快速干道综合排水系统水力计算模型

苏州科技学院学报(工程技术版) 第 16卷 第 3期 J．of University of Science and Technology of Suzhou Vo1．16 No．3 2003年 9月 (Engineering and Technology) Sep．2003 快速干道综合排水系统水力计算模型 韩 骥 ， 韦鹤平 (同济大学 环境科学与工程学院 ，上海 200092) 摘 要：通过对城市降雨径流规律及碎石中水流运动的研究 ，建立了在快速干道特定条件下的降 雨一径流计算模型，包括暴雨计算、路面产汇流、盲沟汇流和管道汇流四大部分。在暴雨计算 中采用 模式雨型法；路面产流用平均后损法 ，汇流采用扩散波法 ；盲沟汇流应用碎石中的水流运动方程 ，并 用 preissman格式差分求解 ；管道汇流用完全圣维南方程法 。 关键词：快速干道 ；下渗；盲沟 ；水力模型 中 图分 类 号 ：TU 999．03 文献 标识码 ：A 文章编 号 ：1672—0679(2003)03-0040—06 城市快速干道是城市道路 中质量等级最高 、投资较大的骨干道路 ，其红线宽度为 80～100 m，中央绿化带宽度达 6 m。如此大面积的绿化带下渗雨水如不及时排除，会聚集路基内对路 基产生损害。因此 ，快速干道综合排水系统通常包括路 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 和路基两大部分。如图 1所示是上海 市外环线(浦东段)二期工程综合排水系统示意图。 图 1 快速干道综合排水系统示意图 中央绿化带的坡面漫流和车行道的雨水通过道路横坡流向雨水口，经雨水 口收集排入雨 水管道，构成路表排水系统。中央绿化带的下渗雨水通过纵向和横向盲沟系统引入路侧的雨水 口井，最终汇入雨水管道排除，构成路基排水系统。由于雨水通过土壤的渗流时间远大于路面 漫流，路表、路基排水系达到各 自最大(洪峰)流量会存在一个时间滞后效应 ，即路基排水系统 在排水量和洪峰时间上会滞后路表排水系统，传统的暴雨公式及其 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法已不能适应快速 干道综合排水系统的设计 ，本文在研究城市降雨径流及碎石中水流运动规律的基础上建立了 【收稿 日期】2003—06—27 【作者简介】韩 骥 (1979一)，男 ，江苏镇江人，硕士研究生。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 3期 韩 骥等 ：快速干道综合排水系统水力计算模型 41 快速干道综合排水系统计算模型 ，包括暴雨计算、路面产汇流、盲沟汇流和管道汇流四大部分。 1 快速干道综合排水系统的计算理论及方法 1．1 暴雨计算 传统的暴雨公式只能计算洪峰流量确定最大径流，无法推求完整的流量过程 ，但绿化带雨 水下渗存在一个滞后期，因此盲沟汇流系统不会与地表汇流系统同时达到洪峰流量。模式雨型 则可以模拟暴雨强度变化过程，如图 2所示【l1，从而推求排水管道内完整流量变化过程。 』 取暴雨公式 (雨峰时间坐标为 0)。 (￡+6) 』 雨峰前 ia=— (t／r+b)。 ^ 雨峰后 i6=—— [t／(1-r)+b]。 式中 ia,i 为雨峰前和雨峰后的平均暴雨强度；A、n,b为暴雨强度公式中的地方参数 ；r为雨峰 系数 ；t为降雨时间。 在上海地区，一年一遇的暴雨 A=12．809 7，n=O．730 8，b=6．978 2，r=-O．367。计算中用离散值 求解 ，At=5 min，降雨历时 60 min，并控制小时降雨总量与一年一遇暴雨强度 (i=36 mln／h)的 小时降雨量相等。其暴雨强度变化如图 3所示。 J I ／ ＼ j ．§1．60 昌1．20 { 0．80 骥 窿0．4o 避 0．00 1． 1 ．1： ．0圈．28．圈． 1 墨 ．圈． ． ．0豳．27．0圈．23．0圜．21 圈．圈．圈． 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 时间／rain 图 2 模式 雨型强度分布曲线 图 3 暴雨强度时间分布图 1．2 地面产 汇流 1．2．1 地面产流 快速干道的地形特征简单 ，全线道路横断面一致 ，中央绿化带的雨水一部分 下渗后由盲沟系统收集，再汇入雨水管道，另一部分雨水 以道路中心线(最高点)作为分水岭分 别坡向两侧沥青路面车行道，与路面的降水汇入后流入路侧的雨水 口转而进入雨水管。考虑到 沥青路面的下渗量很小，可采用常规的等值径流系数，即 ,t,--o．90。绿化带为透水区 ，其主要损 失为下渗和植物截流 ，由于采用模型降雨过程线法 ，暴雨公式的时序不是真实的降雨历时 ，可 采用平均后损法，原建工部科学研究院市政工程研究所建议用下式计算入渗强度 f=-口+b／t(其中 ctlia' ,6：0c2+B2lgi) 式中厂为人渗强度，m／s；口为稳定入渗强度 ，m／s；b为人渗强度随时间的变化系数 ；i为降雨强 度 ，m／s；t为人渗时间，s；otI，ot2，Bl，32分别为取决于土壤条件的系数。如上海地区快速干道的 维普资讯 http://www.cqvip.com 42 苏州科技学院学报(工程技术版) 2003矩 绿化带为粘质土草地 ，则仅1=0．339，B1=0．470， 5 ~t2=3．146，p2=1．755。将参数带入可得绿化带 ‘?4 土壤入渗强度一时间分布曲线 ，如图4所示。 ．3 1．2．2 地面汇流 考虑到快速干道要保证高 孽 速行车的安全 ，不允许路面因积水对交通安 < 全性带来危害。因此 ，地面汇流计算中采用扩 散波法，该法不仅可以计算路面汇流的流量 ， 而且可以计算路面积水水深。由圣维南方程 可得 o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 时间／t 图 4 入 渗强 度时 间分 布 曲线 +盟 +盟 ：f一厂 8t Ox + + ：0 (1) ot O x D 鲁+ +等=。 式 中 为水位高程 ，m；H为水深 ，m；q 和 g，分别为 和 )，方向的单宽流量，m3／s；i和厂分别为 降水强度和入渗强度，m／s；r,~， 分别为 、，，方向的路床剪力 ；p为水的密度 ；g为重力加速度。 令 ： 【， (2) q =H V (3) ， 一 agu~lu + 一—— (4) ： 型 (72 (5) c-一 t。gI -~． 土12H + j (6) 式 中 U、V分别为 、)，方向的平均流速，m／s； 、 分别为 、)，方向的局部水深 ； 为当量粗糙 度，m；Re为雷诺数 ；C为谢才系数。将(2)一(6)式代入(1)式，并采用有限差分法离散回 此处 二 At g，" ,j-qy 一 i i t．j ．j +g +一 q n+l n +g H ．+I n L +l 一 ) (7) = 0 (8) = 0 (9) 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com