顺德地区淹没出流雨水管..doc

顺德地区淹没出流雨水管 简易设计方法 佛山市顺德区规划设计院有限公司 陈杰辉 主题词：雨水管、淹没出流、淹没出流系数β 前 言 雨水管道常规设计方法是根据集雨面积计算流量，再根据排水管的物理坡度，按满流出流确定管径。排水管末端自由进入河涌、湖泊水体，或通过排水泵站提升，再自由进入水体。其计算假定为管口出流无压。但是，位于珠江三角洲的顺德，由于历史的原因，地面标高较低，排水管末端自由进入河涌的条件较差，设计过程中，经常出现按较小物理坡度选取管径，排水管末端出口仍淹没在常水位以下，排水管出流受水体水位顶托，并非自由出流，与我们常规设计方法的计算假定不符合。在《室外排水设计规范》GB14-87(1997年版)及《给排水设计手册第五册—城镇排水》中要求雨水管按满流计算，并应考虑排放水体水位顶托的影响。具体在工程上如何计算，则留给工程师各自理解和发挥。查找有关的资料，均未发现在出口有压时雨水管道的实用计算方法。本文以水力学中的公式，推导出根据管口出流的压力，利用常规的计算方法，对排水管管径加以放大修正的计算方法，简单，易在工程实际计算。 雨水管道常规设计方法 管口出流无压，雨水管按满流设计，雨水设计流量为 Q=Ψq F ………………(1) Q——流量（L／s） Ψ——径流系数，1 q——暴雨强度（L／(s. ha)） F——汇水面积(ha) 根据2003年顺德气象局发布《顺德市暴雨公式及计算图表》，重现期为1年的顺德地区暴雨强度公式为： q= 4417.150*(t+13.960)0.812 ………………(2) （注：可根据不同设计重现期选取不同暴雨强度公式） 根据各管段所承担的汇水面积，计算各管段的设计流量Q 1，并通过选定管材、、2，t2作为下游管段的计算汇流时间t1，逐段设计各段雨水管。 在该计算中，选定管材、、 ………………(3) Qw——通过管道流量（出口无压） A ——管道断面面积 μc1——管道系统流量系数， g ——重力加速度 管口淹没出流（出口有压） 图2 ………………(4) QY——通过管道流量（出口有压） μc2——管道系统流量系数, 在水力学上，λ(ΣL)/d为管道沿程水头损失，ζ为管道局部水头损失。淹没出流中，局部水头损失比自由出流多了一出口的局部阻力损失，即ΣζY=Σζw+ζS，ζS为淹没出流（出口有压）时，出口的局部阻力损失，当出口处的A1/4πd2时, ζS=1；故有μc1≈μc2，分析对比公式(3)、(4) Qw / QY =（μ ) / (μc2A) Qw = QY β= ………………(5) Qw=βQY ………………(6) H Z，故β1，由公式(6)知，当淹没出流时，同样的管道，其过水能力QY，为自由出流Qw的1/β,将β称为淹没出流系数。 根据公式(6)结果，在雨水管道常规设计方法的设计过程中，我们以Q=Ψq F计算出流量q0，以q0按水力计算表选定排水管直径Dw，及坡度iw ,在淹没出流（出口有压）时，其出流能力会减小，出流量只为自由出流（出口无压）的1/β。故在淹没出流的状态下，沿用常规设计方法计算，排水管直径D，及坡度i,应按淹没出流系数β进行修正。 淹没出流时雨水管实用设计方法 淹没出流时雨水管设计，在常规的出流无压雨水管计算中，只需将雨水设计流量q 0乘以一放大系数β= ，选定管径、β值，多循环一次就可得到满意的计算结果。 设计步骤框图如下 数据取值 h0——按管道沿线所有检查井均有一定数值的涌水水深的假定，可取起始管端的地面标高，也可考虑雨水口处的不满流，计算到起始雨水管口标高，由设计人控制。 h1——出水口处管道中心标高。 h2——受水水体水面标高，可根据城市水利部门所提供水闸、排水泵站所控制水位，以水力坡降线推算至雨水管出水口处的水位。 算例：顺德大良某雨水管，设计出水口处的常水位为1.20，最高水位为1.80，该雨水管始端地面标高为3.20，按常规的出流无压雨水管计算，出水口高管道中心标高为0.50（或假设），考虑雨水管始端雨水口处的不满流深度为0.30。 H=3.20-0.30-0.50=2.40 按常水位设防计算，Z=3.20-0.30-1.20=1.70 β= = =1.19 按最高位设防计算，Z=3.20-0.30-1.80=1.10 β== =1.47 管内雨水流行时间t2——t2=L/v，要注意的是，此时