城市雨水管网设计分析深圳市水务规划设计院随着城市化的快速发展，作为城市重要基础设施，雨水管网的建设取得了 重大进步木文主要论述城市雨水管网系统的设计关键词：城市；排水管网；设计；计算1 城市雨水管道设计的计算雨水管道的计算是管网设计的核心部分，括每一段设计管道的设计流 量、断面尺寸、管底标高、管道埋深、坡度等要素的计算设计管段是两个检查 井之前流量、管径、坡度都无变化的管段1.1暴雨强度的设计暴雨强度是暴雨特征的重要指标，也是设计流量的主要决定因素，是在 大量的气象资料统计分析基础上编制出来的，各地根据该地的自记雨量记录进行 分析整理，按照暴雨强度公式的编制方法推求我国常采用下列的暴雨强度公式 进行计算：（1）式中q —设计暴雨强度（L/s?ha）;P -设计重现期（a）;t —降雨历时（min）;A, c, b, n—地方参数，根据统计方法进行计算确定1）设计重现期暴雨强度随设计重现期变化而变化，重现期在很大程度上决定了城市排 水管网系统的平衡在设计中，采用较高的重现期，设计的暴雨强度就会增大, 相应的雨水设计流量增大，进而排水管道的断面也相应增大，这对城市排水是有 利的一面，尤其是当前城市内涝频发，提高重现期的设计，对减少积水有很大的 帮助，但是管道设计断面的增大增加了工程造价；如果选用较低的重现期，管道 断面就相应的减小，减少了工程经济上的支出，但是这样可能会导致排水不畅, 导致路面积水，影响城市正常秩序。
所以，重现期的选择必须结合当地气候、地 形等的实际情况，从经济与技术两方面充分考虑，特别重要的地区可以适当增加， 同一地区也可采取不同的重现期进行设计2)降雨历吋一般情况下，降雨历吋t通常用汇水面积最远点的雨水流到设计断面的 吋间表示，因为在推理公式法中，只有假设当降雨历时等于集水时间吋，雨水流 量最大对于管道的某一个设计断面，集水时间t由地面集水时间tl和管内雨 水流过时间t2两个部分组成，用公式(2)表示：t=tl+t2 (2)式中，地面集水吋间tl我国一般都采用经验数值，根据文献［2］规定：地面集 水时间视距离长度和地面坡度而定，一般采用tl=5~15min根据建筑密度、汇 水面积、地形、雨水口布置的疏密程度等情况进行选取，建筑密度人、地形较陡、 雨水U设置较密或者街区内设置雨水暗管的一般取tl=5~8min，相对的Jt•他情况 选择较大值tl=10~15min地面集水吋间的选定也关系着排水管内是否流畅、管 道断面尺寸、造价等问题管渠内雨水流行时间t2的计算公式为：(3)式中：L一各管段的长度(m); v—各管段满流时的水流速度(m/s); 60—单位 换算系数，lmin=60s。
1.2雨水管道流量设计雨水管道流量设计是确定雨水管道断面尺寸的重要依据，0前国内外使用比较广 泛的是半经验半理论的推理公式，我国《室外排水工程》设计手册［1］规定也是 采用这种方法，公式为：式中Q —雨水设计流量（L/s）;? 一径流系数，其数值小于1;F 一汇水面积（ha）;q 一设计暴雨强度（L/ （s?ha））公式（4）是在一定的假设条件基础上，由雨水径流的成因加以推导得出的，假 设的条件是：降雨在整个汇水面积是均匀分布的，降雨强度是等吋空分布，汇水 面积随集流吋间增长的速度是一常数汇水面积是雨水管道汇集雨水的面积，需要区分汇水与降雨面积的区别， 降水面积是降雨所覆盖的面积汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积人小 及管道布置等情况而定：地势较平坦时，按就近排入管道的原则划分汇水；地形 坡度较大吋，按雨水径流的最有利水流方向划分降雨实际是非均匀分布的，但 因为在小汇水面积上降雨分布不均匀的影响较小，在推理公式中，一般是假设在 整个汇水面积上各点的降雨强度相等的径流系数是径流量与降雨量的比值，苏 值一般小于1径流量是降雨沿地面流入雨水管渠的一部分，其余的雨量部分包 括被植物、地面的洼地截留以及渗入到土地的降雨。
径流系数的值因汇水面积的 地面性质不同而不同，地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度、路面铺砌等 都会影响其数值影响其值的主要因素是地面覆盖种类的透水性能，此外，也与降雨历吋、暴雨强度及暴雨雨型有关目前，在设计中，常 采用地面覆盖情况确定的经验值［1］一般情况下，汇水面积是由各种不同性质的覆盖种类组成的，占有的比例不同， 径流系数值也会不同，一般是用加权平均法计算整个汇水面积的平均径流系数 值计算公式为（5）中一汇水面积上各类地面的面积（ha）;一相应于各类地面的径流系数；F 一全部的汇水面积（ha）2 雨水管道水力计算主要设计数据雨水管道的水力计算，必须保证管渠的正常工作，避免发生淤积、冲刷 的现象，因此对雨水管渠的基本设计数据有一些技术与实践的规定2.1设计充满度雨水中含有泥砂等无机物质，加之暴雨径流量大，要求雨水管道的设计 充满度按满流考虑，即管道中的水深h和管道直径D的比值h/D=lo明渠疲有 等于或大于0.02m的超高，街道边沟冇等于或大于0.03m的超高2.2设计流速为避免雨水所挟带的无机物沉淀而堵塞管道，管渠满流吋管道内的最小设计流速为0.75 m/s,明渠内为0.40m/s。
若管渠设计流速过大，会导致管壁受到冲刷而损坏，对管渠的最大设计流速规定 为：金属管为10 m/s,非金属管为5m/s,明渠根据类别有不同的规定［1】管 渠的流速设计需在最人和最小流速范围内2.3最小管径和最小设计坡度雨水管道的最小管径为300mm,相位的最小坡度为0.003，雨水U连接管最小 管径为200mm吋，最小坡度为0.01具体可见文献［1】管道埋深等其他水力 特性数据的选择在文献［1】中均奋规定3 利用Excel法进行雨水管网设计根据2013年6月18号，住建部编制的《城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲》此次规划内容包括雨水和污水管道系统规划两部分，本篇主 要论述雨水管道的规划内容，通过规划，对规划区的可持续发展、管理、建设等 提供科学的依据，便于规划管理部门进行管理,将规划新区建设成排水设施完善、 环境优美、生态化的城市，减少城市洪涝等极端气候对城市的影响3.1规划主要的依据、规范及编制原则(1)主要依据及规范该城区主要的规划依据是该市的城市总体规划以及根据划分的各地区、 各片区的详细规划以及国家城乡规划法、环境保护法、水污染防治法等依据的主要资料冇：建设部关于《城市规划编制办法》及《城市规划编制办法实施细则》、《某市片区排水工程规划》、《某市某新区排水修建性详细规划》、 《某市某新区排水管网现状调查图及说明》以及该地区的地形图、水文资料和苏 他道路相关的管线设计竣工图等。
采用的主要规范、规程有《中华人民共和国工程建设标准强制性条文》（城乡规 划部分）、《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》、《市政公用工程设计文件 编制深度规定》（建设部2013年颁布）、《城市排水工程规划规范》 （GB50318-2000）、《室外排水设计规范（2014版）》（GB50014-2006）、《城镇给 水排水技术规范》（GB 50788-2012）等相关的设计规范2）编制原则根据城市总体规划的要求，结合该地区的实际情况,依据各分区的规划， 结合道路路网及区域的高程，完善区域内的排水系统新建区域采用完全雨、污 分流的排水体制，己建区域近期采用分流制与截流式排水体制相结合的排水体制, 远期逐步实现完全雨污分流的排水体制按照“蓄清排污，达标排放，提高排洪 标准，增强城市排水能力，形成畅通安全的排水系统”的原则，根据河流沟道、 地形、地势、用地布局等划分排水区域，充分利用地形，以重力流排水为主，优 化排水管网系统，实施组织排水和集中处理坚持可持续发展的理念，充分考虑远、近期规划，因地制宜，充分体现 规划的合理性、科学性和实践性，协调好规划与现状的关系，保障排水工程的安 全性与可靠性，经济合理，选择环保的新材料、新工艺。
3.2规划的背景及现状概况结合最新编制的《城市排水（雨水）防涝综合规划编制人纲》，对规划 区域的区位条件、地形地貌、地质水文、防涝现状及问题分析进行总结分析 该规划区域有一条江东西方向横贯全区，整体地势属于西高东低，属于亚热带大 陆性季风气候，年降雨量集中在4到10月份，在此期间降雨量可达678毫米， 占全年降雨量的87.5%,该片区现状主要是以工业园区和铁路站为主，包括高新 技术产业开发区和其他共六个片区，规划面积71.79平方千米规划区域属于 水源丰富的地区，有一条江，其分支和子分支共有4条河流，由西向东有九条 沟道，在规划排水管道的吋候，可以充分利用自然河流就近排入水体3.3排水管网现状整个规划区域的目前排水体制是采取分流制、截流式合流制相结合的排 水体制，其中，火车站等老城区基本采取雨污合流的排水体制，合流管渠分段排 入现状沟道或江中，随着市政基础设施建设的完善，部分现状合流管己完成了雨 污分流改造规划城区0前有排水管渠总长度（包括新建和在建）72.8公里，其中 合流管7.13公里，雨水管长20.22公里，污水管长45.92公里3.4雨水系统划分区及规划规划雨水管网选择就近排入自然水体及沟道，根据实际河流情况，分为 4个系统，本篇选择其中主要的某江系统进行规划计算和分析。
该江系统是包括 直接排入该江的管道出口或先排入各现状沟道后再排入该江沿该江由南向北、 由西向东共设了 15个排出口，总流域面积38.70平方千米，规划雨水管道管径 d500~dl800毫米，总管长115.81千米3.5雨水管网计算参数及原则雨水管道的规划设计，疲当充分利用地形，尽量利用地面坡向以最短的 距离以重力流排入水体排河出水U的数量应适当，减少建设区域内积水及对河 堤岸安全以及景观环境的影响对现状合流管道经校核，满足流量、流向要求吋， 规划为雨水管道使用，不满足要求的重新规划各雨水排放U管底高程尽量设在 20年一遇防洪水位之上，否则必须采取防倒灌或采取强排措施本次规划选取 的基本参数见表1注：计算表中，公式参照公式（1）至公式（6），设计参数见以上有关内容4 结论排水管网是保障城市健康发展的重要基础设施，必须严格规划，按先地 下后地上原则进行开发建设并充分考虑环境保护及雨水综合利用的要求，充分结合城市规划要求科学地进行建设让城区雨水顺利排入水体，减少城市内涝的 发生[1】工程建设标准规范分类汇编，室内排水设计规范(GB 50014-2006) [S].北京： 中国建筑工业出版社，2006.[2】周玉文.城市排水管网事业面临的新挑战[」].给水排水，2001, 29 (2).3.3北坝建筑物北坝为泄洪冲砂闸坝，设计中充分考虑北库向南库引水及北库汛期泄洪 排沙的要求。
北库设计洪水位为1065.08m，校核洪水位为1067.78m北坝从左 至右依次布置左岸接头重力坝、泄洪冲砂闸、自由溢流坝、右岸接头重力坝左 岸接头坝宽15m，长10.4m，设有检修叠梁门存放槽泄洪冲砂闸为平底闸，共 2孔，单孔净宽8m，闸墩厚度2.5m;闸室底板高程1053.50m，闸室首部顶高程 1069.50m,坝顶设5m宽的交通桥，闸燉最高高程为1074.00m闸孔工作门为 弧门，并设一道检修闸门溢流坝段布置在闸右侧，坝段长度19.50m,为WES 型实用堰，无闸门控制，堰顶高程1061.60m右岸接头坝宽15m,长10.4m，坝顶高程1069.50m泄洪冲砂闸上游设水流向长度为15m的混凝土铺盖，纵坡 1： 10；自由溢流坝段上游幵挖至强风化花岗岩上部，并设混凝土护底；北坝两 岸边坡1070m高程以下边坡采用混凝土衬砌，1070m高程以上边坡用三。