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海绵城市中雨水调蓄设施计算

新闻来源:山东智信环保   发布时间:2016-05-14 09:09  点击:
之前收到一些朋友的提问:如何计算雨水调蓄池体积?本篇文章对其作出一定回答,希望同行能够一起进行更多的交流。
 
在计算雨水调蓄设备容积前要清楚进水过程线、调节容积、出流过程线的概念和内涵。
(1)进水过程线I
进水可以来自一根或多根管渠,也可以来自地面漫流。如果来自管渠,手动进行准确的进水过程线计算将变得几乎不可能。实际应用可以进行简化,即假定进水为地面漫流。关于如何计算地表漫流时排放口的进水过程线(即雨水调蓄设施的进水过程线),方法多如牛毛,读者可以自行查找资料研究。
进水管标高h3宜位于 h0~h0+0.3m 之间,以减少冲刷。
 
(2)调蓄容积
调蓄池容积可分为3部分:
1)永久蓄水容积V0:供水生动植物栖息用;
 
2)调节容积V1:该部分水不能直接外排,应按所在城市年径流总量控制率要求确定。
 
3)调节容积V2:调节容积V2主要是用于削峰(当然V1也参与了)
 
设计人员可以根据功能需要调整雨水调蓄设施的不同容积组合。例如:
 
如果没有V0,那么就是干塘,如果有V0,那么就是湿塘;
 
如果是一小块下凹式绿地,那么可能就只有V1;
 
如果是一个用于削峰的钢混结构的雨水调蓄池,那么可能就只有V2。
 
总而言之,设计人员应该在深刻掌握相关理论知识的前提下,根据设计目的进行调蓄池的设计。
 
(3)排水过程线
1)排水管1:调节容积V1应经过土壤、砂石等过滤后再排入排水管1,排水管1的管径应根据允许的放空时间确定,如果当地没有规定,可以取24h。排水管1的O1  可以假定是一个恒定出流的过程线(因为这个准确计算很难,并且它的管径也比较小)。
 
2)排水管2:排水管2用于排除调节容积V2。特别需要指的是,这个排水管2也可能是个孔口或者堰。如果是一根管渠,大多数时候也应该假定为涵洞,按涵洞的理论进行计算。总而言之,排水管2的出流过程线确定方法有以下几种:
 
1)按孔口出流计算;
 
2)按堰流计算;
 
3)按涵洞理论计算,涵洞理论计算时,排放口水位假定不变;
 
4)按水泵特性曲线计算;
 
5)按自流排放到一个检查井计算,这种情况比较少见,手动计算几乎不可能(因为排放口水位也在变)。
除了第5种情况,其它4种情况出流过程线O2都只和调蓄设施水深h有关。相关的理论计算方法极其复杂,读者可以自行研究。
 
对调蓄设施进行水量平衡计算:
式中有3个变量(I、O、V),确定其中2个就可以计算另1个。I通常都是作为已知条件,因此常见的计算有以下3种:
1)进水过程线和调蓄容积确定,计算出流过程线,进而确定峰值削减比例。
 
2)进水过程线和出水过程线确定,计算调蓄容积。
 
3)只知道峰值削减比例、服务面积和径流持续时间,估算调蓄容积。
第1种和第2种情况计算也比较简单,读者可以在很多的书本上看到相关案例。实际面临的大部分都是第3种情况,这个问题非常复杂,《室外排水设计规范》给出的公式是同济大学邓培德老先生基于“径流过程线为峰值系数0.5的芝加哥雨型 + 出水过程线为恒定不变,大小为进水峰值乘以脱过系数 +径流持续时间为2h”的假设经计算和统计得出,有一定的局限性。
对于第3种情况,目前我也没有很好的估算方法(实际上也不可能有,中国目前关于地面漫流过程线都没有确定的说法)。我建议我们的大学教授们多进行一些这方面的基础研究,对不同进出水过程线的调蓄容积如何估算进行计算和统计分析,给出一些大致可靠的经验公式。国外有个叫AKan的教授曾经做过一个如下组合的研究:进水过程线采用某种特定单位过程线叠加得出;出水分别为孔口、堰和立管出水,这个出水可以是1个,也可以是2个。得出了许多快速估算的公式(即使是快速估算,公式形式仍然非常复杂,而且需要配合图表进行)。
 
后记
雨水调蓄设施计算在未来的海绵城市建设中将会是一个核心理论问题,这个工作不应该留给工程设计人员研究,我们的大学教授们应该尽快开展这方面的研究。在雨水领域,某种程度上说,工程师们已经走在了科学家前面。


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