城市突降暴雨排水管网节点处积水量计算研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 2 月第 2 期 城 市道桥 与防 洪 防洪排水 5 7 城市突降暴雨排水管网节点处积水量计算研究 赵子成 , 禹华谦 ( 西南 交通 大学 土木 工程学 院 , 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要 : 从理论上分析推导 了城市突降暴雨在 已建雨水管网系统节点处的积水量计算公式 , 并以算例说明了计算公式的 应 用 。 关键词 : 突降暴雨; 既有雨排系统; 积水 ; 积水量 中图分 类号 : T U 9 9 2 文献标 识码 : A 文章 编号 : 1 o o 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2) 0 2 0 0 5 7 0 2 0 前言 由于城市化的不断影响
2、,在降雨过程尤其是 突降暴雨过程中, 原本可以被植物吸收、 洼地存贮 或者直接渗人地下 的雨水 ,因被硬化地面阻 隔并 聚集成地面径流, 流人城市的雨水管道、 雨水管渠 等 ,使城市既有雨排系统的排水能力超过了设计 使用时的排水能力, 造成城市局部地面的积水、 冒 水等 , 出现城市内涝、 交通瘫痪 , 严重影响了人们 的正 常工作 和生活 。如 2 0 1 1年 1 0月 4日 2 0 : 0 0 至 5日 1 6 : 0 0 , 海南海 口、 文 昌等地 突降大暴雨 , 其 中海 口市 区及城西镇雨量超 过 2 0 0 mm,有 1 4条 道路积水严重 , 平 均积水深度 达 6 0 c
3、m, 个 别小 区 甚至积水深度达到了 1 2 m。又如 2 0 1 1年 7月 2 9 日上午成都遭遇强降雨, 成华区双福二路上 , 因 夜积水造成该 十字路 口达 2 0 0 m 的区域被淹 , 积 水最深处达 3 0 c m。 图 1 为成都市水碾河南街路 口 一 场暴雨后的积水状况。 图 1 成都市水碾河南街暴雨后积水状况 因此 , 推导简单可行 的积水量计算公式 , 开展 城市既有雨排系统运行健康诊断研究 ,对畅通城 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 1 0 3 1 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助 : 城市雨 排系统运行健康诊断研究( S WU 1 1 C X 9
4、) 作者简介 : 赵子成( 1 9 8 6 一 ) , 男 , 四川巴中人 , 硕士研究生在 读 , 主要研究方 向为城市给排水理论与应用。 市雨排系统 , 康 复病态排水节点及管路 , 以及进行 科学的地面规划设计 , 解决城市暴雨积水问题 , 将 具有重要 的理论意义和实际意义。 1 排水管网节点暴雨积水量的产生 设 Q 。 、 Q 分别为排水管网事故节点 ( 如图 2 所示 ) 上下游管段 的流量 , q为汇人节点 的暴雨 流量 , 则突降暴雨情况下事故节点 的截存流量 : Q M = Q + q Q z ( 1 ) M A B C D 图 2 事故节点处计算图示 根据暴雨流量 g的不同
5、, 节点截存流量 将 有如下 3种情况 : f 0 当 9 O时 ,说 明下 游管道 排泄 能力大 于来 流 , 系统运行健康不会 出现积水 ; 当 Q M = 0时 , 说 明 下游管道排泄能力正好等于来流 ,节点处于临界 状态 ; 而 当 Q M 0时 , 说 明下游 管道排泄能力小 于 来流 , 则排水管网节点将 出现积水现象 , 其积水 流 量 等于截存流量 , 即 Q j = Q + q Q 2 ( 2 ) 2 排水节点暴雨积水量公式推导 2 1 计算原理 突降暴雨排水管道 的过流能力 p可由连续 性方 程 : Q = A ( 3 ) 和谢才公式 : V =C j RJ 4 计算1
6、。式中A为过流断面面积, 对于直径 d 为的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 2 月第 2 期 圆管满流 , A= w d V 4 ; 尺为水 力半径 , R= d 4 ; , 为水 力坡度 ; C为谢才系数 , 可用曼宁公式 : G : ( 5 ) 凡 计算 , 其 中 为管道粗糙系数 。 2 2 既有排水管道过流能力计算 由于长期使用 的管道泥沙淤积 , 管壁结垢 , 从 而造成粗糙 系数 n增大 , 管径 d减小 , 管 网的实际 通水能力下降。 设建成运行 年后的管道泥沙淤积厚度为 h , 并均匀
7、沉积在管底, 如图3 所示。 考虑突降暴雨高 峰时段 , 管道为满流 , 其过水断面面积为 : A : 一 a rc sin ( 学 ) 车+ ( 一 ) 图 3 既有管道过流能力计算图示 湿周为 一 a r c s in ( d 互 匾 ) 】 2 J 一( d - h h 则管道实际过流能力为 ( 6 ) 节点相关的计算汇水面积, h m z ; 为积水区综合径 流系数。若计算时段降雨强度 ) 近似为常数 则 式( 9 ) 可简化为 : q = tf F ( 1 0 ) 2 4 既有排水管 网节点暴雨积水量计算 将式 ( 8 ) 、 式 ( 9 ) 或式 ( 1 o ) 代 人式 ( 1
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