。观 NM 1 测资料的年限愈长，经验频率出现的误差也就愈小。
我国现行《室外排水设计规范》规定，在编制 暴雨强度公式时必须具有10 a以上自计雨量记录。 在自计雨量记录纸上，按降雨历时为 5、10、15、 20、30、45、60、90、120 min，每年每个历时选择 6～8场最大暴雨记录，计算其暴雨强度值，然后不 论年次，将每个历时的暴雨强度按大小次序排列， 再从中选择资料年数的 3～4倍的最大值，作为统计
北京天安门广场的雨水管道，其设计重现期为10年。
国内部分城市设计重现期
（2）设计降雨历时的确定
以排水面积中最远一点到集水点的雨水流行时间作为 设计降雨历时。
式中：
t t1 mt2
l t2 (min) 60
t —设计降雨历时（排水面积的集水时间），min； t1—地面汇流时间，min； t2—雨水在管渠内流行时间，min； V为（m/s）； l —计算管段长度，m； —各设计管段满流时的流速，m/s;
%
n——观测资料总项数 m——暴雨强度出现的次数
• 如频率P=1%，即是等于或大于这个暴雨强度在1年 内可能发生1%次，或者在100年内可能发生一次，也 就是发生一次的时间间隔为100年。 • 又如暴雨强度频率P=50%，即在100年内可能发生50
次，重现一次的时间间隔平均为2年
若每年只选一个雨样（年最大值法），称为年频率式
考虑以上两个原因，在设计降雨历时计算时引入折减 系数 m，延缓管内流行时间，使之更接近于实际情况，并 达到折减管段设计流量，减小管渠断面尺寸的目的。 折减系数m实际是苏林系数（1.2）与管道调蓄利用系 数（1.67）两者的乘积。 规范（《室外排水设计规范》）规定：
折减系数 m 的确定
提出的原因如下：
1）雨水管渠按满流设计，但降雨时，管
渠中不总是满流，也并非一开始就达到设计流
速，而是随着降雨历时的增长逐渐达到设计流
速。这样，雨水在管渠内的实际流行时间与计
算得出的流行时间不符，需要采用一个系数进
行修正。（前苏联，苏林教授，苏林系数
20%）。
2）雨水管渠各设计管段的设计流量是按照相应于该管段
第9章
9 ．1 9 ．2
雨水管网设计与计算
雨量分析与暴雨强度公式 雨水管网设计流量计算
9 ．3
9.4
雨水管网设计与计算
合流制管网设计与计算
雨水管渠设计的主要内容包括： 1．确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线；
2．划分排水流域，进行雨水管渠的定线；
3．划分设计管段，计算各设计管段雨水设计流
量；
4．进行管渠的水力计算，确定各设计管段的管 径、坡度、标高及埋深。 5．绘制管渠平面图及纵剖面图。
降水分布是指各地区降水不均匀。全球平均年降水量为930mm。全球大陆平 均年降水量为700mm。中国平均年降水量为629mm。中国大陆降水分布的特点 是南方多，北方少，东部多，西部少。
中国年平均降雨 量分布
台湾省北端基隆南侧 的火烧寮，曾出现 8409.0毫米的记录。 云南省的金平， 2267.3毫米。
集水时间的设计暴雨强度来计算的，所以，各管段的最大 流量不大可能在同一时间发生。当任一管段出现设计流量 时，其他管段（特别是上游管段）不一定都是满流，上游 管道存在空隙容量，起到调蓄（缓冲）管段内最大流量的 作用（必然会增长排水时间），从而削减其高峰流量，减 小管渠断面尺寸，降低工程造价。 ——管道调蓄利用系数。
的基础资料。
（2）暴雨强度的重现期 某特定值暴雨强度的重现期是指等于或大于该值 的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，一般用 P 表示，以年为单位，按如下公式进行计算：
N P m
式中
P —- 暴雨强度的重现期（a）； N —- 资料记录的年限（a）； m —- 等于或大于某特定值的暴雨强度出现
的次数。 重现期 P与年频率 Pn互为倒数，即
暴雨强度。在推求暴雨强度公式时，降雨历时常采
用5、10、15、20、30、45、60、90、120 min 9个
时段。在分析暴雨资料时，必须选用对应各降雨历 时的最大降雨量。由于在各降雨历时内每个时刻的 暴雨强度也是不同的，所以计算出的各历时的暴雨 强度称为最大平均暴雨强度。
4．降雨面积和汇水面积 （1）降雨面积——是指降雨所笼罩的面积，即降雨 的范围。 （2）汇水面积——是指雨水管渠汇集雨水的面积， 用 F表示，以公顷或平方公里为 单位（ha或km2）。 任一场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相 等的，但在城镇雨水管渠系统设计中，设计管渠的汇 水面积较小，一般小于100 km2，其汇水面积上最远 点的集水时间不超过60 min到120 min，这种较小的 汇水面积，在工程上称为小汇水面积。在小汇水面积 上可忽略降雨的非均匀分布，认为各点的暴雨强度都 相等。
m n = N ， Pn N 100%
N — 降雨观测资料的年数
若平均每年选入 M个雨样数，称为次频率式。
n = N· M，
m Pn 100% NM
ห้องสมุดไป่ตู้
M——每年选入的平均雨样数
若每年只选一个雨样，称为年频率式
n = N，
m Pn 100 % N
N——降雨观测资料的年数 若平均每年选入 M个雨样数，称为次频率式。
学表达式，是雨水管渠的设计依据。我国常用的暴
雨强度公式为：
q
式中
167 A1 1 c lg P
t b
n
q —— 设计暴雨强度（L/s·ha）； P —— 设计重现期（a）； t —— 降雨历时（min）； A1、c、b、n —— 地方参数，根据统计方法计算
确定。
我国《给水排水设计手册》第5册收录了我国若
• • 降雨 •
植物截留
余水
土壤渗流
地面径流
我国现行《室外排水设计规范》中规定的径流系 数ψ 值见下表： 径流系数ψ 值
地面种类 各种屋面、混凝土和沥青路面 大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石 路面 级配碎石路面 干砌砖石和碎石路面 非铺砌土路面 公园或绿地 ψ值 0.90 0.60 0.45 0.40 0.30 0.15
2．降雨历时 是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部的时 间，也可以指其中个别的连续时段。用 t表示，单 位以 min或 h计，从自计雨量记录纸上直接读得。 3．降雨强度（暴雨强度）
降雨强度是指某一连续降雨时段内的平均降雨
量，即单位时间的平均降雨深度，用 i表示。
H （mm/min） i t
在工程上统计的降雨多属暴雨性质，故称暴雨
2. 设计暴雨强度的确定
（1）设计重现期 P 的确定
设计重现期是指在一个较长的统计期限内，设计暴雨强度的降雨重新出现 一次的平均时间间隔，单位为年。
◆ 若选用较高的设计重现期，计算所得设计暴雨强度大，相应的雨水设
计流量大，管渠的断面相应大。
这对于防止地面积水是有利的，安全性高。但经济上则因管渠设计断面的 增大而增加了；
在雨水管渠系统设计中，汇水面积通常是由各种
性质的地面覆盖组成的，随着它们占有的面积比例变
化，ψ 值也各异。因此整个汇水面积的径流系数应
采用平均径流系数，其值是按各类地面面积用加权平
均法计算求得，即：

式中
av

Fi
i
F
Ｆi ——汇水面积上各类地面的面积（ha）；
ψ i——相应于各类地面的径流系数； Ｆ——全部汇水面积（ha）。
ψ — 径流系数，其值小于1，地面径流量与 降雨量之比。
9 ．2
雨水管网设计流量计算
9．2．1 地面径流与径流系数 1．地面径流：在地面沿地面坡度流动的雨水，称 为地面径流。 雨水管渠就是收集雨水地面径流量。 2．径流系数 径流量 1 降雨量 降雨量 < 地面渗水量，雨水被地面吸收 降雨量 > 地面渗水量，余水（两者之差）在地面 开始积水，产生地面径流
1．降雨量 降雨量是指降雨的绝对量，是用降雨深度 H（mm） 表示，也可用单位面积上的降雨体积（L/ha）表示。 在研究降雨时，很少以一场雨为对象，而常用单位时 间表示： （1）年平均降雨量：指多年观测所得的各年降 雨量的平均值。 （2）月平均降雨量：指多年观测所得的各月降 雨量的平均值。 （3）年最大日降雨量：指多年观测所得的一年 中降雨量最大一日的绝对量。
强度，常用单位时间内单位面积上的降雨体积 q
（L/s·ha）表示。q与 i之间的换算关系为：
q＝167i 式中 167-—换算系数。
暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，也是确 定雨水设计流量的重要依据。在任一场暴雨中，暴 雨强度是随降雨历时变化的。所取的降雨历时长，
则与该历时相对应的暴雨强度将小于短历时对应的

m—折减（延缓）系数，明渠：m = 1.2；暗管：m = 2。
地面集水时间 t1 ——是指雨水从汇水面积上最远点流到雨 水口的地面流行时间。 地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、 植被、距离长短等因素影响，主要取决于 水流距离的长短和地面坡度。在工程实践 中，地面集水时间通常不予计算，一般采 用5～15 min(《室外排水设计规范》规定)。
◆ 若选用较低的设计重现期，管渠断面可相应减小，虽 然可以降低工程造价，但可能发生排水不畅、地面积水 而影响交通，甚至给城市人民的生活及工业生产造成危 害。
因此，必需结合我国国情，从技术和经济方面统一考虑。
一般：低洼地段大于高地；干管大于支管；工业区大 于居住区；市区高于郊区。最小不宜低于0.33年。
1 P Pn
洪水的大小 50年一遇 100年一遇 洪水重现期 50年 100年 2%（0.02） 1%（0.01） 频率
举例：教材：P66 表3-2