城市排水系統(tǒng)中雨水存儲裝置的預(yù)設(shè)模型研究

賈海勝

摘要:建立一個概念上的模型去評價雨水儲水箱在以前雨水排放系統(tǒng)中的作用。雨水儲水箱模型中的流出量就轉(zhuǎn)化為等量的降雨量。根據(jù)這種單一降雨情況下的降雨強度/持續(xù)時間/頻率的關(guān)聯(lián)性(IDF--關(guān)聯(lián)性),開發(fā)出針對暴雨處理的模型。

關(guān)鍵詞:暴雨處理設(shè)計 雨水存儲裝置 預(yù)設(shè)模型

中圖分類號:TU992文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0144-01

促使水力設(shè)施和系統(tǒng)開發(fā)研究的主要原因是雨水的輸入問題。為了簡化設(shè)計計算和限制模擬的時間,一般利用典型的暴雨降雨來進行研究。

1水力保持力的影響

在過去的幾年里,越來越多的“容量性”系統(tǒng)建成,而且未來還將有更多的被建成。而且大容量的存儲對保留雨水和削減雨水的流量是必須的。這些存儲設(shè)施可以建在排水系統(tǒng)中即時存儲,也可以建在綜合排水系統(tǒng)中延時存儲。然而,越來越多的人將開始關(guān)注“源頭控制”,這就意味著,存儲能力是由雨水儲水裝置、滲透溝渠、逆流式排水系統(tǒng)等等方面決定的。由于這些源頭控制設(shè)施,降雨時間長短的影響甚至比綜合的下水道系統(tǒng)中的存儲還要大。在進行精確的計算時,這就需要更加加強對降雨中固有可變性的考慮。

對綜合城市排水系統(tǒng)中源頭控制影響力大小的評價,主要是通過對雨水中固有的可變性的即時評估,這是因為長時間的降雨具有重要的影響力。當(dāng)存儲設(shè)施放置在綜合下水道系統(tǒng)的上游(在雨水進入下水道系統(tǒng)之前),降雨的輸入通常是模仿進入下水道系統(tǒng)的雨水徑流,這樣可以考慮到上游存儲設(shè)施的影響。這些源頭控制設(shè)施可以很簡單的用簡單的蓄水池形式的模型進行模擬,這樣就可以在一個很短的時間里處理連續(xù)的長時間段的雨水模擬仿真。因此這樣的預(yù)處理降雨可以用在下游排水系統(tǒng)設(shè)計中,這個處理方法可以在雨水儲水裝置和溝渠使用。由于雨水儲水箱的存在,以前一個月內(nèi)的降雨的情況可以在同時得到處理。同樣利用這個簡化的模型,我們可以得到雨水儲水裝置各個最理想的設(shè)計參數(shù)。

2設(shè)計方法

為了使雨水儲水裝置的作用在排水系統(tǒng)中顯示出來,所以就要建立一個模型去估算雨水儲水箱在原城市排水系統(tǒng)中的作用,以及用這個模型去估算在人工合成的暴雨中儲水箱產(chǎn)生的作用。為達(dá)到這樣的目的,用一個簡單蓄水池模型來收集雨水(如圖1)。屋面部分的雨水將流入雨水儲水箱里,其他部分的雨水,直接流入下水道系統(tǒng)中。一小部分的雨水回用逐漸地用完儲水箱中的積存雨水,回用后的降雨再排入到綜合下水道系統(tǒng)中。如果儲水箱裝滿水的話,溢流出來的雨水直接流入下水道系統(tǒng)中去。

降雨參數(shù)中有大量的內(nèi)在可變性因素的影響,所以在逆程周期中,降雨強度、持續(xù)時間、頻率關(guān)聯(lián)性的最大價值的衰減是需要精確考慮的。然而,雨水儲水箱顯而易見的改變了這種價值的分配系統(tǒng)。在雨水儲水箱儲存能力的作用下,即使強度最大的暴雨也幾乎沒有什么影響,而且仍然適用指數(shù)分配方式系統(tǒng)。降雨的頻率越高,雨水儲水箱儲存能力產(chǎn)生的減波作用就越大,這樣就演化成另一種指數(shù)分配系統(tǒng)。因此最終結(jié)論性的分配系統(tǒng)有兩種方式,這兩種方式之間可以逐漸地相互轉(zhuǎn)化。這種混合形式的分配系統(tǒng)大體上接近排列分配方式,至少在雨水分析中有添加補充的作用。排列分配方式有很大的限定繼承性,這就意味著有更大突發(fā)性降雨概率。在這種排列分配方式下,降雨強度i和逆程周期T之間的是對數(shù)線性關(guān)系:logi=a1+a2logT。

因為暴雨降雨時間短和雨水儲水箱儲水力保持力大,那么減波所產(chǎn)生的作用就更大。依靠衰減給出的最大相關(guān)性,指數(shù)分配系統(tǒng)可以保留使用或是用排列分配方式。在這樣的分析中,使用簡單的雨水衰減就足夠了,因為沒有其他推斷的可靠性在逆程周期中比原降雨系統(tǒng)高。最后,線性衰減規(guī)律可以使用在暴雨降雨函數(shù)中的衰減系數(shù),這樣可以得到單一的人工合成暴雨。

3集合實際應(yīng)用對模型設(shè)計的分析

滲透和設(shè)施的水力保持一般是非線性的,因為流出量是限定的,連續(xù)長周期的模擬因而是必要的。簡單概念上的模型對上游設(shè)施水利保持力是單一的,而且在長時間的模擬中,這個概念上的模型不需要長時間的計算。在這個模型中,27年的降雨被合并處理,這樣的降雨是和Flemish合成暴雨屬于一個系列的。一套Rewaput模型的參數(shù)處理在奔騰III733電腦上處理時間僅僅需要大概5秒鐘。如果參數(shù)變化超過集水量,這時候分配系數(shù)被離散化并且其他好幾套的參數(shù)被考慮。在處理中,離散化的步驟、參數(shù)的誤差和參數(shù)的種類決定了計算的數(shù)目,這些在處理中必須要考慮的。在Rewaput模型中,三角形的分配系統(tǒng)可用來估算隨機的儲存變量和雨水的消耗量。

4結(jié)果分析

雖然雨水儲水箱的儲存量和滲透設(shè)施在降雨中不一定完全起到作用,但這種上游式水力保持設(shè)施仍然對流入下水道的雨水徑流有很大的影響?？梢钥闯?如果這些設(shè)施在一定范圍內(nèi)安裝實施使用,那么合適的雨水儲水箱能很顯著的削減下水道中的流量峰值。在圖1中,可以看到雨水儲水箱在暴雨處理中的影響。在這個計算分析中,估計在30%封閉區(qū)域里,每100m2屋面設(shè)置一個5000升的雨水儲水箱,每天每100m2消耗100升雨水。這個幾乎削減里人工合成暴雨中的峰值,一年的使用相當(dāng)于以前五年的分析。有可能通過一個簡單的設(shè)計方法去預(yù)見這個影響。

從這個方法可以看出,源頭控制技術(shù)在下游式排水系統(tǒng)中的作用。更進一步地,可以看出有可能對雨水中各種參數(shù)進行合并處理,這樣可以得到更精確的上游式對雨水處理的影響。為了限制計算時間,可以成功地使用簡單的模型去處理。

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