[發明專利]恒定非均勻流條件下雨水設計流量的計算方法

有效

• 申請號: 201511002602.1
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105404760B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 杜佐道;杜曲;皮凌華
• 申請（專利權）人: 杜曲
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 王賢義;何承鑫

本發明涉及城市內澇防治技術領域，尤其涉及恒定非均勻流條件下用推理公式計算雨水設計流量的方法。根據已知的設計條件如排水管集雨面積F、管段長度dL、糙率系數n、綜合徑流系數ψ、設計暴雨強度q的有關參數、地面集水時間t₁、管底坡度j、管段下游端設計水位Z_下、上游端允許的最高水位Z_上允許和初步擬定的排水管直徑D等，通過迭代流速V的方法，可快速地確定雨水設計流量Q_s、管段上游端水位Z_上和排水管直徑D。

技術領域

本發明涉及城市內澇防治技術領域，尤其涉及恒定非均勻流條件下雨水設計流量的計算方法。

發明背景

近年來，隨著我國城市化建設的快速發展，出現了城市內澇災害頻繁發生的現象，輕則交通堵塞，重則威脅市民財產、甚至生命的安全。究其原因，除了有城市排澇硬件設施不適應形勢發展需要的因素外，產、匯流理論不適應形勢發展需要也是一個重要因素。例如，采用恒定均勻流條件計算雨水設計流量的方法，就不適用有下游水位頂托的情況。

根據《室外排水設計規范》（2014年版）介紹，采用推理公式法計算雨水設計流量的公式為Q_s=qψF，式中：Q_s為雨水設計流量，單位L/s；ψ為徑流系數；F為集雨面積，單位ha；q為設計暴雨強度，單位L/（s.ha）；它的計算式為q=A/(t+b)^m，式中：A為公式的系數；b為公式的常數；m為公式的指數；t為降雨歷時，即匯流歷時，單位min；它的計算式為t= t₁+ t₂，式中：t₁為地面集水時間，應根據匯水距離、地形坡度和地面種類通過計算確定，一般采用5min～15min；t₂為排水管渠內雨水質點流行的時間，單位min；它的計算式為t₂=dL/V,式中：dL為管段長度，單位m；v為恒定流條件下的流速，單位m/s，按恒定流條件下流量公式寫成的流速公式為V₁=Q/W，式中：Q為流量，單位m³/s；W為過水斷面積，單位m²；恒定流條件下的流速公式為V₂=(1/n)R^2/3(dz/dL)^1/2，式中：n為糙率系數；R為水力半徑，單位m；dz/dL為水力坡度i，也稱為總水頭線坡度；dz為上、下游端的總水頭差，也可寫為dz=Z_上-Z_下，單位m；式中：Z_上為上游端水位，單位m；Z_下為管段下游端設計水位，單位m。

由于管段的上、下游端的總水頭差dz為未知數，不能直接按恒定流條件的流速公式計算出V₂，因此，現行用推理公式計算雨水設計流量的方法，選擇了水力坡度i等于管底坡度j的恒定均勻流條件,以利按恒定流條件的流速公式直接求出V₂，在已知管底坡度j、管段長度dL，即已知上、下游端的總水頭差dz的條件下，通過選擇不同的管徑D，按恒定流條件下流量公式就可以計算出相應的流速V₁，當V₁、V₂基本相等時，就可以確定雨水設計流量Q_s和管徑D。由于恒定均勻流為恒定非均勻流的一種特殊情況，排水管渠在暴雨期間很難產生恒定均勻流的條件，而產生恒定非均勻流的條件則很普遍,因此，當排水管渠為恒定非均勻流條件時，仍采用恒定均勻流條件計算雨水設計流量和管段上游端總水頭，必然產生較大的計算偏差。

發明內容

本發明的目的是根據水力學原理，為解決上述計算雨水設計流量和排水管上游端水位存在的問題，提供符合實際的、精度高的計算方法。