3.4.4.1 径流系数的确定

雨水径流量与总降雨量的比值称为径流系数，用符号ψ表示，即

根据定义，径流系数值小于1。

影响径流系数ψ的因素很多，如汇水面积上地面覆盖情况、建筑物的密度与分布地形、地貌、地面坡度、降雨强度、降雨历时等。其中影响的主要因素是汇水面积上的地面覆盖情况和降雨强度的大小。目前，在设计计算中通常根据地面覆盖情况按经验来确定。GB 50014—2006《室外排水设计规范》中有关径流系数的取值见表3-6。

表3-6 径流系数ψ值

实际设计计算中，在同一块汇水面积上，兼有多种地面覆盖的情况，需要按下式计算整个汇水面积上的平均径流系数ψ_av值：

式中 ψ_av——汇水面积上的平均径流系数；

F_i——汇水面积上各类地面的面积（hm²）；

ψ_i——相应于各类地面的径流系数；

F——全部汇水面积（hm²）。

【例3-1】 某小区各类地面F_i及ψ_i值见表3-7，试求该小区平均径流系数ψ_av值。

解：由表3-7求得F=∑F_i=5.0hm²，则

表3-7 某小区平均径流系数计算

在设计中，可采用区域综合径流系数。国内部分城市采用的综合径流系数ψ值见表3-8。

表3-8 国内部分城市采用的综合径流系数

一般城市市区的综合径流系数采用ψ=0.5～0.8，城市郊区的径流系数采用ψ=0.4～0.6。随着各城市规模的不断扩大，不透水的面积亦迅速增加，在设计时，应从实际情况考虑，综合径流系数可取较大值。GB50014—2006《室外排水设计规范》推荐的城市综合径流系数取值见表3-9。

表3-9 城市综合径流系数

3.4.4.2 设计暴雨强度的确定

1.设计重现期p的确定

一般情况下，低洼地段采用的设计重现期应大于高地的；干管采用的设计重现期应大于支管的；工业区采用的设计重现期应大于居住区的；市区采用的设计重现期应大于郊区的。

设计重现期p的最小值不宜低于0.33a，一般地区选用0.5～3a，对于重要干道或短期积水可能造成严重损失的地区，一般选用3～5a，并应与道路设计相协调。特别重要的地区，可根据实际情况采用较高的设计重现期。在同一设计地区，可采用同一设计重现期或不同设计重现期。

2.设计降雨历时的确定

对于雨水管道某一设计断面来说，集水时间t是由地面雨水集水时间t₁和管内雨水流行时间t₂两部分组成，如图3-18所示。所以，设计降雨历时可用下式表达：

t=t₁+mt2

式中 t——设计降雨历时（min）；

t₁——地面雨水集水时间（min）；

t₂——设计管段管内雨水流行时间（min）；

m——折减系数，暗管m=2，明渠m=1.2；陡坡地区暗管采用1.2～2。

图3-18 设计断面集水时间示意图

（1）地面雨水集水时间t₁的确定地面雨水集水时间t₁是指雨水从汇水面积上最远点A到第1个雨水口a的地面雨水流行时间。

地面雨水集水时间t₁的大小主要受地形坡度、地面铺砌及地面植被情况、水流路程的长短、道路的纵坡和宽度等因素的影响，这些因素直接影响水流沿地面或边沟的流行速度。其中，雨水流程的长短和地面坡度的大小，是影响集水时间最主要的因素。

根据GB 50014—2006《室外排水设计规范》规定，一般地面雨水集水时间t₁采用5～15min。按经验，一般在汇水面积较小、地形较陡、建筑密度较大、雨水口分布较密的地区，宜采用较小的t₁值，可取t₁=5～8min，而在汇水面积较大、地形较平坦、建筑密度较小、雨水口分布较疏的地区，宜采用较大值，可取t₁=10～15min。起点检查井上游地面雨水流行距离以不超过120～150m为宜。

（2）管内雨水流行时间t₂的确定管内雨水流行时间t₂是指雨水在管内从第一个雨水口流到设计断面的时间。它与雨水在管内流经的距离及管内雨水的流行速度有关，可用下式计算：

式中 t₂——管内雨水流行时间（min）；

L——各设计管段的长度（m）；

v——各设计管段满流时的流速（m/s）；

60——单位换算系数。

（3）折减系数m值的确定管道内的水流速度也是由零逐渐增加到设计流速的。雨水在管内的实际流行时间大于设计水流时间。此外，雨水管道各管段的设计流量是按照相应于该管段的集水时间的设计暴雨强度来设计计算的。因此在一般情况下，各管段的最大流量不大可能在同一时间内发生。折减系数实际是苏林系数和管道调蓄利用系数两者的乘积，所以折减系数m=2.0。

为使计算简便，GB 50014—2006《室外排水设计规范》中规定：暗管采用m=2.0。对于明渠，为防止雨水外溢的可能，应采用m=1.2。在陡坡地区，不能利用空隙容量，暗管采用m=1.2～2.0。

综上所述，当设计重现期、设计降雨历时、折减系数确定后，计算雨水管道的设计流量所用的设计暴雨强度计算公式及流量计算公式可写成

式中 q——设计暴雨强度（L/s·hm²）；

Q——雨水设计流量（L/s）；

ψ——径流系数，其值小于1；

F——汇水面积（hm²）；

p——设计重现期（a）；

t₁——地面集水时间（min）；

t₂——管道内雨水流行时间（min）；

m——折减系数；

A₁、c、b、n——地方参数。(www.daowen.com)

对于雨水设计第i管段的流量计算公式可写为

式中 Q_i——第i管段雨水设计流量（L/s）；

F_i——第i管段所承担的汇水面积（hm²）；

ψ_i——第i管段所承担的汇水面积上的径流系数。

其他符号意义同上。

3.4.4.3 单位面积径流量的确定

单位面积径流量q₀（L/s·hm²）是暴雨强度q与径流系数ψ的乘积，即

对于某一具体工程来说，式中p、t₁、ψ、A₁、b、c、n均为已知数。因此，只要求得符合各计算管段内的雨水流行时间t₂，即可求出相应设计管段的q₀值。则相应设计雨水流量为

Q=q₀F

3.4.4.4 雨水管道水力计算设计参数

1.设计充满度

雨水管道按满流来设计，即充满度hD=1。对于明渠，超高不得小于0.2m。街道边沟超高应大于等于0.3m。

2.设计流速

GB 50014—2006《室外排水设计规范》规定，雨水管道（满流时）的最小设计流速为0.75m/s。由于明渠内发生淤积后易于清除、疏通，所以可采用较低的设计流速，一般明渠内最小设计流速为0.4m/s。

为防止管壁及渠壁因冲刷而损坏，雨水管道最大设计流速为：金属管道为10m/s，非金属管道为4m/s，明渠最大设计流速则根据其内壁材料的抗冲刷性质，按设计规范选用，见表3-10。

表3-10 明渠最大设计流速

3.最小管径

GB 50014—2006《室外排水设计规范》中规定，在街道下的雨水管道，最小管径为300mm，雨水口连接管最小管径为200mm。

4.最小坡度

关于雨水管道最小设计管径和最小坡度的规定，见表3-11。

表3-11 雨水管道最小管径和最小坡度

5.最小埋深与最大埋深

具体规定与污水管道相同。

6.管道的断面形式

雨水管道一般采用圆形断面，当直径超过2000mm时也采用矩形、半椭圆形或马蹄形断面，明渠一般采用梯形断面。

3.4.4.5 雨水管道水力计算方法

雨水管道水力计算仍按均匀流考虑，其水力计算公式与污水管道相同。但按满流计算，即h/D=1。

在设计计算中，常采用根据公式绘制成的水力计算图或水力计算表，在工程设计中，通常是在选定管材后，n值即为已知数，雨水管道通常选用的是混凝土或钢筋混凝土管，其管壁表面粗糙度n一般采用0.013。设计流量Q是经过计算后求得的已知数。因此只剩下3个未知数D、v及i。在实际应用中，可参考地面坡度假定管底坡度，并根据设计流量值，从水力计算图或水力计算表中求得D及v值，并使所求得的D、v、i值符合水力计算基本参数的规定。

【例3-2】 已知：钢筋混凝土圆管，充满度hD=1，表面粗糙度n=0.013，设计流量Q=200L/s，设计地面坡度I=0.004，试确定该管段的管径D、流速v和管底坡度i。

解：1）采用圆管满流，n=0.013时钢筋混凝土管水力计算如图3-19所示。

2）在图3-19横坐标上找出Q=200L/s点，向上作垂线，与坡度I=0.004相交于A点，在A点可得到v=1.17m/s，其值符合规定。而D值为400～500mm，不符合管材规格的要求。需要调整管径D。

3）当采用D=400mm时，则Q=200L/s的垂线与D=400的斜线相交于点B，从图3-19中得到v=1.60m/s，符合规定，而I=0.0092与地面坡度I=0.004相差很大，势必增大管道埋深，不宜采用。

4）如果采用D=500mm时，则Q=200L/s的垂线与D=400的斜线相交于点C，从图3-19中得出v=1.02m/s，I=0.0028。此结果既符合水力计算要求，又不会增大管道埋深。

图3-19 钢筋混凝土圆管水力计算图

3.4.4.6 雨水管道断面设计

采用暗管或是明渠排除雨水，直接涉及到工程投资、环境卫生及管道养护管理等方面的问题，在设计时，应因地制宜，结合具体条件确定。

3.4.4.7 雨水管道的设计方法和步骤

雨水管道的设计通常按以下步骤进行：

1）收集并整理设计地区各种原始资料（如地形图、排水工程规划图、水文、地质、暴雨等）作为基本的设计数据。

2）划分排水流域，进行雨水管道定线。

3）划分设计管段。

4）划分并计算各设计管段的汇水面积。

5）根据排水流域内各类地面的面积数或所占比例，计算出该排水流域的平均径流系数。另外，也可根据规划的地区类别，采用区域综合径流系数。

6）确定设计重现期p及地面集水时间t₁。设计时，应结合该地区的地形特点、工程建设性质和气象条件选择设计重现期p，各排水流域雨水管道的设计重现期可选用同一值，也可选用不同值。

根据设计地区建筑密度情况、地形坡度和地面覆盖种类、街坊内是否设置雨水管道，确定雨水管道的地面集水时间t₁。

7）确定管道的埋深与衔接。根据管道埋设深度的要求，必须保证管顶的最小覆土厚度，在车行道下时一般不低于0.7m，此外，应结合当地埋管经验确定。当在冰冻层内埋设雨水管道，如有防止冰冻膨胀破坏管道的措施时，可埋设在冰冻线以上，管道的基础应设在冰冻线以下。雨水管道的衔接，宜采用管顶平接。

8）确定单位面积径流量q₀。q₀是暴雨强度与径流量系数的乘积，称为单位面积径流量（L/s·hm²），即

对于具体的工程设计来说，公式中的p、t₁、ψ、m、A₁、b、c、n均为已知数，因此只要求出各管段的管内雨水流行时间t₂，就可求出相应于该管段的q₀值，然后根据暴雨强度公式，可绘制出单位面积径流量与设计降雨历时关系曲线。

9）管道材料的选择。雨水管道管径小于或等于400mm，采用混凝土管；管径大于400mm，采用钢筋混凝土管。

10）设计流量的计算。根据流域具体情况，选定设计流量的计算方法，计算从上游向下游依次进行，并列表计算各设计管段的设计流量。

11）进行雨水管道水力计算，计算并确定出各雨水管道设计管段的管径、坡度、流速、管底标高和管道埋深。

12）绘制雨水管道平面图及纵剖面图，绘制方法及具体要求与污水管道的基本相同。