3.2　雨水管渠的设计与计算

3.2.1　雨水管渠系统平面布置特点

（1）利用地形排水

雨水管渠应尽量利用自然地形坡度以最短的距离靠重力流排入附近的池塘、河流、湖泊等水体中（见图3-5）。

一般情况下，当地形坡度较大时，雨水干管宜布置在地形洼处或溪谷线上。当地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间，以便尽可能扩大重力流排除雨水的范围。

当管道排入池塘或小河时，由于出水口的构造比较简单，造价不高，因此雨水干管的平面布置宜采用分散出水口式的管道布置形式，且就近排放，管线较短，管径也较小，这在技术上、经济上都是合理的。但当河流的水位变化很大、管道出口离常水位较远时，出水口的构造比较复杂，造价较高，不宜采用过多的出水口，这时宜采用集中出水口式的管道布置形式（见图3-6）。当地形平坦，且地面平均标高低于河流的洪水位标高时，需要将管道适当集中，在出水口前设雨水泵站，暴雨期间雨水经抽升后排入水体。这时，应尽可能使通过雨水泵站的流量减少到最小，以节省泵站的工程造价和运行费用。宜在雨水进泵站前的适当地点设置调节池。

（2）雨水管渠布置与城市规划相协调

应根据建筑物的分布、道路布置及街坊内部的地形等布置雨水管道，使街区内绝大部分雨水以最短距离排入街道较低侧的雨水口管道。

雨水管道应平行道路铺设，且宜布置在人行道或绿化带下，不宜布置在快车道下，以免在维修管道时影响交通或管道被压坏。对于道路红线宽度超过40m的城镇干道，宜在道路两侧布置雨水管道。

雨水干管的平面和竖向布置应考虑与其他地下构筑物（包括各种管线及地下建筑物等）在相交处相互协调，雨水管道与其他各种管线（构筑物）在竖向布置上要求的最小净距见《室外排水设计规范》等有关规定。在有池塘、洼地的地方，可考虑雨水的调蓄。在有连接条件的地方，应考虑两个管道系统之间的连接，以便提高系统的可靠性。

（3）雨水口的布置原则

为便于行人越过街道或机动车辆识别运行路线，雨水不能漫过路口。因此一般在街道交叉路口的汇水点、低洼处应设置雨水口。此外，在道路上一定距离处也应设置雨水口，其间距一般为25～50m，容易产生积水的区域应适当增加雨水口的数量（见图3-7），雨水口的设计计算见第4章4.4节。

（4）有条件时应尽量采用明渠排水

在城郊或新建工业区、建筑密度较低的地区和交通量较小的地方，可考虑采用明渠，以节省工程费用，降低造价。

在城市市区或工厂内，由于建筑密度较高，交通量较大，采用明渠虽降低工程造价，但会给生产和生活带来许多不便，使道路的立面和横断面设计受到限制，桥涵费用也要增加。若管理养护不善，明渠容易淤积，滋生蚊蝇影响环境卫生，所以一般应采用暗管和道路边沟排水。在每条雨水干管的起端，通常可以利用道路边沟排水，能减少暗管长度100～200m。这对降低整个管渠工程造价很有意义。

雨水暗管和明渠衔接处须采取一定的工程措施，以保证连接处良好的水力条件。通常做法是：

当管道接入明渠时，管道应设置挡土的端墙，连接处的土明渠应加铺砌；铺砌高度不低于设计超高，铺砌长度自管道末端算起为3～10m。宜适当跌水，当落差为0.3～2m时，须作45°斜坡，斜坡应加铺砌，其构造尺寸如图3-8所示。当落差大于2m时，应按水工构筑物设计。

明渠接入暗管时，除应采取上述措施防止冲刷外，还应设计格栅，防止进入杂物堵塞管道，栅条间距采用100～150mm。也宜适当跌水，在跌水前3～5m处即须进行铺砌，其构筑尺寸见图3-9。

（5）排洪沟设计

在进行城市雨水排水系统设计时，应考虑不允许规划范围以外的雨水、洪水进入市区。许多工厂或居住区傍山建设，雨季时若有大量洪水流入市区，会威胁工厂和居住区的安全。因此，对于靠近山麓建设的工厂和居住区，除在厂区和居住区设雨水管道外，尚应考虑在设计地区周围或超过设计区设置排洪沟，以拦截从分水岭以内排泄下来的洪水并引入附近水体，保证工厂和居住区的安全（如图3-10所示）。

3.2.2　雨水管渠系统设计规定

（1）设计充满度

雨水中主要含有泥砂等无机物质，不同于污水的性质，加以暴雨径流量大，而相应较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时一般不会很长。故雨水管道按满流设计，即h/D=1。明渠应有等于或大于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

雨水经常会把地面的泥沙夹带到雨水管渠中，为了防止泥沙在管渠中沉淀而造成管渠堵塞，雨水管渠系统最小设计流速为0.75m/s，明渠最小设计流速为0.4m/s。为了防止雨水管渠管壁被冲刷而损耗，对雨水管渠最大设计流速规定为：金属管道最大设计流速10.0m/s；非金属管道最大设计流速5.0m/s，经过试验验证可适当提高；明渠的最大设计流速，应符合下列规定，见表3-1。

注：1.上表适用于明渠水深h=0.4～1.0m的情况。

2.如h在0.4～1.0m以外，表列数据应乘以下系数：

h<0.4m　　　系数0.85；

1.0<h<2.0m　　系数1.25；

h≥2.0m　　系数1.40。

（3）最小管径和最小设计坡度

雨水管道的最小管径与相应的最小设计坡度，按表3-2的规定取值。

（4）管顶最小覆土深度

管顶最小覆土深度，应根据管材强度、外部荷载、土壤冰冻深度和土壤性质等条件，结合当地埋管经验确定。管顶最小覆土深度宜为：人行道下0.6m，车行道下0.7m。

3.2.3　雨水管渠水力计算方法

雨水管渠水力计算的目的，在于合理、经济地选择管道断面尺寸、坡度和埋深。由于这种计算是根据水力学规律的，所以称作管道的水力计算。雨水管渠水力计算按均匀流考虑，用到的基本公式有谢才公式、连续性方程和曼宁公式等，可计算出流量，见式（3-34）。非恒定流计算条件下的雨水管渠水力计算应根据具体数学模型确定。

　　（3-34）

式中　Q——流量，m3/s；

A——过水断面面积，m2；

R——水力半径，m；

I——水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）；

n——管壁粗糙系数，该值根据管渠材料而定，见表3-3。混凝土和钢筋混凝土管道的管壁粗糙系数一般采用0.014。

与污水水力计算不同的是，雨水管渠水力计算按满流计算。在实际计算中，通常采用水力计算图或水力计算表（见城镇排水设计手册等）。

在工程设计中，通常在选定管材之后，n即为已知数值。设计流量Q也是经计算后求得的已知数。所以剩下的只有3个未知数D、v及I。

这样，在实际应用中，就可以参照地面坡度i，假定管底坡度I，从水力计算图或表中求得D及v值，并使求得的D、v、I各值符合水力计算基本数据的技术规定。

下面举例说明其运用。

【例3.1】 已知：n=0.013，设计流量经计算为Q=200L/s，该管段地面坡度为i=0.004，试计算该管段的管径D、管底坡度I及流速v。

【解】 设计采用n=0.013的水力计算图，见图3-11。

先在横坐标轴上找到Q=200L/s值，作竖线；在纵坐标轴上找到I=0.004值，作横线。此两线相交于A点，找出该点所在的v及D值。得到v=1.17m/s，符合水力计算的设计数据的规定；D值则界于D=400～500mm两斜线之间，显然不符合管材统一规格的规定，因此管径D必须进行调整。

设采用D=400mm时，将Q=200L/s的竖线与D=400mm的斜线相交于B点，从图中得出交点处的I=0.0092及v=1.60m/s。此结果I与原地面坡度相差很大，势必增大管道的埋深，不宜采用。

若采用D=500mm时，将Q=200L/s的竖线与D=500mm的斜线相交于C点，从图中得出交点处的I=0.0028及v=1.02m/s。此结果既符合水力计算要求，又不会增大管道埋深，故决定采用。

3.2.4　雨水管渠系统的设计步骤与计算实例

（1）推理公式法计算和设计雨水管渠系统

①设计流量的确定　在图3-12中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为相毗邻的四个街区。设汇水面积FⅠ=FⅡ=FⅢ=FⅣ，雨水从各块面积上最远点分别流入雨水口所需的集水时间均为τ（min）。1～2、2～3、3～4、4～5分别为设计管段，试确定各设计管段的雨水流量。

从图3-12可知，四个街区的地形均为北高南低，道路是西高东低，雨水管道沿道路中心线敷设，道路断面呈拱形，中间高，两侧低。降雨时，降落在地面上的雨水顺着地形坡度流到道路两侧的边沟中，道路边沟的坡度和地形坡度相一致。雨水沿着道路的边沟流到雨水口，经检查井流入雨水管道。Ⅰ街区的雨水（包括路面上雨水），在1号检查井集中，流入管段1～2。Ⅱ街区的雨水在2号检查井集中，并同Ⅰ街区管段1～2流来的雨水汇合后流入管段2～3。Ⅲ街区的雨水在3号检查井集中，同Ⅰ街区和Ⅱ街区流来的雨水汇合流入管段3～4。其他以此类推。

已知管段1～2的汇水面积为FⅠ，检查井1为管段1～2的集水点。由于汇水面积上各点离集水点1的距离不同，所以在同一时间内降落到FⅠ面积上各点的雨水，不可能同时到达集水点1，同时到达集水点1的雨水则是不同时间降落到地面上的雨水。

集水点同时能汇集多大面积上的雨水量，和降雨历时的长短有关。如雨水从降雨面积最远点到集水点1所需的集水时间为20min，而这场降雨只下10min就停了，待汇水面积上的雨水流到集水点时，降落在集水点1附近面积上的雨水早已流过去了。也就是说，同时到达集水点1的雨水只能来自FⅠ中的一部分面积，随着降雨历时的延长，就有愈来愈大面积上的雨水到达集水点1，当恰好降雨历时t=20（min）时，则第1min降落在最远点的雨水与第20min降落在积水点1附近的雨水同时到达，这时，集水点1处的径流量达到最大。

通过上述分析可知，汇水面积随着降雨历时t的增长而增加，当降雨历时等于集水时间时，汇水面积上的雨水全部流到集水点，则集水点产生最大雨水量。

为便于求得各设计管段相应雨水设计流量，做几点假设：①汇水面积随降雨历时的增加而均匀增加；②降雨历时大于或等于汇水面积最远点的雨水流到设计断面的集水时间t≥τ0；③地面坡度的变化是均匀的，径流系数ψ为定值，且ψ=1.0。

a.管段1～2的雨水设计流量计算　管段1～2收集汇水面积FⅠ（hm2）上的雨水，设最远点的雨水流到1断面的时间为τ（min），只有当降雨历时t=τ时，FⅠ全部面积的雨水才能流到1断面，此时管段1～2内流量达到最大值。因此，管段1～2的设计流量为：

　　（3-35）

式中　q1——管段1～2的设计暴雨强度，即相应于降雨历时t=τ时的暴雨强度。

b.管段2～3的雨水设计流量计算　当t=τ时，全部FⅡ和部分FⅠ面积上的雨水流到2断面，此时管段2～3的雨水流量不是最大。只有当t=τ+t1-2时，FⅠ和FⅡ全部面积上的雨水均流到2断面，此时管段2～3雨水流量达到最大值。设计管段2～3的雨水设计流量为：

　　（3-36）

式中　q2——管段2～3的设计暴雨强度，是用（FⅠ+FⅡ）面积上最远点雨水流行时间求得的降雨强度，即相应于t=τ+t1-2的暴雨强度；

t1-2——管段1～2的管内雨水流行时间，min。

同理可求得管段3～4及4～5的雨水设计流量分别为：

　　（3-37）

　　（3-38）

式中　q3、q4——分别为管段3～4、4～5的设计暴雨强度，即相应于t=τ+t1-2+t2-3和t=τ+t1-2+t2-3+t3-4的暴雨强度；

t2-3、t3-4——分别为管道2～3、3～4的管内雨水流行时间，min。

由上可知，各设计管段的雨水设计流量等于该管段承担的全部汇水面积和设计暴雨强度的乘积。各设计管段的设计暴雨强度是相应于该管段设计断面的集水时间的暴雨强度，因为各设计管段的集水时间不同，所以各管段的设计暴雨强度亦不同。在使用计算公式Q=ψqF时，应注意到随着排水管道计算断面位置不同，管道的计算汇水面积也不同，从汇水面积最远点到不同计算断面处的集水时间（其中包括管道内流行时间）也是不同的。因此，在计算平均暴雨强度时，应采用不同的降雨历时ti。

根据上述分析，雨水管道的管段设计流量，是该管道上游节点断面的最大流量。在雨水管道设计中，应根据各集水断面节点上的集水时间ti正确计算各管段的设计流量。

②设计计算步骤　首先收集和整理设计地区的各种原始资料作为基本的设计数据，包括地形图、城市或工业区的总体规划、水文、地质、暴雨等资料。然后根据具体情况进行设计。

a.划分排水流域及管道定线　根据城市总体规划图或工厂总平面布置图，按地形的实际分水线划分成几个排水流域。当地形平坦，无明显分水线时，排水流域的划分可以按城市主要街道的汇水面积拟定。

设计时要结合建筑物分布及雨水口分布，充分利用各排水流域内的自然地形布置管道，使雨水以最短距离按重力流就近排入水体。在总平面图上绘出各流域的干管和支管的具体平面位置。

b.划分设计管段　根据管道的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处、有支管接入处或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。把两个检查井之间流量没有变化且预计管径和坡度也没有变化的管段定为设计管段，并从管段上游往下游按顺序进行检查井的编号。

c.划分并计算各设计管段的汇水面积　各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。地形较平坦时，可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积；地形坡度较大时，应按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积。并将每块面积进行编号，将其面积的数值注明在图中。注意：汇水面积除街区外，还包括街道、绿地等。

d.确定各排水流域的平均径流系数ψ　通常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值。也可根据规划的地区类别采用区域综合径流系数。

e.确定设计重现期P、地面集水时间t1及管道起点的埋深　2.3节已经叙述过确定雨水管道设计重现期的有关原则。设计时应结合该地区的地形特点、汇水面积的地区建设性质和气象特点选择设计重现期。各个排水流域雨水管道的设计重现期可选用同一值，也可选用不同的值。

根据该地建筑密度情况、地形坡度和地面覆盖种类、街区内设置雨水暗管与否等，确定雨水管道的地面集水时间。

管道起点埋深应考虑当地冰冻深度及支管的接入标高等条件。

f.求单位面积径流量q0　q0是暴雨强度q与径流系数ψ的乘积，称单位面积径流量。即

　　（3-39）

显然，对于具体的雨水管道工程来说，式中P、t1、ψ、A1、b、c、n均为已知数，因此q0只是t2的函数。故只要求得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。

g.列表进行雨水干管及支管的水力计算，以求得各管段的设计流量。并确定各管段所需的管长、坡度、流速、管底标高及管道埋深等值。

h.绘制雨水管道平面图及纵剖面图。

③设计计算实例

【例3.2】 某市居住区部分雨水管道布置如图3-13所示。地形西高东低，一条自西向东流的天然河流分布在城市的南面。

已知城市暴雨强度公式为：

　　（3-40）

该街区采用暗管排除雨水，管材采用圆形钢筋混凝土管，管道起点埋深0.70m。河流常水位为81.00m，最高洪水位为83.50m。各类地面面积见表3-4，试进行雨水管道的设计与计算。

【解】 a.该地区的排水系统采用分流制。该地区地形较平坦，无显著分水线，则可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最合理埋深的情况下，流域内绝大部分雨水能以最短距离按重力流就近排入水体。该地区地形虽较平坦，但是地形上还是北部稍微偏高南部偏低，而且在该居住区的南部有条由西向东流的河流，该雨水出水口应设在河岸边，因此雨水干管的走向为从西向东南。

b.根据地形及管道布置情况，划分设计管段，将设计管段的检查井依次编号，并量出每一设计管段的长度，汇总到表3-5。确定各检查井的地面标高填入表3-6。

c.每一设计管段承担的汇水面积可按就近排入雨水管道的原则划分，然后将每块汇水面积编号，计算数值，汇总到表3-7。

d.流量和水力计算。采用列表方法进行雨水管道设计流量及水力计算，见表3-8。先从管段起端开始，然后依次向下游进行。方法如下。

（a）表3-8中第1项为需要计算的设计管段，应从上游向下游依次写出管段编号。第2、3、13、14项，可分别从表3-5、表3-6、表3-7中取得。

（b）在计算中，假定管段中雨水流量均从管段的起点进入，即将各管段的起点作为设计断面。因此，各设计管段的设计流量按该管段的起点，即上游管段终点的实际降雨历时进行计算，也就是说，在计算各设计管段的暴雨强度时，采用的t2值是上游各管段的管内雨水流行时间之和∑t2。例如，设计管段1～2是起始管段，故t2=0；设计管段3～4上游各管段内雨水流行时间之和为，将此值列入表中第4项。

（c）求该居住区的平均径流系数Ψav，根据表3-7中数值，按公式（2-18）计算

（d）求单位面积径流量q0[L/（s·hm2）]

q0=Ψavq

因为该设计区域街面面积较小，采用地面集水时间t1=5min，汇水面积设计重现期P=2a。将确定的设计参数代入公式中，则

由于q0为设计管段上游管段雨水流行时间之和的函数，因此只要知道各设计管段内雨水流行时间t2，即可求出该设计管段的单位面积径流量q0。例如，管段1～2的∑t2=0，代入上式计算出q0，并将计算结果代入表3-8中第6项。

（e）用各设计管段的单位面积径流量乘以该管段的总汇水面积得该管段的设计流量。例如，管段1～2的设计流量为Q=q0F1～2=170.44×0.450L/s=76.70L/s，依次将计算值列入表3-8中第7项。

（f）根据求得的各设计管段的设计流量，参考地面坡度，查给排水设计手册满流水力计算表或水力计算图，确定管段的设计管径、坡度和流速。在查水力计算表或水力计算图时，Q、v、I和D这四个水力因素可以相互适当调整，使计算结果既符合设计数据的规定，又经济合理。也可以通过调整D和I，依据公式（3-34）计算Q和v，再看v是否符合规定要求，Q'是否≥Q来决定是否需要调整D和I。

由于该街区地面坡度较小，为不使管道埋深过大，管道坡度宜取小值，但所取的最小坡度应能使管内水流速度不小于设计流速。例如，管段1～2的流量为76.80L/s，查水力计算图，在满足最小设计流速0.75 m/s的前提下，尽量选择较小的坡度，最后确定该管道的管径D取400mm、流速v取0.75 m/s、坡度I取0.0021。将其列入表3-8中第8、9、10项中。表3-8中第11项是管道的输水能力Q'，它是指经过调整后的流量值，也就是指在给定的D、I和v的条件下，雨水管道的实际输水能力，要求Q'>Q，管段1～2的输水能力为95L/s。

（g）根据设计管段的设计流速求该管段的管内雨水流行时间t2。例如管段1～2的管内雨水流行时间，将其计算值列入表3-8中第5项。

（h）求降落量。由设计管段的长度及坡度，求出设计管段上下端的设计高差（降落量）。例如管段1～2的降落量IL=0.0021×150m=0.315m，将此值列入表3-8中第12项。

（i）确定管道埋深及衔接。在满足最小覆土厚度的条件下，考虑冰冻情况、承受荷载及管道衔接，并考虑与其他地下管线交叉的可能，确定管道起点的埋深或标高。本例起点埋深为0.70m，将此值列入表3-8中第17项。各设计管段的衔接采用管顶平接。

（j）求各设计管段上、下端的管内底标高。用1点地面标高减去该点管道的埋深，得到该点的管内底标高，即（86.700-0.70）m=86.00m，列入表3-8中第15项，再用该值减去该管段的坡降，即得到节点2的管内底标高，即（86.000-0.315）m=85.685m，列入表3-8中第16项。

用节点2处的地面标高减去该点的管内底标高，得到节点2处的管道埋深，即（86.630-85.685）m=0.945m，将此值列入表3-8中第18项。

由于管段1～2与管段2～3的管径不同，采用管顶平接。即管段1～2的末端与管段2～3的起端的管顶标高应相同。计算得管段2～3的起端管内底标高应为（85.685+0.400-0.600）m=85.485m，按前面的方法再求得节点3的管内底标高。其余各管段的计算方法与此相同，直到完成表3-8中所有项目，则水力计算结束。

（k）根据水力计算结果，管道系统终点管内底标高为83.873m，在最高洪水位以上，可以保证城市在暴雨期间排水的可靠性。

（l）水力计算后，要进行校核，使设计管段的流速、标高及埋深符合设计规定。雨水管道在设计计算时，应注意以下几个方面的问题：ⅰ.在划分汇水面积时，应尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管段的设计流量小于上游管段的设计流量，这是因为下游管段的集水时间大于上游管段的集水时间，故下游管段的设计暴雨强度小于上游管段的设计暴雨强度，总汇水面积只是很少增加。若出现这种情况，应取上游管段的设计流量作为下游管段的设计流量。ⅱ.水力计算自上游管段依次向下游进行，一般情况下，随着流量的增加，设计流速也相应增加，如果流量不变，流速不应减小。ⅲ.雨水管道各设计管段的衔接方式一般采用管顶平接。ⅳ.本例只进行了雨水干管水力计算，但在实际工程设计中，支管也是需要进行计算的，计算结果见表3-9。在支管和干管相接的检查井处，会出现该断面处有两个不同的集水时间∑t2和管内底标高值的情况，在继续计算下一个管段时，应采用其中较大的集水时间值和较小的管内底标高。

（m）绘制雨水管道纵剖面图。如图3-14所示为该居住区雨水干管纵剖面图。

（2）数学模型法（SWMM）计算与设计雨水管渠系统

我国《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）规定：当汇水面积超过2km2时，宜考虑降雨在时空分布的不均匀性和管网汇流过程，宜采用数学模型法计算雨水设计流量。

【例3.3】 请利用SWMM模型模拟例3.2采用推理公式法设计与计算出的雨水管网系统，试校核该居住区的雨水管网系统是否合理。

①资料汇总　将例3.2的该居住区雨水管道系统的设计结果进行汇总（检查井的井底标高比其内最低管道管内底标高低300mm），汇总结果见表3-10～表3-12。

②新建项目　启动SWMM，从文件菜单里选择新建命令，创建新的工程。

③设置缺省值　从工程菜单里选择缺省命令，启动工程缺省对话框，如图3-15所示。利用这些缺省，可以简化后续的数据输入任务。首先就是ID标签，对各个对象设置其相对应的ID，雨量计的ID为YLJ，子汇水面积的ID为ZMJ，铰点的ID为J，管渠的ID为GQ，排水口的ID为PFK，并且设置ID增量为1。

在模拟地表产流过程中，本研究选取Horton下渗模型，该模型所需主要参数有最大渗入速率、最小渗入速率和衰减常数等，它们的值取默认值，如图3-16所示。

如前面3.1.2节介绍的SWMM原理部分，SWMM模拟地表汇流过程采用非线性水库法。在模拟地表汇流过程之前，首先，要将子汇水面积分为渗透面积、有洼蓄能力的不渗透面积、无洼蓄能力的不渗透面积三部分。不渗透面积、无洼蓄能力的不渗透面积、渗透面积洼地蓄水量和不渗透面积洼地蓄水量都是需要确定的参数。由于该研究区域是居民区，不透水面积较大，其中不透水面积中大部分是屋面，屋面是有一定的蓄水能力的，因此本研究中不渗透面积所占子汇水面积的比例取60%，无洼蓄不渗透面积占子汇水面积的比例取为15%。渗透面积和不渗透面积的洼地蓄水均与地表情况有关，根据前面3.1.1节中的初损部分的介绍，在此不渗透面积和渗透面积的洼地蓄水深度分别取为1mm和5mm。其次，该模拟过程还需要设定其他的参数，如地表面积、特征宽度、地表平均坡度、渗透面积和不渗透面积的粗糙系数n值等。其中子汇水面积特征宽度及地表面积在子汇水面积属性设置中进行相应的输入。地表平均坡度取0.05（居住区地势平缓），渗透面积的曼宁粗糙系数n值取0.1，不渗透面积的曼宁粗糙系数n值取0.01。具体数值见图3-17。

在管网汇流模拟过程中，选择动态波进行该过程模拟，这样使得模拟更加接近事实，而且也可以处理多种复杂的水流情况。在该模拟过程中除了需要确定演算方法，还需要确定管渠的长度、形状、管径、粗糙系数、流量单位、管段偏移等。对于管渠的长度、形状和管径，每个管段具体情况不一样，会在每个管渠的属性设置中进行相应的确定。管渠粗糙系数取默认值0.01，流量单位设置成LPS（L/s），管段偏移设置成标高偏移。具体设置值见图3-18。

④加载背景图　将例3.2中的居住区雨水管道系统平面的CAD图以输出的方式保存为图元文件（.wmf）格式的图。然后从视图菜单里选择背景命令下的调用命令，启动背景图像选择器对话框，选择该图作为研究背景图。如图3-19所示。

⑤绘制图元　在背景图中进行管渠、节点、子汇水面积等图元的勾描。绘制结果见图3-20。

⑥降雨数据　 SWMM动态模拟中降雨量的输入可以使用实测的降雨量，也可以根据暴雨强度公式计算得到降雨量。本研究在确定降雨强度随时间动态变化时，采用芝加哥降雨合成线法模拟降雨过程。

已知该居住区所在城市的暴雨强度公式为：

　　（3-40）

式中　q——平均暴雨强度，L/（s·hm2）；

P——设计降雨重现期，a；

t——暴雨历时，min。

该居住区的重现期取2a，降雨历时为2h，即120min，雨峰系数r取0.4，从而绘制出降雨过程线，如图3-21所示。

为雨量计YLJ1输入降雨数据，如图3-22所示。

⑦编辑图元属性

根据表3-12设置子汇水面积属性：面积、地表满流的特征宽度和出水口。除了这些属性外，还需要对每个子汇水面积使用的雨量计进行设置，在本研究中所有的子汇水面积使用相同的雨量计YLJ1。具体属性设置如图3-23所示。

根据表3-10设置铰点属性：内底标高和最大深度。具体属性设置如图3-23所示。

根据表3-11设置管渠属性：管长、断面形状、管径、进水端渠道内底标高（进水偏移）和出水端渠道内底标高（出水偏移）。具体属性设置如图3-23所示。

⑧执行模拟　当各图元的属性设置完成以后，调出模拟选项对话框进行一些选项的设置，在对话框的日期页设置分析结束时间为3∶00∶00，在时间步长页设置演算时间步长为30s。然后点击运行按钮就可以执行模拟，运行结果见图3-24。运行状态图显示运行成功，模拟结果在允许误差范围内。

⑨查看模拟结果　模拟完毕后可以通过多种形式展示其结果，如模拟状态报告、各种地图、图表、表格以及统计分析报告等。由于篇幅有限，本例子只列举了三种结果展示形式。

a.状态报告

从状态报告中连续性误差部分可以看出：降落到该区域的雨水为38.383mm，0.867mm渗入地下，剩余成为径流（见图3-25）；

从节点超载洪流总结图中可以看出没有节点发生超载（当水位超过最高渠道顶部时，发生超载）和洪流（洪流是指节点溢流的所有水量，无论积水与否）（见图3-26）；

从管渠超载总结图中，可以看出管渠GQ3、GQ4和GQ5出现超载，但是从图3-27可以看出持续时间均不长，不会引起节点超载和节点洪流。

b.时距图　图3-28为GQ1、GQ2、GQ3、GQ4和GQ5这五条管段中的流量随时间的变化情况。从图3-28的降雨过程线可以看出该居住区在50min左右发生最大降雨，随后在短暂的延迟之后五条管道在1h左右的时候均出现流量最大值，接着随着降雨量的减小，管道流量也相应减小。

c.剖面图　图3-29为节点J1-PFK1的GQ1、GQ2、GQ3、GQ4和GQ5五条管道在01∶00∶00时刻的水位剖面图。由上述分析知五条管道均在1h左右的时候出现流量最大值，相对应此时管道的水位达到最高，随后管道的水位随着流量的减小而降低。

从上述模拟结果可以看出该居住区的雨水管网系统设计是合理的。