城市排水系统中雨水存储装置的预设模型研究

城市排水系统中雨水存储装置的预设模型研究

摘要:建立一个概念上的模型去评价雨水储水箱在以前雨水排放系统中的作用。雨水储水箱模型中的流出量就转化为等量的降雨量。根据这种单一降雨情况下的降雨强度/持续时间/频率的关联性(IDF--关联性),开发出针对暴雨处理的模型。

关键词:暴雨处理设计雨水存储装置预设模型

促使水力设施和系统开发研究的主要原因是雨水的输入问题。为了简化设计计算和限制模拟的时间,一般利用典型的暴雨降雨来进行研究。

1水力保持力的影响

在过去的几年里,越来越多的“容量性”系统建成,而且未来还将有更多的被建成。而且大容量的存储对保留雨水和削减雨水的流量是必须的。这些存储设施可以建在排水系统中即时存储,也可以建在综合排水系统中延时存储。然而,越来越多的人将开始关注“源头控制”,这就意味着,存储能力是由雨水储水装置、渗透沟渠、逆流式排水系统等等方面决定的。由于这些源头控制设施,降雨时间长短的影响甚至比综合的下水道系统中的存储还要大。在进行精确的计算时,这就需要更加加强对降雨中固有可变性的考虑。

对综合城市排水系统中源头控制影响力大小的评价,主要是通过对雨水中固有的可变性的即时评估,这是因为长时间的降雨具有重要的影响力。当存储设施放置在综合下水道系统的上游(在雨水进入下水道系统之前),降雨的输入通常是模仿进入下水道系统的雨水径流,这样可以考虑到上游存储设施的影响。这些源头控制设施可以很简单的用简单的蓄水池形式的模型进行模拟,这样就可以在一个很短的时间里处理连续的长时间段的雨水模拟仿真。因此这样的预处理降雨可以用在下游排水系统设计中,这个处理方法可以在雨水储水装置和沟渠使用。由于雨水储水箱的存在,以前一个月内的降雨的情况可以在同时得到处理。同样利用这个简化的模型,我们可以得到雨水储水装置各个最理想的设计参数。

2设计方法

为了使雨水储水装置的作用在排水系统中显示出来,所以就要建立一个模型去估算雨水储水箱在原城市排水系统中的作用,以及用这个模型去估算在人工合成的暴雨中储水箱产生的作用。为达到这样的目的,用一个简单蓄水池模型来收集雨水(如图1)。屋面部分的雨水将流入雨水储水箱里,其他部分的雨水,直接流入下水道系统中。一小部分的雨水回用逐渐地用完储水箱中的积存雨水,回用后的降雨再排入到综合下水道系统中。如果储水箱装满水的话,溢流出来的雨水直接流入下水道系统中去。

降雨参数中有大量的内在可变性因素的影响,所以在逆程周期中,降雨强度、持续时间、频率关联性的最大价值的衰减是需要精确考虑的。然而,雨水储水箱显而易见的改变了这种价值的分配系统。在雨水储水箱储存能力的作用下,即使强度最大的暴雨也几乎没有什么影响,而且仍然适用指数分配方式系统。降雨的频率越高,雨水储水箱储存能力产生的减波作用就越大,这样就演化成另一种指数分配系统。因此最终结论性的分配系统有两种方式,这两种方式之间可以逐渐地相互转化。这种混合形式的分配系统大体上接近排列分配方式,至少在雨水分析中有添加补充的作用。排列分配方式有很大的限定继承性,这就意味着有更大突发性降雨概率。在这种排列分配方式下,降雨强度i和逆程周期T之间的是对数线性关系:logi=a1+a2logT。

因为暴雨降雨时间短和雨水储水箱储水力保持力大,那么减波所产生的作用就更大。依靠衰减给出的最大相关性,指数分配系统可以保留使用或是用排列分配方式。在这样的分析中,使用简单的雨水衰减就足够了,因为没有其他推断的可靠性在逆程周期中比原降雨系统高。最后,线性衰减规律可以使用在暴雨降雨函数中的衰减系数,这样可以得到单一的人工合成暴雨。

3集合实际应用对模型设计的分析

渗透和设施的水力保持一般是非线性的,因为流出量是限定的,连续长周期的模拟因而是必要的。简单概念上的模型对上游设施水利保持力是单一的,而且在长时间的模拟中,这个概念上的模型不需要长时间的计算。在这个模型中,27年的降雨被合并处理,这样的降雨是和Flemish合成暴雨属于一个系列的。一套Rewaput模型的参数处理在奔腾III733电脑上处理时间仅仅需要大概5秒钟。如果参数变化超过集水量,这时候分配系数被离散化并且其他好几套的参数被考虑。在处理中,离散化的步骤、参数的误差和参数的种类决定了计算的数目,这些在处理中必须要考虑的。在Rewaput模型中,三角形的分配系统可用来估算随机的储存变量和雨水的消耗量。

4结果分析

虽然雨水储水箱的储存量和渗透设施在降雨中不一定完全起到作用,但这种上游式水力保持设施仍然对流入下水道的雨水径流有很大的影响。可以看出,如果这些设施在一定范围内安装实施使用,那么合适的雨水储水箱能很显著的削减下水道中的流量峰值。在图1中,可以看到雨水储水箱在暴雨处理中的影响。在这个计算分析中,估计在30%封闭区域里,每100m2屋面设置一个5000升的雨水储水箱,每天每100m2消耗100升雨水。这个几乎削减里人工合成暴雨中的峰值,一年的使用相当于以前五年的分析。有可能通过一个简单的设计方法去预见这个影响。

从这个方法可以看出,源头控制技术在下游式排水系统中的作用。更进一步地,可以看出有可能对雨水中各种参数进行合并处理,这样可以得到更精确的上游式对雨水处理的影响。为了限制计算时间,可以成功地使用简单的模型去处理。

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