降雨时间序列输入模拟的降雨过程;管网概化过程提取城市雨污水管网的空间分布特征和管道的长度、流向、管径等属性数据,为Transport模块提供计算依据;各子流域的土地利用信息的提取可为Runoff模块提供计算依据;而模型参数的确定是模拟结果真实有效的必需步骤。将各个模块的参数和数据输入完毕后,即可对其进行模拟计算。
例如,对天门县某一汇水区域20年一遇的一日降雨进行排涝模拟计算,已知该汇水区域总汇水面积为445.2ha,枯水季节雨水自流排入南干渠,洪水季节由于外河水位高于涝区路面,只能通过泵站提排入南干渠)。汇水区域和雨水管网如图2所示。
SWMM模型软件人机界面友好,可操作性强。通过输入降雨过程线、流域地面参数和排水管道系统布置图,可分别得到图1芝加哥模型非均匀雨强降雨过程模拟的和推流公式均匀雨强降雨过程模拟的出口断面的流量过程线,如图3、图4所示。
图3 芝加哥模型非均匀雨强出口流量过程线
图4 推流公式均匀雨强出口流量过程线
三 调蓄容积
采用圩区排涝计算公式计算各排涝历时下排涝模数,然后利用SWMM模拟的出口流量过程线计算得出相应的调蓄池容积,如表1,表2。由于抽排泵站抽排量是一定的,且其值等于该涝区的排涝模数与涝区面积乘积,我们只需将涝区平均抽排流量算出后,从出口流量过程曲线上得到曲线值大于该抽排流量部分的面积,换算成容积单位即是所需要调蓄容积。
表1 天门县某一汇水区域20年一遇一日降雨一日排完调蓄容积
降雨模型
排涝模数(m3/s·km2)
调蓄容积(m3)
芝加哥过程线法
2.01
186480
均匀雨强过程线
2.01
116640
表2 天门县某一汇水区域20年一遇一日降雨半日排完调蓄容积
降雨模型
排涝模数(m3/s·km2)
调蓄容积(m3)
芝加哥过程线法
4.02
44784
均匀雨强过程线
4.02
0
由表中数据可知,不同的雨型对于调蓄池容积大小的影响是很大的,主要是因为峰值流量的大小和超过排涝泵站的抽排量的涝水持续时间的长短不一样,该案例中在降雨一日排完情况下,两者相差7000个立方米。对于在降雨半日排完的情况下,抽排泵站的装机容量对均匀雨强是满足排涝要求的,但在实际情况下可能还需要增设44784 m3的雨水调蓄池才能满足排涝要求。
五,结论和展望
(1)在确定设计雨型时,当设计涝区有足够的暴雨过程资料时,可以利用频率法进行同倍比缩放得到典型的该地区的暴雨过程线;当无资料时,可以利用水文手册的涝区设计标准下的总降雨量,结合涝区暴雨强度公式,反算出等效的降雨历时,然后利用芝加哥过程线法对其进行降雨时程分配,模拟出设计标准下的降雨过程线。
(2)利用SWMM模型模拟涝区出口流量过程线,不仅可以校核雨水管道是否满足水力要求,而且还可以合理地确定设计排涝标准下配套的调蓄池容积,文中只考虑了雨水需要全部抽排的情况,但其他情况也可作同样处理。
(3)实际雨水径流情况是复杂的,传统推理算法将其简化,没有考虑降雨的时程分配、雨型、雨峰等对地面径流的影响,造成较大的计算偏差。而利用计算机模拟,可以考虑更多实际因素,如下垫面情况、地下水参与径流、渗透、回水、倒灌、压力流、甚至雨水蒸发等的影响,这无疑将更合理高效地为工程设计提供更可靠更准确的依据,确保设计的安全性。而且运用计算机模拟计算,可以在提高工作效率和满足设计合理性两个方面都取得良好效果。
参考文献
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2 王永,燕少平.《城市排水与排涝计算研究》.江淮水利科技.2006年第3期
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4 岑国平,沈晋,范荣生.城市设计暴雨雨型研究[J].水科学进展. 1998年第1期:41~46
5 湖北省水文手册.水利电力局.1970年:372
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7 董欣,陈吉宁,赵冬泉.SWMM模型在城市排水系统规划中的应用[J].给水排水.2006年第32期:106~109
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