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《雨水调蓄池容积有限差分设计计算研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、雨水调蓄池容积有限差分设计计算研究王磊1,周玉文1,汪明明2(1.北京工业大学建筑工程学院,北京100124;2.安徽工业大学建筑工程学院,安徽马鞍山243002)摘要:为了提高雨水调蓄池容积设计计算结果的质量,提出采用有限差分法计算雨水调蓄池容积的实现方法,探讨了设计计算过程,并使用排水管网模型对计算结果进行校核。研究结果表明:所采用的有限差分法可以有效地计算雨水调蓄池容积,可用于实际调蓄池设计计算.关键词:雨水调蓄池;防洪;模型;容积计算;有限差分文章编号:0254-0037(2010)02-0206-07中图分类号:TU992文献标志码:A雨水调蓄池是暂时性存储降雨径
2、流的地下设施[1].新开发地区不透水面积的增加使得地面径流量激增,设置雨水调蓄池对于减轻下游洪涝灾害的影响是非常必要的.流量较大的地面径流在经过调蓄池后出流流量明显减小,从而起到了防洪的功能[2].在排水系统中使用调蓄池能减少排水管道的尺寸及建设费用,尤其是当排水管道较长且采用重力流的工作方式时,该作用更加显著.当设有排水泵站时,使用调蓄池还能减小泵站的规模.一些场合,已有的排水管道接纳新的汇水面积后,洪峰流量将超过管道设计流量,可采用调蓄池接纳高峰流量,从而避免改造已有的管道和泵站[324].另外,径流低速通过调蓄池使得雨水滞留时间延长,这可以为悬浮物质和可吸收污染物提供
3、充足的反应时间,因此,设置调蓄池有助于改善雨水径流水质[5].值得注意的是,目前对于雨水调蓄池(Detention)与蓄水池(Retention)2个术语的使用是相当混乱[6].两者的主要区别在于是否设有出口设施.蓄水池作用是收纳来自汇水区的地面径流,而不将其排放至下游.它主要用于小区域或者由于水质原因不允许出流排放的地区,可以起到减少地区径流量的作用.对于蓄存的雨水,渗透和蒸发机制是其出流(损耗)的主要途径.雨洪利用水池即是该种池型.与蓄水池不同,调蓄池是暂时存蓄雨水径流的设施,其排至下游的出口峰值流量通常远小于入流峰值流量.渗透和蒸发作用一般可以忽略不计.它主要用于消减
4、洪峰,延迟洪峰形成时间.本文重点讨论雨水调蓄池的设计问题.1调蓄池容积设计概述雨水调蓄池容积的确定是调蓄池设计的主要问题.式.美国调蓄池估算公式[7]为Vs=015Ti(Qt-Qo)欧美国家在其设计规范中都给出了容积计算公(1)333式中,Vs为估算的调蓄池体积(m);Qi为入流峰值流量(m/s);Qo为出流峰值流量(m/s);Ti为入流历时(s).日本调蓄池估算公式为[7]ri-rc1Vs=(2)tifA3602式中,ri为降雨强度曲线上任意降雨历时对应的降雨强度(mm/h);rc为调蓄池出流过流能力对应的降雨收稿日期:2008209228.基金项目:国家自然科学基金资助
5、项目(50678009).作者简介:王磊(1980—),男,山东东营人,博士研究生;周玉文(1952—),男,辽宁兴城人,教授,博士生导师.第2期王磊,等:雨水调蓄池容积有限差分设计计算研究2072强度(mm/h);ti为任意的降雨历时(s);f为地区径流系数;A为流域面积(hm).我国2006年新版《室外排水设计规范》(GB50014—2006)增加了可设雨水调蓄池的规定[8],但未给出调蓄池容积计算方法.《给水排水设计手册(第5册)》中给出了容积计算公式[9].由径流成因推理的流量过程线求得调蓄容积为Vs=f(α)W(3)33式中,α为脱过系数,α=Qh/Qq,其中,Q
6、q为入流管道设计流量(m/s),Qh为出流管道设计流量(m/s);f(α)为α的函数式,f(α)=-(0165n-1.2+015bτ-1(n+012)-1+1110)lg(α+013)+01215n-0115,其中,b、n为暴雨强度公式参数,τ为调蓄池前汇流时间(min);W为入流管道设计流量Qq与相应汇流时间τ的乘积,即W=Qqτ.文献[9]中给出了2种蓄水池容积的计算方法:第1种方法,蓄水池容积的确定与汇水面积、降雨量、降雨强度、降雨历时有关.容积公式为60Vs=Fqt×(4)1000式中,F为汇水面积(hm2);q为设计降雨强度(L/(s·hm2));t为设计降雨历时
7、(min).一般汇水面积为已知数,重现期按规范选用,降雨历时由设计人员根据当地降雨资料统计分析确定,再由重现期和降雨历时查出降雨强度。第2种方法,在当地具有几十年的降雨纪录时,分别统计分析降雨量大于100、150、200mm的降雨场次,从而确定采用某一数值作为设计标准,并按照全场降雨的流量全部存蓄的原则,得到的容积公式为HVs=10000F1000=10FH(5)式中,F为汇水面积(hm2);H为降雨量(mm)。上述公式法主要用于初步设计,估计调蓄池容积.国外更准确的容积计算方法是采用入流过程线的演进计算[4].本
