《给水排水工程》-雨水管渠设计流量确定

雨水设计流量是确定雨水管渠断面尺寸的重要依据。城镇和工厂中排除雨水的管渠，由于汇集雨水径流的面积较小，可以采用小汇水面积上其他排水构筑物计算设计流量的推理公式来计算雨水管渠的设计流量。

雨水设计流量按下式计算：

式中：Q为雨水设计流量，L/s；Ψ为径流系数，其数值小于1；F为汇水面积，万m2或ha；q为设计暴雨强度，L/（s·万m2）或L/（s·ha）。

这一公式是根据一定的假设条件，由雨水径流成因加以推导得出的半经验半理论的公式。通常称为推理公式。该公式用于小流域面积计算暴雨设计流量已有多年的历史，也是我国室外排水设计规范规定采用的公式。

一、径流系数Ψ的确定

降落在地面上的雨水，一部分被植物和地面的洼地截留，一部分渗入土壤，余下的沿地面流入雨水管渠，这部分进入雨水管渠的雨水量称做径流量。径流量与降雨量的比值称径流系数Ψ，其值常小于1。径流系数的值因汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌等情况的不同而不同。如屋面为不透水材料覆盖，Ψ值大；而非铺砌的土路面Ψ值就较小；地形坡度大，雨水流动较快，其Ψ值也大等。但影响Ψ值的主要因素则为地面覆盖种类的透水性。此外，还与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。如降雨历时较长，地面已经湿透，地面进一步渗透减少，Ψ就大些；暴雨强度大，Ψ值也大。

由于影响因素很多，要精确地求定径流系数值是很困难的。目前在雨水管渠设计中，径流系数通常采用按地面覆盖种类确定的经验数值。Ψ值见表22-1。

表22-1　径流系数Ψ值

通常汇水面积是由各种性质的地面覆盖所组成，随着它们占有的面积比例的变化，Ψ值也各异，所以整个汇水面积上的平均径流系数Ψav值是按各类地面面积用加权平均法计算而得到，即

式中：Fi为汇水面积上各类地面的面积，万m2；Ψi为相应于各类地面的径流系数；F为全部汇水面积，万m2。

在设计中，也可采用区域综合径流系数，一般市区的综合径流系数Ψ=0.5～0.8，郊区Ψ=0.4～0.6。随着城市化进程的加快，不透水面积相应增加，为适应这种变化对径流系数产生的影响，设计时径流系数Ψ值可取较大值。当然，也要考虑各地区雨水利用情况作相应调整。

二、设计暴雨强度的确定

1.雨量分析要素与暴雨强度公式

（1）雨量分析要素：对某场降雨而言，用于描述降雨特征的指标主要包括降雨量、降雨历时、暴雨强度、重现期等。

1）降雨量（H）：是指降雨的绝对量，即降雨深度（单位：mm）。也可用单位面积上的降雨体积表示（单位：L/ha）。

2）降雨历时（t）：指连续降雨的时段，可以指一场雨的全部降雨时间，也可以指其中任一连续降雨时段（单位：min或h）。

3）暴雨强度：指某一连续降雨时段内的平均降雨量，即单位时间内的平均降雨深度（单位：mm/min）。

在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q表示[单位：L/（s·ha）]。两种表示形式的换算关系为

暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，也是决定雨水设计流量的主要因素。

4）重现期（P）：对每场降雨而言，暴雨强度随降雨历时而变化。但对某一地区的多年降雨规律而言，其暴雨强度也随该强度的雨重复出现一次的平均间隔时间而发生变化，这一平均间隔时间称为该暴雨强度的重现期（单位：a）。

5）降雨频率：指等于或大于某一特定值的暴雨强度出现的次数与多年观测资料总项数之比。它与重现期互为倒数。

6）汇水面积：汇水面积F是指雨水管渠汇集和排除雨水的地面面积。单位常用km2或ha。一场暴雨在其整个降雨所笼罩的面积上雨量分布并不均匀。但是，对于城市雨水排水系统，汇水面积一般较小，通常小于100km2，其最远点的集水时间往往不超过3～5h，多数情况下，集水时间不超过60～120min。因此可假定降雨量在小汇水面积上是均匀的。

（2）暴雨强度公式：描述某一地区降雨规律必须根据其多年降雨观测资料，用统计方法归纳出分析曲线或数学公式。推求出反映暴雨强度i（q）-降雨历时t-重现期P三者间关系的暴雨强度曲线和数学表达式。

暴雨强度曲线如图22-2所示，同时反映了暴雨强度i（q）-降雨历时t-重现期P三者间关系。

我国常用的暴雨强度公式形式为

图22-2　暴雨强度曲线

式中：q为设计暴雨强度，L/（s·ha）；P为设计重现期，a；t为降雨历时，min；A1、c、b、n为地方参数，根据统计方法进行计算确定。

从暴雨强度公式可以看出，要确定雨水管渠的设计暴雨强度，必须首先确定相应的设计降雨历时和重现期。

全国若干城市的暴雨强度公式，详见表22-2。

表22-2　我国若干城市暴雨强度公式

续表

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注1.表中P、T代表设计降雨的重现期；TE代表非年最大值法选样的重现期；TM代表年最大值法选样的重现期。
2.i的单位是mm/min，q的单位是L/（s.ha）；
3.此附录摘自《给水排水设计手册》第5册表1-73。

2.设计降雨历时

如前所述，对每场降雨而言，有无数个降雨历时。但设计降雨历时是指管段设计断面发生最大流量时对应的降雨历时。

（1）流域上汇流过程及极限强度理论：

1）汇流过程分析：流域中各地面点上产生的径流沿着坡面汇流至低处，通过沟、溪汇入江河。在城市中，雨水径流由地面流至雨水口，经雨水管渠最后排入江河。从流域中最远一点的雨水径流流到出口断面的时间称为流域的集流时间。

图22-3所示为一块扇形流域汇水面积，其边界线是ab线、ac线和bc弧，a点为集流点（如雨水口或管渠上某一断面）。假定汇水面积内地面坡度均匀，则以a点为圆心所划的圆弧线de，fg，hi，…，bc称为等流时线，每条等流时线上各点的雨水流到a点的时间是相等的。它们分别为τ1，τ2，τ3，…，τ0，流域边缘线bc上的雨水流到a点的时间τ0称为这块汇水面积的集流时间。

在地面点上降雨开始产生径流后不久，在a点所汇集的流量仅来自靠近a点的小块面积上的雨水，离a点较远的面积上的雨水此时仅流至中途。随着降雨历时的增长，汇水面积不断增长，当降雨时间t等于流域边缘线上的雨水流到集流点a的集流时间τ0时，汇水面积扩大到整个流域面积，即流域全部面积参与径流，集流点产生最大径流量。

图22-3　流域上汇流过程

2）极限强度理论：极限强度理论即承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨历时成正比，而且汇水面积随降雨历时的增长比降雨强度随降雨历时增长而减小的速度更快。因此，如果降雨历时t小于流域的集流时间τ0，显然仅只有一部分面积参与径流，根据面积增长较降雨强度减小的速度更快，因而得出的雨水径流量小于最大径流量。如果降雨历时t大于集流时间τ0，流域全部面积已参与汇流，面积不能再增长，而降雨强度则随降雨历时的增长而减小，径流量也随之由最大逐渐减小。因此只有当降雨历时等于集流时间时，全部面积参与径流，产生最大径流量。所以雨水管渠的设计流量可用全部汇水面积F乘以流域的集流时间τ0时的暴雨强度q及地面平均径流系数Ψ（假定全流域汇水面积采用同一径流系数）得到。因此雨水管道设计的极限强度理论包括以下两部分内容：

a.汇水面积上最远点的雨水流到集流点时，全部面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大；

b.降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流到集流点的集流时间时，雨水管道发生最大流量。

（2）集流时间（设计降雨历时）的确定：如前所述，当t=τ0时，雨水管道相应的全部汇水面积参与径流，并发生最大流量。所以设计中通常用汇水面积最远点雨水流到设计断面时的集流时间作为设计降雨历时。

对雨水管道某一设计断面来说，集流时间由两部分组成并可用下式表达：

式中：t1为从汇水面积最远点流到第一个雨水口的地面集流时间，min；t2为雨水在管道内流到设计断面所需的流动时间，min；m为折减系数。

1）地面集水时间t1的确定：地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到第一个雨水口的时间。它受到地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、道路纵坡和宽度等因素的影响，此外也与暴雨强度有关。但在上述各因素中，地面集水时间的长短主要取决于水流距离的长短和地面坡度。实际应用时，要准确地计算t1是困难的，一般采用经验数值。根据《室外排水设计规范》规定，地面集水时间视距离长短和地形坡度及地面覆盖情况而定，一般采用t1=5～15min。

按照经验，一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区，或街坊内设置有雨水暗管时，宜采用较小的t1值，可取t1=5～8min；而在建筑密度较小、汇水面积较大、地形较平坦、雨水口布置较稀疏的地区，宜采用较大值，一般可取t1=10～15min。起点井上游地面流行距离以不超过120～150m为宜。

在设计工作中，应结合具体条件恰当地确定。如t1选用过大，将会造成排水不畅，以致使管道上游地面经常积水；选用过小，又将使雨水管渠尺寸加大而增加工程造价。

2）管渠内雨水流行时间t2的确定：t2是指雨水在管渠内的流行时间，即

式中：L为各管段的长度，m；v为各管段满流时的水流速度，m/s；60为单位换算系数，1min=60s。

3）折减系数m值的确定：雨水管道按满流设计，但计算雨水设计流量公式的极限强度法原理指出，当降雨历时等于集水时间时，设计断面的雨水流量才达到最大值。因此，雨水管渠中的水流并非一开始就达到设计状况，而是随着降雨历时的增长逐渐形成满流，其流速也是逐渐增大到设计流速的。这样就出现了按满流时的设计流速计算所得的雨水流行时间小于管渠内实际的雨水流行时间的情况。

此外，雨水管渠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计算的，所以各管段的最大流量不大可能在同一时间内发生。当任一管段发生设计流量时，其他管段都不是满流（特别是上游管段）而形成一定的空隙空间。这部分空间对水流可起到缓冲和调蓄作用，并使发生洪峰流量的管道断面上的水流因水位升高而产生回水。由于这种回水造成的滞流状态，使管道内实际流速低于设计流速，因此管内的实际水流时间比按满流计算的时间大得多。故引入折减系数m加以修正。

我国《室外排水设计规范》建议采用的折减系数：暗管m=2，明渠m=1.2，在陡坡地区m=1.2～2。

3.设计重现期P

从暴雨强度公式可知，暴雨强度随着重现期的不同而不同。在雨水管渠设计中，若选用较高的设计重现期，计算所得设计暴雨强度大，管渠的断面相应也大。对防止地面积水是有利的，安全性高，但经济上则因管渠设计断面的增大而增加了工程造价；若选用较低的设计重现期，管渠断面可相应减小。这样投资少，但安全性差，可能发生排水不畅和地面积水等情况。

因此雨水管渠设计重现期的选用，应根据所在地区建设性质（广场、干道、厂区、居住区）、地形特点、汇水面积和气象特点等因素确定，一般选用0.5～3年；对于重要干道、重要地区或短期积水即能引起较大损失的地区，宜采用较高的设计重现期，一般选用2～5年，并应和道路设计协调；对于特别重要的地区甚至可选用10～20年。此外在同一排水系统中（如立交道路）也可采用同一设计重现期或不同的设计重现期。

对雨水管渠设计重现期规范规定的选用范围，是根据我国各地目前实际采用的数据，经归纳综合后确定的。我国地域辽阔，各地气候、地形条件及排水设施差异较大。因此，在选用雨水管渠的设计重现期时，必须根据当地的具体条件合理选用。

综上所述，在得知确定设计重现期P、设计降雨历时t的方法后，计算雨水管渠设计流量所用的设计暴雨强度公式及流量公式可写为

式中：Q为雨水设计流量，L/s；Ψ为径流系数；F为汇水面积，ha；q为设计暴雨强度，L/（s·ha）；P为重现期，a；t1为地面集水时间，min；t2为管渠内雨水流行时间，min；m为折减系数；A1、c、b、n为地方参数。

4.特殊情况下雨水设计流量的确定

前述雨水管渠设计流量计算公式是基于极限强度理论推导得出的，在全部面积参与径流时发生最大流量。但实际工程中径流面积的增长未必是均匀的，且面积随降雨历时增长不一定比降雨强度减小的速度快，主要表现为以下两种形式：

（1）汇水面积畸形增长。

（2）汇水面积内地面坡度变化较大，或各部分径流系数显著不同。

在上述特殊情况下，排水流域最大流量可能不是发生在全部汇水面积参与径流，而是发生在部分面积参与径流。应根据具体情况分析最大流量可能发生的情况，并比较选择其中的最大流量作为相应管段的设计流量。下面举例说明两个有一定距离的独立排水流域的雨水干管交汇处最大设计流量的计算方法。

【例】有一条雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流，如图22-4所示。图中FA为城市中心区汇水面积，FB为城市近郊工业区汇水面积，试求B点的设计流量Q是多少？

图22-4　两个独立排水面积雨水汇流示意图

已知：（1）P=1a时的暴雨强度公式为

（2）径流系数取Ψ=0.5。

（3）FA=30ha，tA=25min；FB=15ha，tB=15min；雨水管道A-B的tA-B=10min。

解：根据已知条件，FA面积上产生的最大流量为

FA面积上的最大流量到B点的集水时间为tA+tA-B，FB面积上的最大流量到B点的集水时间为tB。如果tA+tA-B=tB，则B点的最大流量为

但tA+tA-B≠tB，故B点的最大流量可能发生在FA面积或FB面积单独出现最大流量时，据已知条件tA+tA-B＞tB，B点的最大流量按下面两种情况分别计算。

（1）第一种情况：最大流量可能发生在全部FB面积参与径流量，这时FA中仅部分面积的雨水能流达B点参与同时径流，B点的最大流量为

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按上述两种情况计算的结果，选择其中最大流量Q=5085.9L/s作为B点处所求的设计流量。

三、雨水管渠系统设计

1.雨水管渠设计参数规定

雨水管渠水力计算公式同污水管道一样，采用均匀流公式。同样在实际工程中，为简化计算，可直接查水力计算图表。

为使雨水管渠正常工作，对雨水管渠水力计算基本参数作如下技术规定。

（1）设计充满度：在目前雨水排除方式中，认为雨水较污水清洁，加上所采用较高的设计重现期的暴雨强度对应的降雨历时一般不会很长，且从减少工程投资的角度来讲，雨水管渠允许溢流。故雨水管渠的充满度按满流考虑，即h/D=1，明渠则应有等于或大于0.20m的超高，街道边沟应有等于或大于0.03m的超高。

（2）设计流速：

1）为避免雨水所挟带的泥砂等无机物质在管渠内沉淀下来而堵塞管道，雨水管道的最小设计流速为0.75m/s；明渠内最小设计流速为0.4m/s。

2）为防止管壁受到冲刷而损坏，雨水管道的最大设计流速为：金属管道10m/s，非金属管道5m/s；明渠内水流深度为0.4～1.0m，最大设计流速按表22-3选择。

表22-3　明渠最大设计流速

注当水流深度h在0.4～1.0m范围以外时，表列流速应乘以下列系数：h＜0.4m，系数0.85；h＞1m，系数1.25；h≥2m，系数1.40。

（3）最小管径和最小设计坡度：雨水管道最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.01。

（4）最小埋深与最大埋深：具体规定同污水管道。

2.雨水管渠设计计算步骤

（1）划分排水流域与管渠定线：根据地形以及道路、河流的分布状况，结合城市总体规划图，划分排水流域，进行管渠定线，确定雨水管渠位置和走向。

（2）划分设计管段及沿线汇水面积：雨水管渠设计管段的划分应使设计管段服务范围内地形变化不大，没有大流量的交汇，一般控制在200m以内，如果管段划得较短，则计算工作量增大；设计管段划得太长，则设计方案不经济。

各设计管段汇水面积的划分应结合地面坡度、汇水面积的大小、雨水管渠布置以及雨水径流的方向等情况进行。并将每块面积进行编号，列表计算其面积。

根据管道的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处、有支管接入处、两条以上管道交汇处以及超过一定距离的直线管段上，都应设置检查井。

（3）确定设计计算基本数据，计算设计流量：根据各流域的实际情况，确定设计重现期、地面集流时间及径流系数等，列表计算各设计管段的设计流量。

（4）水力计算：在确定设计流量后，便可以从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算，确定出各设计管段的管径、坡度、流速；根据各管段坡度，并按管顶平接的形式，确定各点的管内底高程及埋深。

（5）绘制管道平面图和纵剖面图。

四、雨水径流量的调节

由于雨水管渠系统设计流量包含了洪峰时段的降雨径流量，设计流量大，造成管渠断面大，工程造价高。如果在雨水管渠上设置调节设施把雨水径流的洪峰暂存其内，待洪峰径流量下降量后，再将储存在池内的水慢慢排出，就可以极大地降低下游雨水干管的断面尺寸，如果调节池后设有泵站，则可减少装机容量。这些对降低工程造价和提高系统排水的可靠性很有意义。

天然洼地、池塘等用作调节池，其位置取决于自然条件。若考虑人工建造调节池，则要选择合理的位置，一般可在雨水干管中游或有大流量管道的交汇处、正在进行大规模住宅建设和新城开发的区域、在拟建雨水泵站前的适当位置处设置人工的地面式或地下式调节池。

1.调节水池的常用布置形式

一般常用溢流堰式或底部流槽式的调节池。

（1）溢流堰式调节水池：调节池通常设置在干管一侧，有进水管和出水管。进水管较高，其管顶一般与池内最高水位相平；出水管较低，其管底一般与池内最低水位相平。如图22-5所示。Q1为调节池上游雨水干管中流量，Q2为不进入调节池的泄水量，Q3为调节池下游雨水干管的流量。Q4为调节池进水流量，Q5为调节池出水流量。

当Q1≤Q2时，雨水流量不进入调节池而直接排入下游干管。当Q1＞Q2时，这时将有Q4=Q1-Q2的流量通过溢流堰进入调节池，该池开始工作；随着Q1的增加，Q4也不断增加，调节池中水位逐渐升高，泄水量也相应渐增。直到Q1达到最大流量Qmax时，Q4也达到最大。然后随着Q1的减少，Q4也不断减少，但因Q1仍大于Q2，池中水位逐渐升高，直到Q1=Q2时，Q4=0，该池不再进水，这时池中水位达到最高，Q2也最大。随后Q1继续减小，贮存在池内的水量通过池出水管不断地排走，直到池内水放空为止，这时调节池停止工作。

为了不使雨水在小流量时经池出水管倒流入调节池内，出水管应有足够坡度，或在出水管上设逆止阀。

图22-5　调节池示意图

（a）溢流堰式；（b）底部流槽式
1-调节池上游干管；2-调节池下游干管；3-池进水管；
4-池出水管；5-溢流堰；6-逆止阀；7-流槽

为了减少调节池下游雨水干管的流量，希望池出水管的通过能力Q5尽可能减小，即Q5≪Q4。这样，就可使管道工程造价大为降低。所以，池出水管的管径一般根据调节池的允许排空时间来决定。通常，雨停后池中雨水的放空时间不得超过24h，放空管直径不小于150mm。

（2）底部流槽式调节水池：如图22-5所示。图中Q1及Q3意义同上。

雨水从池上游干管进入调节池后，当Q1≤Q3时，雨水经设在池最底部的渐缩断面流槽全部流入下游干管而排走。池内流槽深度等于池下游干管的直径。当Q1＞Q3时，池内逐渐被高峰时的多余水量（Q1-Q3）所充满，池内水位逐渐上升，直到Q1不断减少至小于池下游干管的通过能力Q3时，池内水位才逐渐下降，至排空为止。

2.调节池容积V的计算

调节池内最高水位与最低水位之间的容积为有效调节容积。关于调节池容积的计算方法，国内外均有不少研究，但尚未得到圆满解决。各种计算方法可查阅有关文献资料。

3.调节池下游干管设计流量计算

由于调节池下游蓄洪和滞洪作用的存在，因此调节池下游雨水干管的设计流量以调节池下游的汇水面积为起点计算，与调节池上游汇水面积无关。

若调节池下游干管无本段汇水面积的雨水进入时，显然，其设计流量为

式中：Qmax为调节池上游干管的设计流量，m3/s；α为下游干管设计流量的降低程度；Q′为调节池下游干管汇水面积上雨水设计流量，即按下游干管汇水面积的集水时间计算，与上游干管的汇水面积无关，m3/s。

五、排洪沟设计

一般城市多临近江河、山溪、湖泊或海洋等修建。江河、山溪、湖泊或海洋，它们一方面为城市的发展提供了必要的水源条件；但有时也可能给城市带来洪水灾害。因此，为解除或减轻洪水对城市的危害，保证城市安全，往往需要进行城市防洪工程规划。傍山建设的工业或居住区除了应在区域范围内设雨水管渠外，还应考虑在设计区域周围或超过设计区设置排洪沟，以排除沿山坡倾泻而下的山洪洪峰流量。

城市或城市中工业企业防洪规划的主要任务是防止由暴雨而形成的巨大地面径流所产生的严重危害。

1.城市防洪规划的原则

（1）城市防洪规划应符合城市和工业企业的总体规划要求，防洪工程规划设计的规模、范围和布局都必须根据城市和工业企业总体规划制定。同时，城市和工业企业各项工程的规划对防洪工程都有影响。在靠近山区和江河的城市及工业企业尤应特别注意。

（2）合理安排，远近期结合：由于防洪工程的建设费用较大，建设周期较长，所以要按轻重缓急作出分期建设的安排，这样，既能节省初期投资，又能及早发挥工程设施的效益。

（3）充分利用原有设施：从实际出发，充分利用原有防洪、泄洪、蓄洪设施，有计划、有步骤地加以改造，使其逐步完善。

（4）尽量采用分洪、截洪、排洪相结合的防洪措施。

（5）不宜在城市上游修建水库：为确保城市和工业企业的安全，在城市和工业企业的上游，一般不宜修建大中型水库。如果必须修建时，应严格按照有关规定进行规划设计。

（6）尽可能与农业生产相结合：防洪措施应尽可能与农业上的水土保持、植树种草、农田灌溉等密切结合，这样既能减少和消除洪灾，保证城市安全；又能搞好农田水利建设，支援农业。

2.城市防洪标准

防洪工程的规模是以所抗御洪水的大小为依据的，洪水的大小在定量上通常以某一重现期（或某一频率）的洪水流量表示。防洪规划的设计标准，关系到城市的安危，也关系到工程造价和建设期限等问题，是防洪规划中体现国家经济政策和技术政策的一个重要环节。确定城市防洪标准的依据一般有以下几点：城市或工业区的规模，城市或工业区的地理位置、地形、历次洪水灾害情况，当地当时的经济技术条件等。对于上游有大中型水库的城市，防洪标准应适当提高。表22-4，22-5为我国目前常采用的排洪工程设计标准。

表22-4　山洪防治工程设计标准

表22-5　城市防洪工程设计标准

3.设计洪水流量计算

相应于防洪设计标准的洪水流量，称为设计洪水流量。洪水流量的推算一般有以下3种方法。

（1）洪水调查及洪峰流量的估算法：洪水调查主要是深入现场，勘察洪水痕迹，调查者应访问当地的老人，了解留在河岸、树干、沟道及岩石上的洪痕，还需查阅地方志及其他一些文字记载资料。根据调查的洪痕，测量河床的横断面和纵断面，按均匀流公式计算洪峰流量：

式中：Q为洪峰流量，m3/s；V为河槽的流速，m/s；ω为河槽的过水断面面积，m2；i为河槽的水面比降；R为河槽的水力半径，m；n为河槽的粗糙系数。

（2）推理公式法：我国水利科学研究院水力研究所提出的推理公式已得到广泛应用，其公式如下：

式中：Q为设计洪峰流量，m3/s；S为暴雨雨力，即与设计重现期相应的最大的1h降雨量，mm/h；τ为流域的集流时间，h；n为暴雨强度衰减指数；F为流域面积，km2；Ψ为洪峰径流系数。

此公式最适合用于流域面积为40～50km2的地区。

（3）地区性经验公式：该法使用方便，计算简单，但地区性很强。相邻地区采用时，必须注意各地区的具体条件是否一致，否则不宜套用。地区经验公式可参阅各省（区）水文手册。下面仅介绍应用最普遍的以流域面积F为参数的经验公式：

式中：Q为设计洪峰流量，m3/s；F为流域面积，km2；k、n为随地区及洪水频率而变化的系数和指数。

上述各公式中的各项参数的确定可参阅《给水排水设计手册》中有关洪峰流量计算一节。对于以上3种方法，应特别重视洪水调查法，在此法的基础上再结合其他方法进行。

4.排洪沟的设计要点

排洪沟的设计涉及面广，影响因素复杂。应根据建筑区的总体规划、山区自然流域范围、山坡地形及地貌条件、原有天然排洪沟情况、洪水流向及冲刷情况，以及当地工程地质、水文地质和当地气象等综合考虑，合理布置排洪沟。

（1）工业或居住区依山建设时，建筑区选址时应对当地洪水的历史及现状作充分的调研研究，摸清洪水汇流面积及流动方向，尽量避免把建筑区设在山洪口上，不与山洪主流顶冲。

（2）排洪沟的布置应与建筑区的总体规划密切配合，统一考虑。建筑设计时，应重视排污问题。排洪沟应尽量设置在建筑区的一侧，防止穿绕建筑群，并尽可能利用原有的天然沟，必要时可作适当整修，但不宜大改动，尽量不改变原有沟道的水力条件。

排洪沟的设置位置应与铁路、公路及建筑区排水结合起来考虑。排洪沟要尽量选择在地形较平缓、地质较稳定的地区，特别是进出口地区，以防由于水力冲刷而变形。排洪沟与建筑物或山坡开挖线之间的距离应留有不小于3m的距离，以防冲刷房屋基础及造成山坡塌方。在设计中要注意保护农田水利工程。不占或少占肥沃土地。

（3）排洪工程设计采用的标准，应根据建筑区的性质、规模的大小、受淹后损失的大小等因素来确定。一般常用设计重现期为10～100年，表22-4、表22-5为我国目前常采用的排洪工程设计标准，可作为参考。

（4）排洪沟的断面形式，常采用梯形断面明渠，只有当建筑区地面较窄，或占用农田较多时可采用矩形断面明渠，排洪沟所用的材料及加固形式应根据沟内最大流速、当地地形及地质条件、当地材料供应等情况而定。排洪沟一般常用片石、块石辅砌，不宜采用土明渠。图22-6表示常用排洪沟的断面形式及加固形式。当排洪沟较长时，应分段按不同流量计算其断面，断面必须满足设计要求。排洪沟的超高一般采用0.3～0.5m，截洪沟的超高0.2m。

图22-6　常用排洪明渠断面及其加固形式

（a）矩形片石沟；（b）梯形单层干砌片石沟；（c）梯形单层浆砌片石沟；（d）梯形双层浆砌片石沟
1-M5砂浆砌块石；2-三七灰土或碎（卵）石层；3-单层干砌片石；4-碎石垫层；5-M5水泥砂浆砌片（卵）石

（5）排洪沟转弯时，其半径一般不小于沟内水面宽度的5～10倍；用有浆砌块石铺面时，应不小于沟内水面宽度的2.5倍。排洪沟底宽变化时，应设置渐变段连接，渐变段的长度一般为5～20倍底宽之差。

（6）排洪沟出口处，宜逐渐放大底宽，减小单宽流量。在排洪沟出口与河沟交汇处，其交汇角对于下游方向要大于90°，并做成弧形弯道，做适当铺砌，以防冲刷；排洪沟出口的底部标高最好应在河沟相应频率的洪水位上，一般要在常水位以上。

（7）排洪沟通过坡度较大的地段时，应根据具体地形情况，设置铺砌坚实的跌水或流（陡）槽，并注意不得设在排洪沟的弯道上。

（8）排洪沟的最大流速。为了防止山洪冲刷，应按流速的大小选用不同的铺砌加固沟底池壁的强度。表22-6为不同铺砌的排洪沟对最大流速的规定。

表22-6　常用铺砌及防护渠道的最大设计流速

5.排洪沟水力计算

（1）直线段排洪沟水力计算：采用均匀流计算公式，同式（22-14）、式（22-15）。

对于新建排洪沟，如已知设计洪峰流量，排洪沟过水断面尺寸的计算方法是：首先假定排洪沟水深、底宽、纵坡及边坡系数，可根据式（22-14）求出排洪沟的流速（应满足表22-6的最大流速的规定），再根据式（22-15）求出排洪沟通过的流量，若计算流量与设计流量误差大于5%，则重新修改水深值，重复上述计算步骤，直到求得两者误差小于5%为止。

若是复核已建排洪沟的排洪能力，则排洪沟水深、底宽、纵坡、边坡系数等均为已知，根据式（22-14）、式（22-15）求出排洪沟通过的流量。

（2）弯曲段水力计算：由于弯曲段水流因离心力作用而产生的外侧与内侧的水位差，故设计时外侧沟高大于内侧沟高，即弯道外侧沟高除考虑沟内水深及安全超高外，尚应增加水位差h的1/2，h单位为m，其计算式为：

式中：v为排洪沟平均流速，m/s；B为弯道宽度，m；R为弯道半径，m；g为重力加速度，m/s2。