第五章 设计流量过程线及雨洪模型

由汇流曲线错开ΔT相减, 由汇流曲线错开ΔT相减,得等流时面积 ΔT相减 ωi=ω(ti+t) - ωi(t) i=1,2,… ,n = , , 根据各时段的等流时面积 根据各时段的等流时面积ω1,ω2,…,ωn,由设计 , 净雨推求设计流量过程线. 净雨推求设计流量过程线. 等流时线法的优点: 等流时线法的优点: 1,无须已知设计流域的径流资料; 无须已知设计流域的径流资料; 2,城市排水系统调蓄能力不大. 城市排水系统调蓄能力不大. 等流时线法的缺点: 等流时线法的缺点: 1,需要进行广泛的调查或勘测,绘制等流时线工作 需要进行广泛的调查或勘测, 非常繁复; 非常繁复; 2,未考虑管渠调蓄作用. 未考虑管渠调蓄作用.
第一节
一,设计雨量
设计暴雨计算 设计暴雨计算
在城市管渠排水系统设计雨量的推求, 在城市管渠排水系统设计雨量的推求,一般采用暴雨 公式.市政部门常用的雨强公式为: 公式.市政部门常用的雨强公式为:
i = A(1+ClogT)/(t+b)n A(1+
(mm/min)
若重现期P已确定, A(1+ClogT)为一常数 为一常数, 若重现期P已确定,则a=A(1+ClogT)为一常数,上式 写成 i = a/(t+b)n (mm/min) 上式与水利部门采用的雨强公式完全相同.因此可以 式与水利部门采用的雨强公式完全相同. 推求得降雨历时为t 推求得降雨历时为t的设计雨量为
表5-3
地面复盖物 大面积铺砌 屋顶(平坦) 屋顶(平坦) 屋顶(有坡度) 屋顶(有坡度) 草地 树林和耕地
不同地面覆盖物的填洼量
填洼量(mm) 填洼量(mm) 1.3～3.8 ～ 2.5～7.6 ～ 1.3～2.5 ～ 5.1～12.7 ～ 5.1～15.2 ～ 建议采用量(mm) 建议采用量(mm) 2.5 2.5 1.5 7.5 10.0
雨峰前: 雨峰前:I1 = a[(1-n)(t1/r)+b]/(t1/r+b)n+1 雨峰后: 雨峰后:I2 = a[(1-n)t2/(1-r)+b]/[(t2/1-r)+b]n+1
t t1
0
t2
例: 已知某暴雨公式为
i= 18 (1+0.9logT)/(t+15)0.8 (1+
求2年一遇的设计暴雨过程. 年一遇的设计暴雨过程. 5min, (1)取计算时段为 5min,由暴雨公式式计算得 5, ) 10, 12个历时平均雨强 ,列第( ) 10,… , 60min 共12个历时平均雨强 i,列第(1),(2)栏; ) (2)计算各历时降雨总量 P =it,列第(3)栏; 列第( ) ) (3)栏中各相邻历时雨量之差推求时段雨量 (3)由第(3)栏中各相邻历时雨量之差推求时段雨量 )由第(3) 12.此时, ΔPj =Pj -Pj -1,j=1,2,… ,12.此时,ΔPj 是按大 至小排列, (4),(5)两栏 两栏; 至小排列,序号即为j ,j 与ΔPj 列(4),(5)两栏; 可知, (4)查地区手册得r=0.45,由0.45×12=5.4 可知, )查地区手册得r 0.45, 0.45×12= 雨峰位于第6时段, 雨峰位于第6时段,按单峰暴雨过程确定时段雨强大小序号 K,并按 K 的顺序位置,分配相应的时段雨量ΔPK,分列第 的顺序位置,分配相应的时段雨量Δ (6),(7)两栏 两栏, (7)栏即为推求的设计暴雨过程 栏即为推求的设计暴雨过程. (6),(7)两栏,第(7)栏即为推求的设计暴雨过程.
表5-2 部分植物的霍顿截留公式参数
植物类别 果 园 枫树林 山毛榉林 柳水丛 白腊树林 橡树林 铁杉林 松木林 a 1.0 1.0 1.0 0.5 0.5 1.3 1.3 1.3 b 0.18 0.18 0.18 0.41 0.18 0.18 1.01 1.01 c 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.5 0.5
第二节
设计净雨计算
由设计暴雨通过产流计算扣除暴雨损失, 由设计暴雨通过产流计算扣除暴雨损失,可以推求出 设计净雨过程,暴雨损失一般是指流域内植物截留,填洼, 设计净雨过程,暴雨损失一般是指流域内植物截留,填洼, 雨期蒸发和下渗损失. 雨期蒸发和下渗损失. 一,城市地区产流计算的特点
1.城市管渠排水系统设计要求是短时间内迅速排除 暴雨径流,排水工程规模受洪峰控制, 暴雨径流,排水工程规模受洪峰控制,由于形成洪峰的水 量主要来自地表径流, 量主要来自地表径流,设计洪水计算方法注重地表径流计 简单处理甚至忽略地下径流; 算,简单处理甚至忽略地下径流; 2.城市不透水面积比例较大,由于城市排水系统设 城市不透水面积比例较大, 计标准不高,设计暴雨强度低, 计标准不高,设计暴雨强度低,透水面积上产生的地表径 流很小,地表径流主要产生于不透水面积; 流很小,地表径流主要产生于不透水面积;
Leabharlann Baidu
图5-2 某城区集水面积等流时线图
ω13
ω11 ω10 ω9 ω6 ω6 ω5 ω4 ω3 ω2 ω1 图5-2 某城区集水面积等流时线图 ω7 ω6 ω8
ω ω12 ω11 ω10 ω 8 9
120 100 80
ω(t)
ω(ha)
60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2. 同频率分配:按这一途径分配得出一个单峰暴雨过程, 同频率分配:按这一途径分配得出一个单峰暴雨过程, 每一历时的雨量均满足设计频率,雨峰位置采用地区综合值. 每一历时的雨量均满足设计频率,雨峰位置采用地区综合值. 3. 雨量分配公式 下式是根据暴雨公式推导出的一个瞬时雨强公式,它以 下式是根据暴雨公式推导出的一个瞬时雨强公式, 雨峰为坐标原点: 雨峰为坐标原点: 雨峰前: 雨峰前:I1= a[(1-n)(t1/r)+b]/(t1/r+b)n+1 雨峰后: 雨峰后:I2= a[(1-n)t2/(1-r)+b]/[(t1/(1-r)+b]n+1 式中, 时刻雨强; 式中,I1,I2 ——— 雨峰前t1和雨峰后t2时刻雨强; 峰前历时与总降雨历时之比; r ——— 峰前历时与总降雨历时之比; a,b,n ——— 暴雨公式中的参数. , , 暴雨公式中的参数 公式中的参数.
P = at/(t+b)n
如果设计流域有较充分的雨量资料, 如果设计流域有较充分的雨量资料,也可以通过雨量 频率计算途径推求得设计雨量. 频率计算途径推求得设计雨量. 二,设计暴雨过程拟定
1. 典型分配:选用实际的暴雨过程作为典型,经同倍比 典型分配:选用实际的暴雨过程作为典型, 或同频率放大后,得出设计暴雨过程. 或同频率放大后,得出设计暴雨过程.
dP d [ at ( t + b ) n ] a ant a [(1 n ) t + b ] I = = = + = dt dt ( t + b ) n ( t + b )1+ n ( t + b ) 1+ n
t1/t = r t2/t = 1-r -
t = t1/r t = t2/(1-r ) ( -
第五章 管渠水系统设计流量过程线 推求及城市雨洪水质模型
在城市管渠排水系统的规划与设计中, 在城市管渠排水系统的规划与设计中,当涉及系统的 优化设计,超载状态,工程控制调度,管渠溢流计算, 优化设计,超载状态,工程控制调度,管渠溢流计算,调 节池与泵站设计,雨水污染分析与防治等工程问题时, 节池与泵站设计,雨水污染分析与防治等工程问题时,需 要推求相应的设计流量过程线. 要推求相应的设计流量过程线.
三,φ指标法 绝大部分城市排水缺乏实测下渗资料, 绝大部分城市排水缺乏实测下渗资料,无法推求出下渗 曲线.由于流域各点的下渗特性相差很大, 曲线.由于流域各点的下渗特性相差很大,使采用下渗曲线 推求地表净雨过程的方法应用受到限制. 推求地表净雨过程的方法应用受到限制. 在城市排水区域,由设计暴雨推求净雨计算中, 在城市排水区域,由设计暴雨推求净雨计算中,一般采 用径流系数折算出径流总量.根据设计暴雨总量P 用径流系数折算出径流总量.根据设计暴雨总量P,径流系数 可以求得地表径流总量R和降雨损失总量I α,可以求得地表径流总量R和降雨损失总量I:
V = 0.63Hm2/3J1/2/n
式中, 渠道最大水深, 式中,Hm ——— 渠道最大水深,m.
管道应根据具体情况采用满管或非满管水流计算流速. 管道应根据具体情况采用满管或非满管水流计算流速.
渠道应根据断面形状,河道坡度,糙率用曼宁公式计算 渠道应根据断面形状,河道坡度, 流速. 流速. 根据流速和水力长度求得管渠汇流时间. 根据流速和水力长度求得管渠汇流时间. 在流域图上点绘各点汇流时间,据此勾绘等流时线. 在流域图上点绘各点汇流时间,据此勾绘等流时线. 据流域等流时线图,可以作出流域的汇流面积随汇流 据流域等流时线图, 时间的累积曲线,简称汇流曲线. 时间的累积曲线,简称汇流曲线.全流域汇流曲线 ω~t 是 由各子集水区域汇流曲线累积得出, 由各子集水区域汇流曲线累积得出,即 = ω ω(t)=∑ωi(t) 式中: 时刻全流域汇流面积, 式中:ω(t) ——— t 时刻全流域汇流面积,hm2; 时刻第i个子集水区域汇流面积, ωi(t) ——— t 时刻第i个子集水区域汇流面积,hm2.
,hm .
最终得出设计净雨过程h1,h2,…
第三节
汇流计算
一,等流时线方法
为了勾绘等流时线,需调查, 为了勾绘等流时线,需调查,收集排水区域和管渠系统 的水力特征值,计算汇流速度,推求各点汇流时间, 的水力特征值,计算汇流速度,推求各点汇流时间,作为勾 绘等时线的依据. 绘等时线的依据. 坡面集流时间可采用经验公式估算. 坡面集流时间可采用经验公式估算. 边沟或浅渠可概化成宽浅三角渠,用曼宁公式计算流速: 边沟或浅渠可概化成宽浅三角渠,用曼宁公式计算流速:
3.当设计中需研究水质问题时,需涉及植物截留与 当设计中需研究水质问题时, 填洼计算. 填洼计算. 二,降雨损失的分项计算 霍顿用方程表示植物截留量与降水量的关系
IR = a+bP
n
式中: 参数. 式中:a,b,n ——— 参数. 填洼量一般采用经验性数据.例如, 填洼量一般采用经验性数据.例如,美国丹佛地区政 府编制了不同地面复盖的填洼深度表. 府编制了不同地面复盖的填洼深度表.
表5-1 同频率暴雨过程推求
t i (min) (mm/min) 5 2.08 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1.74 1.51 1.33 1.20 1.09 1.00 0.927 0.865 0.811 0.764 0.723 P (mm) 10.4 17.4 22.6 26.6 29.9 32.7 35.0 37.1 38.9 40.6 42.1 43.4 j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Pj (mm) 10.4 7.0 5.2 4.0 3.3 2.8 2.3 2.1 1.8 1.7 1.5 1.3 K 10 8 6 4 2 1 3 5 7 9 11 12 PK (mm) 1.7 2.1 2.8 4.0 7.0 10.4 5.3 3.3 2.3 1.8 1.5 1.3
ω1 (t )
ω2 (t
)
ω3 (t
)
t(min)
图5-3
某排水区域汇流曲线
英国运输与道路研究所(TRRL) 英国运输与道路研究所(TRRL)在等流时线法基础上加 以改进,提出一种新的方法,简称TRRL方法. TRRL方法 以改进,提出一种新的方法,简称TRRL方法. TRRL方法与等流时线方法的差别主要有以下几个方面: TRRL方法与等流时线方法的差别主要有以下几个方面: 方法与等流时线方法的差别主要有以下几个方面
R =αP
=(1 I =(1-α)P
采用均匀分配原则将损失量平均分摊到每一时段的降雨 指标扣损法. 中,即φ指标扣损法.
R I
图5-1 φ指标扣损法 图中的φ值需试算求出.根据φ值可以求得第i 图中的φ值需试算求出.根据φ值可以求得第i时段地 表净雨
φ
hi = 0 hi = Pi -φ
Pi ≤φ Pi >φ