一种市政下水管道人孔盖排气效果评估方法技术

本发明专利技术公开了一种市政下水管道人孔盖排气效果评估方法，其包括以下步骤：将雨水管网划分成若干不同的管道段，计算地面流入管道段的径流量Q

【技术实现步骤摘要】
一种市政下水管道人孔盖排气效果评估方法


[0001]本专利技术涉及市政下水管道排水安全
，具体涉及市政下水管道人孔盖排气效果评估方法。

技术介绍

[0002]在一些沿海城市或者填海造地所形成的海边城市地区，由于地势平坦，导致该地区的下水道坡度平缓。另一方面，由于大多数海边地区是重要旅游区之一，为了考虑景观，下水道或雨水管道的出口一般位于海水位以下。因此，在暴雨期间，雨水管道内的水位迅速上升，水流从自由流变为有压管道流，从而使得管道和人孔内的空气体积突然减少，空气压激剧增大。当人孔内的空气压超过人孔盖所能承受的临界压力时，会引起人孔盖飞散，威胁道路上行人和交通的安全。所以，亟需提供一种在降雨条件下对人孔盖的排气效果进行综合评估的方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种综合研究下水道管网中水流和空气压变化，并对市政下水管道人孔盖排气效果进行评估的方法。
[0004]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]提供一种市政下水管道人孔盖排气效果评估方法，其包括以下步骤：
[0006]S1：将雨水管网划分成若干不同的管道段，计算从地面流入管道段的径流量Q
s
(t)：
[0007]S2：将流入管道段的径流量Q
s
(t)作为一维非恒定流的计算条件，计算整个管网的管道内水位H；
[0008]S3：利用水位H计算整个管网的管道内部的空气体积，从而得到人孔盖受到的管道内部的空气压P1；
[0009]S4：将空气压P1与人孔盖设计时能承受的临界空气压P进行比较：
[0010]若P1＞P，则该管道段上的人孔盖具有向人孔上方飞散的风险，表明需要更换成具有更大排气口径的人孔盖，以确保道路上行人和交通的安全；
[0011]若P1≤P，则该人孔盖没有向人孔上方飞散的风险。
[0012]进一步地，步骤S1包括：
[0013]S11：将雨水管网划分成若干不同的管道段，将设计暴雨的历时时长T划分成N个相等的时段Δt，N＝T/Δt；
[0014]S12：根据研究对象区域的暴雨强度公式，计算每个时段内的降雨强度I(n)，n∈[1，N]；
[0015]S13：根据研究对象区域的代表性雨型，确定降雨强度I(n)在雨型分布中出现的时间，按照出现时间的先后对N个降雨强度I(n)进行排序，得到排序后的新的降雨强度序列i(m)，i(m)为由N个降雨强度组成的序列中的任意一个；
[0016]S14：利用推理公式，计算降雨强度i(m)产生的洪峰流量Q
p
(m)：
[0017][0018]其中，f为径流系数，A为任意一个管道段对应的的流域面积；
[0019]S15：将降雨强度i(m)产生的径流过程线简化为等腰三角形，以洪峰流量Q
p
(m)作为等腰三角形的高，等腰三角形的底边长为2Δt，等腰三角形的两个腰即为降雨强度i(m)产生的径流过程线；
[0020]S16：根据S15，第m个降雨强度i(m)产生的径流过程的数学表达式为：
[0021][0022]S17：利用S16中的数学表达式计算每个降雨强度产生的径流量，并将所有径流量相加，得到流入管道段的地表径流Q
S
(t)：
[0023][0024]进一步地，步骤S2包括：
[0025]S21：建立自由水流和有压管道水流条件下的一维非恒定流方程：
[0026]自由水流条件下的连续方程为：
[0027][0028]有压管道水流条件下的连续方程为：
[0029][0030]运动方程为：
[0031][0032]其中，A0为过水断面面积，Q为过水断面的流量，a为压力波转播速度，q为管道段单位长度的入流量，q＝Q
S
(t)/L，L为管道段的长度，n为曼宁糙率系数，R为水力半径，f为局部水头损失系数，h
L
为单位长度的局部水头损失，v1为水的流速，g为重力加速度；
[0033]S22：每个管道段的管径大小相同，且坡度的变化是连续的；以每个管道段的中点为水位计算点，两端为流量计算点，对两个相邻管道段的水位及连接处的水位进行线性内插，利用一维非恒定流方程计算每一个管道段两端的流量Q2和Q1以及管道段中部的水位H，Q2为管道段的入流流量，Q1为管道段的出流流量。
[0034]进一步地，步骤S3包括：
[0035]S31：根据管道内的水位H计算管道内的水量V
水
，并利用V
水
计算管道内及人孔内的空气体积V：
[0036]V＝V
管
‑
V
水
[0037]其中，V
管
为管道及人孔的总体积；
[0038]S32：建立自由水流条件下人孔盖的排气连续方程，计算管道内的空气排除速度v2：
[0039][0040]其中，A1为人孔盖排气孔的面积，A2为空气流出管道的断面面积，C0为人孔盖排气孔的空气流出系数，C1为管道的空气流出系数，v2为空气流出速度；；
[0041]S33：根据排气连续方程建立人孔盖排气的运动方程，计算人孔盖受到的管道内部的空气压P1：
[0042]ρ(C0∑A1+C1∑A2)
·
v
22
＝(P1‑
P0)
·
(∑A1+∑A2)
[0043]其中，ρ为空气密度，P0为大气压。
[0044]本专利技术的有益效果为：本专利技术利用一维非恒定流作为求解下水道内水位和流量的基础，可以针对研究区域内整个下水道管网的水流和空气压进行计算，在分析评估过程中，将整个下水道管网分成若干管道段，每个管道段可进行单独分析，极大的增加了计算出的对应人孔及人孔盖所承受压力的精度，并对下水道内有压管道水流和自由水流条件进行分类分析，进一步对有压环境下的人孔盖受压值进行精确计算，确保人孔盖受压分析准确、合理，避免因为暴雨量增加，雨水管道及人孔盖因气压增加而导致的人孔盖飞散，威胁道路上行人和交通安全。
附图说明
[0045]图1为径流过程线的示意图。
[0046]图2为水位和流量计算模型的示意图。
[0047]图3为整个管网中某一具有自由水面的管道区间的人孔盖所承受空气压力的计算模型示意图。图4为研究区下水道管道的模式图。
[0048]图5为研究区下水道管道的人孔位置图。
[0049]图6为中央集中型降雨分布图。
[0050]图7为研究区部分流量计算点的流量过程线图。
[0051]图8为研究区部分人孔的水位过程线和空气压变化过程线图。
具体实施方式
[0052]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种市政下水管道人孔盖排气效果评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将雨水管网划分成若干不同的管道段，计算从地表流入管道段的径流量Q
s
(t)：S2：将流入管道段的径流量Q
s
(t)作为一维非恒定流的计算条件，计算整个管网的管道内水位H；S3：利用水位H计算整个管网的管道内部的空气体积，从而得到人孔盖受到的管道内部的空气压P1；S4：将空气压P1与人孔盖设计时能承受的临界空气压P进行比较：若P1＞P，则该管道段上的人孔盖具有向人孔上方飞散的风险，表明需要更换成具有更大排气口径的人孔盖，以确保道路上行人和交通的安全；若P1≤P，则该人孔盖没有向人孔上方飞散的风险。2.根据权利要求1所述的市政下水管道人孔盖排气效果评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：将雨水管网划分成若干个相同管径的管道段，将设计暴雨的历时时长T划分成N个相等的时段Δt，N＝T/Δt；S12：根据研究对象区域的暴雨强度公式，计算每个时段内的降雨强度I(n)，n∈[1，N]；S13：根据研究对象区域的代表性雨型，确定降雨强度I(n)在雨型分布中出现的时间，按照出现时间的先后对N个降雨强度I(n)进行排序，得到排序后的新的降雨强度序列i(m)，i(m)为由N个降雨强度组成的序列中的任意一个；S14：利用推理公式计算降雨强度i(m)产生的洪峰流量Q
p
(m)：其中，f为径流系数，A为任意一个管道段对应的流域面积；S15：将降雨强度i(m)产生的径流过程线简化为等腰三角形，以洪峰流量Q
p
(m)作为等腰三角形的高，等腰三角形的底边长为2Δt，等腰三角形的两个腰即为降雨强度i(m)产生的径流过程线；S16：根据S15，第m个降雨强度i(m)产生的径流过程的数学表达式为：S17：利用S16中的数学表达式计算每个降雨强度产生的径流量，并将所有径流量相加，得到流入管道段的地表径流Q
S
(t)：3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义成，余晓，王兴勇，吕映，张秀丽，王燕晓，赵月芬，李冰，范一为，甘醇，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：