如何計算雨水調蓄池體積?本篇文章對其作出一定回答,希望同行能夠一起進行更多的交流。
在計算雨水調蓄設備容積前要清楚進水過程線、調節容積、出流過程線的概念和內涵。
(1)進水過程線I
進水可以來自一根或多根管渠,也可以來自地面漫流。如果來自管渠,手動進行準確的進水過程線計算將變得幾乎不可能。實際應用可以進行簡化,即假定進水為地面漫流。關于如何計算地表漫流時排放口的進水過程線(即雨水調蓄設施的進水過程線),方法多如牛毛,讀者可以自行查找資料研究。
進水管標高h3宜位于 h0~h0+0.3m 之間,以減少沖刷。
(2)調蓄容積
調蓄池容積可分為3部分:
1)永久蓄水容積V0:供水生動植物棲息用;
2)調節容積V1:該部分水不能直接外排,應按所在城市年徑流總量控制率要求確定。
3)調節容積V2:調節容積V2主要是用于削峰(當然V1也參與了)
設計人員可以根據功能需要調整雨水調蓄設施的不同容積組合。例如:
如果沒有V0,那么就是干塘,如果有V0,那么就是濕塘;
如果是一小塊下凹式綠地,那么可能就只有V1;
如果是一個用于削峰的鋼混結構的雨水調蓄池,那么可能就只有V2。
總而言之,設計人員應該在深刻掌握相關理論知識的前提下,根據設計目的進行調蓄池的設計。
(3)排水過程線O
1)排水管1:調節容積V1應經過土壤、砂石等過濾后再排入排水管1,排水管1的管徑應根據允許的放空時間確定,如果當地沒有規定,可以取24h。排水管1的O1 可以假定是一個恒定出流的過程線(因為這個準確計算很難,并且它的管徑也比較小)。
2)排水管2:排水管2用于排除調節容積V2。特別需要指的是,這個排水管2也可能是個孔口或者堰。如果是一根管渠,大多數時候也應該假定為涵洞,按涵洞的理論進行計算。總而言之,排水管2的出流過程線確定方法有以下幾種:
1)按孔口出流計算;
2)按堰流計算;
3)按涵洞理論計算,涵洞理論計算時,排放口水位假定不變;
4)按水泵特性曲線計算;
5)按自流排放到一個檢查井計算,這種情況比較少見,手動計算幾乎不可能(因為排放口水位也在變)。
除了第5種情況,其它4種情況出流過程線O2都只和調蓄設施水深h有關。相關的理論計算方法極其復雜,讀者可以自行研究。
對調蓄設施進行水量平衡計算:
式中有3個變量(I、O、V),確定其中2個就可以計算另1個。I通常都是作為已知條件,因此常見的計算有以下3種:
1)進水過程線和調蓄容積確定,計算出流過程線,進而確定峰值削減比例。
2)進水過程線和出水過程線確定,計算調蓄容積。
3)只知道峰值削減比例、服務面積和徑流持續時間,估算調蓄容積。
第1種和第2種情況計算也比較簡單,讀者可以在很多的書本上看到相關案例。實際面臨的大部分都是第3種情況,這個問題非常復雜,《室外排水設計規范》給出的公式是同濟大學鄧培德老先生基于“徑流過程線為峰值系數0.5的芝加哥雨型 + 出水過程線為恒定不變,大小為進水峰值乘以脫過系數 +徑流持續時間為2h”的假設經計算和統計得出,有一定的局限性。
對于第3種情況,目前我也沒有很好的估算方法(實際上也不可能有,中國目前關于地面漫流過程線都沒有確定的說法)。我建議我們的大學教授們多進行一些這方面的基礎研究,對不同進出水過程線的調蓄容積如何估算進行計算和統計分析,給出一些大致可靠的經驗公式。國外有個叫AKan的教授曾經做過一個如下組合的研究:進水過程線采用某種特定單位過程線疊加得出;出水分別為孔口、堰和立管出水,這個出水可以是1個,也可以是2個。得出了許多快速估算的公式(即使是快速估算,公式形式仍然非常復雜,而且需要配合圖表進行)。
后記-雨水調蓄設施計算在未來的海綿城市建設中將會是一個核心理論問題,這個工作不應該留給工程設計人員研究,我們的大學教授們應該盡快開展這方面的研究。在雨水領域,某種程度上說,工程師們已經走在了科學家前面。
來源:ELearn給排水