城市排涝河道设计流量的近似计算-图文..doc

城市排涝河道设计流量的近似计算问题的提出编制城市防洪规划时需要推求城市排涝河道一定重现期的涝水流量,由于排涝河道流域面积较小,一般缺乏实测资料,因此水利部门经常采用的方法是推理公式法或者地区经验公式法,而市政部门一般采用的是室外排水公式法。两种方法均有不足之处。推理公式法或者地区经验公式法计算城市河道流量存在的问题推理公式法或者地区经验公式法主要适用于山区、农田等天然小流域,这种小流域属于无组织排水系统,且汇流时间一般较长。而城市建成区的排水形式一般都采用管网系统来进行有组织的排水。雨水通过地面径流汇入最近的收水井后进入城区各个雨水排水管网系统,经过支管、次干管、干管最后进入河道或者经提升泵站排入附近水体。这个产汇流过程与直接经地面径流汇入河道的过程显然是有很大的差别。用这种方法计算城市排涝河道设计排涝流量显然不太合理,其关键问题是忽略了城市建成区下垫面的变化以及产汇流方式的变化。室外排水公式法存在的不足(1无法考虑河道的调蓄能力利用室外排水公式法可以计算出市区内各个雨水系统干管的设计流量,而无法计算雨水从管网汇入排涝河道后河道的设计流量。这主要是因为河道的调蓄能力较强,从不同排水口进入河道的雨水流至河道时存在时间差,即水量峰值存在时差。而河道的断面及水流形态相对管道来说更为复杂,因此必须寻求比较符合实际情况的方法来推求河道的设计流量。(2重现期的概念不同城市排水设计中暴雨强度公式里面的重现期采用的是年多个样本法,即每年从各个历时的降雨资料中选择68个最大值,取资料年数34倍的最大值进行长年统计分析,该法在小重现期时可以比较真实地反映暴雨的统计规律;而城市排涝设计标准中的重现期采用年一次选样法,即在凡年资料中选文/戴德全鲁航线陈兵取每年最大的一场暴雨的雨量组成几个年最大值来进行统计分析。由于每年只取一次最大的暴雨资料,所以在每年排位第二、第三的暴雨资料就会遗漏,这样就使得这种方法推求高重现期时比较准确,而对于小重现期其结果就会明显偏小。(3泵站扬程的选取存在误差市政部门在计算雨水泵站扬程时,依据的是城市防洪规划给出的河道的最高设计水位,而这些设计水位是依据规划的流量通过河道水力计算得来的。由于规划采用的流量计算方法忽略了产汇流形式的不同,其得出的水位与实际情况很可能存在较大的误差,对泵站将来的使用必然会造成一定的影响。城区排涝河道设计流量近似计算城市河道的设计流量应该依据排水(雨水规划得到的各雨水出水口的流量综合考虑调峰错峰,充分利用河道的调蓄作用来得到。本文介绍一种已知河道沿线不同出水口设计流量,估算河道不同断面设计流量的近似方法。广利河是流经山东省东营市中心城区的主干河道,流域面积为510km2,全长48.8km,其中市区段长度为27km,有10条支流汇入。广利河原规划为城区防洪排涝及防潮河道,城区段防洪标准为50a一遇,排涝标准为5a一遇,防潮标准为50a一遇。新的一轮规划对城区防洪体系进行了调整,调整后广利河城区段去掉了防洪功能,城区上游河道的洪水通过城市南北分洪、河道分洪,广利河变为了城区主干排涝河道,主要负责将城区雨水排放至城外防洪河道。根据新的城区排水规划,中心城区雨水主要通过强排泵站进入广利河及其支流,规划泵站共36座,见图1。图1分别表示了汇入广利河及其支流的泵站位置以及设计流量,已知每条河道纵坡及河道断面,计算原理是:沿广利河干流分别取不同断面,针对每个断面,计算从每个泵站流到该断面的时间。根据经验,每次暴雨泵站开车时间大约为24h,取保守值4h,然后从该断面向上游以4h为单位依次截取泵站进行叠加,得到一系列设计流量,则最大流量即为流经该断面的最大设计流量。依此类推计算出水每个断面的最大设计流量。天哆建馥料技加阳NO,8圈2097r一;。一-,-r15170811.23口8677幽6乱535588磊193一16247599.456.5竺22323m100。2072616O481593206U300128-12明螅;T i 1228下212154睦i27425824513EI 217f195143”5101IB2766.343412.0170l597.8163513722,.单位磊喜kmm3/s2405292326255.525二三唑222.6352524日25772685km1212124.7167.7注:图中每个泵站出水口旁数字为设计流量及到河道终点的距离图1广利河设计流量计算计算假设(1河道在每两个泵站之间段保持恒定均匀流,水力坡降与河道纵坡平行。(2所有泵站同时开启且满负荷运行。计算步骤(1计算河道流速v.n1-!-Rp尼(1式中:v流速,m3,s;R-水力半径,m;卜.水力坡降:,广一粗糙系数。依据式(1,分别计算出广利河干流及各支流的流速(假设水深3.O m,见表1。表1广利河干流及各支流的流速雾磊窜皆称M“,1。婵0.600.47(n酽/sJ蒜磊鬻嚣蒜霖焉磊勰支流支流支流支流支流支流支流支流支自憋2345678910l,.,.,国(2计算每个断面最大设计流量以广利河最终点为例,计算出每4h内不同河段的泵站流量叠加得到一系列流量分别为:7、15、21.8、31.2、44、53.2、86.8、91.2、104、84.6、81.8、87.3、93.3、95.6、99.3、105.2、104.4、109.5、115.3、120、127.3、150.3、152.8、156.8、158.8、166.5、169.7、181.7m3,s,则广利河终点处最大设计流量为181.7m3/s。依次再计算沿线另外几个主要控制断面的设计流量(计算结果略。(3结果分析通过上面的计算得到各断面的设计流量,再用每个断面的流量除以断面面积反算河道流速,如果大部分小于开始假圈足1建馥甜技嬲.NOJ设的流速0.60m3/s,说明假设的水深3.0m偏大导致流速偏大,使得4h范围的泵站叠加流量偏于保守。解决办法是将假设水深减小,再重新计算,直到反算的河道流速与假设的流速接近为止。则这时候得到的流量即为最终的河道设计流量,可以作为计算水面线以及河道可调蓄水量的依据。广利河的例子只是一种理想状况。对于一般城市来说,其雨水汇入排涝河道更多的是依靠自流来完成的。自流出水口处的设计流量可以通过暴雨强度公式推算得到,其流量过程线相对要比泵站提升复杂一些,但是仍然可以近似使用本办法。结论随着各地对于环境改善力度的加大,城市水系作为既担负城市排涝调蓄功能又担负城市景观功能的载体,越来越被各个城市所重视。笔者在实际工作中经常接触到城市排涝河道的设计工作。在设计中深感目前城市河道设计流量的计算缺乏较为可靠的方法,按照水利部门采用的排水模数法以及经验公式法等在理论上与城市有组织排水的实际不符。虽然本近似方法在理论上的合理性仍值得进一步探讨,希望对于城市排涝河道的设计能有一定的指导意义。口参考文献:【1】陈斌.福建省城区排涝标准及计算方法【J】.中国给水排水,1999.(2:3234.【2】李汉印,鲁航线.采用“总核算法”解决城市河道排水水力计算问题【J】给水排水,2001.I 8:1415.【3】陈鑫.马细霞.郑州市市区设计洪水计算方法探讨【J】.城市道桥与防洪.27,(3:57;0.【4】中国市政工程东北设计研究院.给水排水设计手册(第七册,城市防洪【M】.北京:中国建筑工业出版社.2000.【5】姚雨霖。任周字.等,城市给水排水(第二版【M】,北京:中国建筑工业出版社。19.【6