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附录B 内涝防治设计校核
B.0.2 城镇内涝防治设计的校核,应通过手工计算、数学模型或两者相结合的方法,选取适当的降雨雨型和历时完成,并应符合下列规定:
1 当汇水面积不大于2k㎡,且排水系统不包含调蓄设施或除绿色屋顶外的源头减排设施时,校核方法的选取可不受限制;
2 不满足以上条件的,宜采用数学模型进行校核。
B.0.3 当采用手工计算的方法进行校核时,应将由道路表面和道路两侧的路缘石或建筑物等构成的积水空间视作明渠,断面形状可进行简化处理。
B.0.4 按本规范第B.0.6条规定的方法进行校核时,下游区段的径流量计算应包括从上游流经本区段的流量。
B.0.5 采用推理公式法进行内涝防治设计校核时,宜提高现行国家标准《室外排水设计规范》GB 50014中规定的径流系数。当设计重现期为20年~30年时,宜将径流系数提高10%~15%;当设计重现期为30年~50年时,宜提高20%~25%;当设计重现期为50年~100年时,宜提高30%~50%;当计算的径流系数大于1时,按1取值。
B.0.6 用手工方法校核内涝防治设计,应按下列步骤执行:
1 按本规范的规定选取内涝防治设计重现期,确定允许的道路积水深度和水面高程;
2 根据道路积水深度和水面高程,确定地面泄水通道过水断面的形状和参数,从上游至下游逐段计算道路表面的最大过水能力(Q1);
3 按推理公式法,从上游至下游逐段计算每个汇水区的地面集水时间、暴雨强度和设计流量(QT),并计算内涝防治设计标准下雨水管渠的过水能力(Q0)。计算暴雨强度和设计流量时,降雨历时的选择应与雨水管渠设计时采用的降雨历时保持一致;
4 计算每个区段内雨水口的泄水能力之和(Q2),并与内涝防治设计重现期条件下雨水管渠的过水能力(Q0)比较,若前者大于或等于后者,则雨水口的设计符合内涝防治设计重现期要求,否则,应采取增加雨水口数量和调查雨水口型式等措施增加雨水口的泄水能力;
5 在每个区段,将设计流量(QT)减去内涝防治设计重现期条件下雨水管渠的过水能力(Q0),得到满足内涝防治设计重现期条件下道路表面的设计流量(Q3)。若道路表面的最大过水能力(Q1)大于或等于道路表面的设计流量(Q3),则该区段内涝防治系统的设计满足规范要求,否则,应修改雨水管渠的设计增加雨水管渠的过水能力(Q0),或通过增加源头减排或调蓄设施等措施,削减设计流量(QT)。
B.0.7 采用数学模型进行校核时,选用的建模软件应可模拟雨水同时在管渠系统中的和地表的运动状态以及相互影响,宜同时具有一维和二维模拟能力。数学模型的一维和二维模拟应相互耦合,应能模拟雨水在管渠系统和地表之间通过雨水口的传输,以及地面漫流与沟、渠、河道和箱涵等的衔接。
B.0.8 采用数学模型进行校核时,雨水在地表的运动应基于浅水流动方程组(Shallow Water Equations),通过有限差分法或有限体积法等数值算法求解。
B.0.9 当采用的数学模型只能模拟雨水在地下管道中的一维运动,而不能模拟雨水在地表的二维流动时,可运用数学模型模拟出各节点的溢流情况,根据地形数据计算溢流雨水的地表积水深度以及范围。
B.0.10 采用数学模型校核或数学模型与手工计算结合的校核方法时,应采用不短于3h的暴雨,暴雨雨型应按本规范第3.3.3条和第3.3.4条的规定选取。
B.0.5 进行内涝防治设计校核时,径流系数的取值与地表在干燥状态下的入渗能力和地形坡度等因素有关,表7列出了美国奥斯汀市2012年《雨水排水设计标准》中径流系数的取值。
表7 美国奥斯汀市径流系数取值
注:① 草皮覆盖面积低于50%;
② 草皮覆盖面积在50%~75%之间;
③ 草皮覆盖面积高于75%。
B.0.6 以下内涝防治校核案例来源于美国钢铁协会(American Iron and Steel Institute)编制的《Modern Sewer Design》第四版(1999年出版),本规范在引用本案例时,考虑到美国排水设计和国内存在一定的差异,因此本规范对原案例进行了简化,便于读者理解。
(1) 场地情况:本案例的分析对象是占地面积约16ha的新建小区,小区内包括独栋住宅、联排住宅和一所公立小学。小区的整体地势西高东低,东侧以一条天然河道为界,其排水系统图见图3。
(2) 设计标准:雨水管渠系统:2年一遇;城镇内涝防治系统:当遭遇100年一遇降雨时,小区内路面允许的最大积水深度为道路中央以上200mm。
(3) 流量计算方法:由于小区面积较小,因此采用推理公式法计算雨水设计流量。
(4) 设计参数:当地的降雨强度资料见表8,当地标准规定的径流系数见表9;为简化计算,本案例各汇水分区的综合径流系数均采用0.35;当按100年一遇进行内涝防治设计重现期校核时,综合径流系数提高至0.60。
满足内涝防治设计重现期标准的道路最大允许流量见图4。
图3 设计案例排水系统图
表8 当地的降雨资料
表9 当地标准规定的径流系数
图4 满足内涝防治设计标准的道路最大允许流量
假定位于最上游的检查井(1#)的集水时间为10min。
(5) 计算过程:
1) 根据地形划分汇水分区并布置雨水管道;
2) 根据2年一遇的降雨强度数据和集水时间计算各管道设计流量、坡度和管道高程布置,雨水管渠设计结果见表10,由于美国排水设计过程中还需以压力流计算调整重力流计算结果,而国内雨水管是按照重力流满管计算,只在内涝校核时允许超载成为压力流,所以编制组引用本案例时,对原案例中雨水管渠设计的优化过程进行了删减,便于读者理解。
3) 计算100年一遇降雨条件下的设计流量和雨水管道的最大过水能力,由此得出需要通过道路表面的设计流量,并与道路表面的最大过水能力进行比较和校核,检验是否符合内涝防治设计重现期标准要求。需要说明的是,管道在有压情况下的排水能力可以仍然按照曼宁公式计算,但是坡度不再等于管道的敷设坡度,而是应该等于其实际水力坡度。
计算过程做了如下假设:
① 管道粗糙系数为0.012;
② 每段管道在有压时的水力坡度与街道的坡度相同(因为假定此刻街道已经积水,且积水的水面线与街道坡度平行,在街道表面形成均匀流)。管道的排水能力计算完毕之后,街道的过水量为总水量与管道排水能力之差。
4) 结论。内涝防治设计重现期校核结果见表11,当降雨强度为100年一遇时,从1#检查井至雨水排放口沿线各路段的最大过水能力均大于相应路段所需排除的设计流量,因此,排水系统设计符合标准要求。
表10 雨水管渠初步设计结果
注:“—”表示无数据。
表11 内涝防治设计重现期校核结果
注:①规范编制组对该列数据经过重新计算,并对原表进行了修正;“—”表示无数据。
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- 2.1 术语
- 2.2 符号
- 3 城镇内涝防治系统
- 3.1 一般规定
- 3.2 技术要求
- 3.3 雨水量
- 4 源头减排设施
- 4.1 一般规定
- 4.2 渗透设施
- 4.3 转输设施
- 4.4 调蓄设施
- 5 排水管渠设施
- 5.1 一般规定
- 5.2 管渠系统
- 5.3 管渠调蓄设施
- 6 排涝除险设施
- 6.1 一般规定
- 6.2 城镇水体
- 6.3 调蓄设施
- 6.4 行泄通道
- 7 运行维护
- 7.1 一般规定
- 7.2 日常维护
- 7.3 应急管理
- 附录A 内涝防治设计报告
- A.1 一般规定
- A.2 报告内容
- A.3 图纸
- 附录B 内涝防治设计校核
- 本规范用词说明
- 引用标准名录
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