城市雨水径流模型研究

2h ) D
(10)
Q =
0.
0n495D
8
3S
1 0
2
(1-
sin
)2 3(
- sin
)
(11) 式中 D —— 管径, m
A —— 过水断面面积, m 2 R —— 水力半径, m B —— 水面宽度, m
—— 圆心角
取水深为参变量, 根据式 (3) 有
55Ah
5h 5t
+
5Q 5h
中国给水排水
5
当忽略方程式 (2) 中的时间加速度项和位置加速
度项后, 可写成
S 0- S f = 0
(4)
联立式 (3)、(4) 的求解过程, 国外一般称为运动波解。
把式 (4) 代入曼宁公式, 有
Q =
1 n
S
1 0
2A
R
2
3
(5)
联 立式 (3)、(5) , 一般条件下也很难求得解析解, 通常
4 论述与研究
中国给水排水
1997 V o l. 13 N o. 4
城市雨水径流模型研究①
周玉文 赵洪宾
(沈阳建筑工程学院) (哈尔滨建筑大学)
摘 要 根据城市雨水径流的特点, 把径流分为地表径流和管内汇流两个阶段。介绍了降雨、扣损、 净雨过程线、雨水口流量过程线和管网汇流的计算方法, 为雨水管网的设计、模拟和工况分析提供了有 效的工具。 关键词 径流; 城市; 模型; 雨水管网
(25)
考虑到
B ’(h) =
5 5h
[B
(h )
]=
(D -
2h) (D h-
h2) - 1 2
G’(h) =
5 5h
[G
(h )
]
=
0.
1n323S
1 0
2D
5
3
(1-
1- - 1 sin ) - 1 ( - 2 sin
(26)
- 1 sin
) 2 3{
2 3
(
- - 1co s ) [ 5sin
s
(
1-
2h D
)
]=
2 dh- h2
(29)
设 sin = x 1, 1- - 1 sin = x 2, sin 2 = y 1
6
中国给水排水
1997 V o l. 13 N o. 4
超滤膜过滤乳化油废水的试验研究
刘洪海 张俊贞 沈优越
(天津大学)
摘 要 用聚砜膜制成的中空纤维超滤器, 对不同浓度乳化油废水进行过滤。 该膜对低浓度 (10m g L 左右) 乳化油废水过滤时产水量大, 极化阻力很小, 膜阻力为 11. 13×1013 (m - 1) ; 对高浓度 (200m g L ) 乳化油废水过滤时产水量小, 膜表面凝胶层形成很快, 并得到膜过滤通量与膜两侧压力差之 间的函数关系。 用表面活性剂清洗后的膜性能与新膜基本相同。 关键词 乳化油; 超滤; 清洗
1+
h i+ 1, j+ 1 -
h i, j -
h i+ 1, j )
(18)
5h 5x
=
1 ∃x
(h i+
1, j +
1-
h i, j+ 1)
(19)
B = 0. 5 (B i, j+ 1+ B i+ 1, j+ 1) (20) G = 0. 5 (G i, j+ 1+ G i+ 1, j+ 1) (21)
城市雨水径流模型 (简称 CSYJM ) , 根据城市雨水 径流的特点分为地表径流和管内汇流两个阶段。 降雨 经过地面径流从雨水口进入雨水管网, 模型可以计算 出雨水口流量过程线, 并作为管网的输入。在管网各雨 水口输入已知的条件下, 采用非线性运动波演算管网 的汇流过程。该模型可以作为设计、模拟和排水管网工 况分析的有用工具。 1 降雨 可以采用实测降雨过程线和合成设计降雨过程线 作为输入。该模型没有均匀降雨的假设, 可以根据计算 精度确定计算时段长度。 2 扣损 该模型允许用户选择扣损方法, 包括加权平均径 流系数、变径流系数、初损后损方法和 Ho rton 入渗方 程法, 并可以采用实测入渗率的方法。 3 净雨过程线 根据降雨过程线和所选定的扣损方法, 模型可以 计算出净雨过程线。当入渗率大于降雨强度时, 模型假 设净雨强度为零。 4 雨水口流量过程线 根据北京百万庄小区 11 年的降雨径流观测资料 研究发现, 采用瞬时单位线模拟汇水面积< 105m 2 的城 市区域地表条件下的地表出流过程与实际观测值十分 接近。 因此模型选用瞬时单位线法生成雨水口流量过 程线。 可根据典型区域的实测降雨径流资料计算瞬时 单位线参数 N 与 K 。 在无当地瞬时单位线参数时, 模
1 前言
物, 它们大部分以乳化状态存在于水中, 其乳化粒子的
在生产癸二酸过程中, 排放出含有植物性乳化油 直径为 0. 12Λm 左右。将采自生产过程中排出的废水,
( 蓖麻油) 及酚 (甲酚) 的废水。 为使酚的排放浓度达到 依次通过石英砂过滤器及蜂房过滤器, 得到不同含油
标准, 须对废水进行预处理, 使乳化油含量满足后续含 浓度的超滤实验水样。
酚废水处理工艺的要求。 试验流程见图 1。
超滤膜的种类较多, 实验采用由应用较广泛的聚
动植物性油脂均属于多组分烃基脂肪酸类化合 砜膜制成的中空纤维超滤器, 其性能见表 1。
表 1 中空纤维超滤器性能
切割分子量 6000～ 10000
工作压力 (M P a)
0. 15
膜面积 (m 2)
2. 67
+
[
5 2
(1-
2h i+ 1, D
j+
1
)
]
+
D 2
y
1
2x
2
(1-
2h i+ 1, D
j+
1)
+
D
-1 y1
(
- 1 (2 (1
- 2h i+ 1, j+ 1 ) 2- 1) D
- 2x 1) ]}
(31)
其中 x 1、x 2、y 1 和 均为 h i+ 1, j+ 1的函数。
令
{h
(1) i+ 1,
(24)
则 f ’(h i+ 1, j+ 1) =
1 2∃
t
[
h
i,
j+
1+
h i+ 1, j+ 1 -
h i, j -
h i+ 1, j )
B ’i+ 1, j + 1 +
(B i, j+ 1, B i+ 1, j+ 1 ) ] +
1 L
[ ( h i+ 1, j+ 1 -
h i, j+ 1) G ’i+ 1, j+ 1+ (G i, j+ 1+ G i+ 1, j + 1) ]
纤维外径 (Λm )
350
纤维内径 (Λm )
150
厚度 (Λm )
100
根数 (根) 8750
2 试验研究与结果分析 2. 1 超滤膜过滤控制线的测定
纯水通过超滤膜, 测定在膜两侧不同的压力差 ∃P 作用下的产水量 q 值, 并绘制出 ∃P～ q 曲线, 该线即为
则 B ’i+ 1, j+ 1= (D - 2h i+ 1, j+ 1) (D h i+ 1, j+ 1-
根据式 (17) 可写出四点非中心隐式有限差分格式
21∃ t [ (B i, j+ 1+ B i+ 1, j+ 1) (h i, j+ 1+ h i+ 1, j+ 1- h i, j -
h i+ 1, j ) ]+
1 ∃x
[
(G i,
j+
1+
G i+ 1, j+ 1 ) (h i+ 1, j+ 1 -
1, 2, ……) , 初始条件 h i, 1= ∃h ( i= 1, 2, ……) , 设 ∃x =
L (设计管段长度) , 采用四点非中心隐式有限差分格
式, 则可根据 h i, j、h i, j+ 1、h i+ 1, j 推求 h i+ 1, j+ 1。
令
5h 5t
=
1 2∃
t
(h i,
j+
) h 2
- 12
i+ 1, j + 1
(30)
G ’i+ 1, j+ 1=
0.
1323 nS
1 0
2D
5
3
x
2 2
3
D h i+ 1, j+ 1-
h
2 i+
1, j +
{
1
2 3
x
2
1[
- 2x 1
-
- 1 [2 (1-
2h i+ 1, j+ 1 ) 2 D
1 ] (5y1 -
D
y
1 1
x
2)
5h 5x
=
0
(12)
令
B
(h) =
ΑA Αh
(13)
G (h) =
ΑQ Αh
(14)
有
B (h) = D sin 2 (15)
G (h) =
0.
1n323D
5
3S
1 0
2
(1-
sin
)2 3
[ 5sin
采用数值解法。
5. 2 圆形管道非线性运动波偏微分方程
雨水管道在实际输送雨水径流时, 大部分时间处
于非满流状态, 对于部分充满管道, 有
A
=
D2 8
(
- sin
来自百度文库
)
(6)
R =
D 4
(1-
sin
)
(7)
B = D sin 2
(8)
h =
D 2
(1-
co s
2)
(9)
= 2a rcco s (1-
2-
D sin (
2) (1- sin
) ] (16)
则式 (12) 可写成
B
(h)
5h 5t
+
G (h)
5h 5x
=
0
(17)
联立式 (17)、(11) 即组成非线性运动波偏微分方程组。
该方程组可以用数值计算方法求解。
5. 3 非线性运动波有限差分解法
根据雨水管网的特点, 已知上游边界条件 h1, j ( j =
j+
1=
h i+ 1, j
(32)
= - h h (n+ 1) i+ 1, j + 1
(n) i+ 1, j + 1
f f
(h
(n) i+ 1,
j+
1)
’(h
(n) i+ 1,
j+
1)
(33)
并确定一个计算精度, 即可根据 h i, j , h i+ 1, j , h i, j+ 1 用式 (32) 和 (33) 求解 h i+ 1, j+ 1. 5. 6 模型检验 根据与北京百万庄小区降雨径流观测资料对比发 现, 该模型有较高的精度。 其洪峰流量相对误差在 6% 以内, 最大绝对误差< 15L s。 水深相对误差在 5% 以 内, 最大绝对误差< 30mm。洪峰发生时间误差< 5m in。 实践证明, 该模型在小区域的模拟计算结果与实测值 非常接近。 在较大范围的模拟计算检验还有待于进一 步研究。
(23)
设 f
( h i+ 1, j+ 1 ) =
1 2∃
t
[
(B
+ i, j+ 1
B
) i+ 1, j+ 1
( h i, j+ 1 +
h i+ 1, j+ 1 -
h i, j -
h i+ 1, j ) ] +
1 L
[ (G i, j+ 1 +
G i+ 1, j+ 1 )
(h i+ 1, j+ 1- h i, j+ 1) ]
2 + D sin- 1 2 (
- 1 sin
- 1)
+
[
5 2
co s
2-
D 2
s in -
2
2
co s
2
(
- 1 sin
- 1) + D sin- 1 2
( - 1co s - - 2 sin ) ]} ’
(27)
co s
= 2 (1-
2h D
)
2
-
1
(28)
’=
5 5h
[
2a
rcco
q—— 单位长度旁侧入流量, m 3 s·m
g —— 重力加速度, g = 9. 81m s2
h —— 水深, m
S 0 —— 管道底坡
S f —— 阻力坡度
对于城市雨水管道只有节点入流而无旁侧入流,
所以 q= 0。 则连续性方程 (1) 可写成
5A 5t
+
5Q 5x
=
0
(3)
1997 V o l. 13 N o. 4
h i, j+ 1) ]= 0
(22)
根据式 (22) , 采用牛顿迭代逼近法求解 h i+ 1, j+ 1, 把
h 代入式 (10) 求得 后, 代入式 (11) 计算出 Q (t) 的值。
5. 4 牛顿迭代逼近技术求解有限差分方程
根据牛顿迭代逼近法, 有
x n+ 1= x n-
f (x n) f ’(x n)
① 国家自然科学基金资助项目 (59678047)
型建议N = 0. 7～ 1. 0、K = 7. 0～ 15. 0 (m in)。该模型也
可以选择等流时线法, 计算雨水口流量过程线。
5 管网汇流
模型采用非线性运动波演算方法, 模拟管网汇流
过程。
5. 1 非线性运动波方程
城市雨水管网内的水流应视为非恒定流, 可以根
作者简介: 周玉文 博士研究生 副教授 通讯处: 110015 沈阳文化东路 17 号
(收稿日期 1996- 12- 19)
2 Volum e 13
中国给水排水
1997 V o l. 13 N o. 4
据明渠非恒定流偏微分方程组 (又称圣·维南方程组)
计算水力学参数。
55At +
5Q 5x
=
q
(1)
1 gA
5Q 5t
+
1 gA
5 5x
(Q A
2
)
+
5h 5x
-
(S 0- S f )
=0
(2)
式中 A —— 过水断面面积, m 2
Q —— 流量, m 3 s
t—— 时间, s
x —— 沿管道方向的长度, m