雨水管渠系统设计

雨量分析与暴雨强度公式★★★

七个计算核心参数：

• 降雨量
• 降雨面积和汇水面积
• 径流量及径流系数
• 集水时间（地面集水时间$t_1$和管道流行时间$t_2$）
• 降雨历时t
• 暴雨强度
• 降雨频率和重现期

降雨面积与汇水面积：

降雨面积降雨所笼罩的面积，汇水面积指雨水管渠汇集雨水的面积。降雨面积>汇水面积。

暴雨强度：

$$ i=\frac{H}{t}(mm/min) $$

在工程上，显然$mm/min$的单位使用起来十分不方便，因此对单位进行了转化：

$$ \frac{mm}{min}=\frac{10^{-3}m}{60s}=\frac{10^{-3}m^3}{60s×m^2}=\frac{10^{-3}m^3}{60s×10^{-4}×hm^2}=\frac{10^{-3}×10^3L}{60s×10^{-4}×hm^2}=\frac{10^4}{60}=167[L/(s\cdot hm^2)] $$

由此就诞生了第二个用来代替$i$的参数：$q=167i$，注意计算时提供的是哪一个。

雨水管渠设计流量的确定★★★

计算公式：

$$ Q_s=\varPsi qF $$

由上图可以看出，在降雨刚开始的时候，q（暴雨强度）一直在下降，F（汇水面积）一直在上升。极限强度认为F增大的影响远远大于q减小的影响，所以在此过程中雨水流量Q是在一直增大的。在降雨历时=集水时间（最远点面积雨水刚刚到达设计断面的时间）之后，汇水面积达到最大，已经不在增加，这个时候之后的Q将随着q的减小而减小，所以此时之后，雨水流量也在一直减小。由此我们可以得出一个结论：在降雨历时等于集水时间时，雨水流量达到最大！

上述公式成立的条件其实就有一个假设：汇水面积随雨水集流时间增长而增大的速度为常数。

由上面的理解方式，其实存在一个BUG：

当汇水面积随着降雨历时的增加并不是均匀增加的，例如图中$F_3$区域的面积十分小，但是为了等待这一区域的雨水完成汇集我们也需要等待一段时间，结果就是：在我们等待$F_3$集水的时候，$F_1$与$F_2$区域所汇集的雨水的最大流量“已经走了”，而不是等着$F_3$区域的雨水来了“大家一起走”。这个时候右图的雨水计算流量其实要小于左图的雨水计算流量。这个时候就需要采用特殊面积法来计算了。

两种计算方法：面积法、流量法。

面积法计算时直接把所有汇水面积相加，雨强按汇水时间最远点来考虑（不要理想的认为哪一汇水区域距离最远其汇水时间就最长）。

流量叠加法计算时就是使用上游管段传输流量加上本管段产生的流量之和。

面积法简单粗暴，适用于初步规划时；流量叠加法更加精细，适用于进行施工图设计计算时。

折减系数$m$存在的意义：雨水在管渠中流动的时候，其实并不是每时每刻都保持满流状态的，而我们计算的流速确实满流时的流速，所以雨水在管渠中的实际流速要小于计算流速，那么实际流行时间其实是要比我们的计算值大的，这个时候我们可以采用乘上一个折减系数来是使得时间更加准确。但是折减系数现几年又逐渐开始取消使用，原因是为了扩大雨水管网的安全能力，虽然各管段的最大流量不可能同时发生，但是折减系数的取消，使得计算流量增大，相应设计管段的管径也就增大，这样管渠安全性更高。

特殊汇水面积流量的计算：

特点：汇水面积随雨水集流时间增长而增大的速度是非均匀的；管道的最大流量可能不是发生在全部面积参与径流时，而发生在部分面积参与径流时。

分类：

1. 汇水面积地形坡度变化较大；
2. 汇水面积各部分径流系数有显著差异；
3. 当汇水面积的轮廓形状很不规则，即汇水面积呈畸形增大（包括几个相距较远的独立区域雨水的交汇）。

雨水管渠系统的设计与计算★★★

干管布置：

1. 地形坡度变化较大的时候，雨水干管宜布置在地形较低处或溪谷线上；
2. 当地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间，以便支管接入，尽可能扩大重力流排除雨水的范围。

出口布置：

1. 当管道排入池塘或小河时，宜采用分散式出水口的管道布置形式，且就近排放，管线较短，管径也较小；
2. 当河流的水位变化很大，雨水管道出口标高与常水位相差较大时，出水口的构造比较复杂，造价较高，这就不宜采用过多的出水口，而宜采用集中式出水口；
3. 当地形平坦，且地面平均标高低于河流常年水位时，需将雨水管道出口适当集中，在出水口前设雨水泵站，宜在泵站前设调节池，节省泵站的造价和运行费用。

道路交叉口雨水口设置原则：只出不进。

有雨水流向道路交叉口的时候，必须在进入交叉口之前设置雨水口进行截留；而雨水从道路交叉口流出的时候，则不需要设置。