Application of continuous simulation-based design method in urban drainage design
Abstract:In the light of the disadvantage of the existing design storm procedure in urban drainage design, a continuous simulation-based design method is proposed. http://www.51lunwen.org/ With the aid of the urban rainfall flood model, the present model can give long-termdischarge and pollution series by inputof several year′continuous rainfall, temperature and otherrelevant data. Based on a certain criterion, the continuous series is divided into several flood events, and a statistical analysis is made to find the relationships between discharge, flood volume, and frequency. Thus, the design flood events satisfying different rainfall flood management objectives can be obtained directly, and then the drainage design can be made. The present method can solve the problem induced by the hypothesis that a rainfall should have the same frequency as the flood it causes.
Key words:urban hydrology; continuous simulation; rainfall flood management; design criterion
摘要:针对现行设计暴雨方法在城市排水设计中存在的问题,提出了基于连续模拟的设计方法.通过输入数年的雨量、帮写论文气温和其它相关资料,借助于城市雨洪模型,可以输出连续数年的流量过程和污染过程,再根据某种标准,将连续过程分割成若干次洪水事件,并对此进行统计分析,进而得出流量—频率关系、洪量—频率关系等.这样,可以根据不同的雨洪管理目标,直接推求出满足特定需要的设计洪水事件,并在此基础上进行排水设计,从而克服雨洪同频假设所带来的问题.
关键词:城市水文;连续模拟;雨洪管理;设计标准
城市排水设计和雨洪管理有多重目标,如预防一定重现期的地面淹水和承受水体一定重现期的污染.在此意义上,频率或重现期需要与一非常特定的参数相联系.对于降雨,有次总雨量、平均雨强等参数;对于径流,有次洪总量和洪峰流量等参数,这些参数的频率分配事实上相互间是不一致的.传统的利用设计暴雨进行城市排水设计的方法,将直接来自设计暴雨的设计重现期,转换成排水系统的重现期,这一基本假设并没有充分证实.为克服以上问题,随着计算机技术的发展,连续模拟已成为一个有效的途径,它可以获得与水量水质有关事件的实际频率.
1 连续模拟的特点
用于城市地表水管理的模型可分为两种[1],即单次模型和连续模型.和所有的降雨—径流模型一样,这两种模型都有3个组成部分:输入、计算程序和输出.单次模型和连续模型主要区别在于二者所需输入气象资料的类型、数量以及处理的方式不同.单次模型一般输入一场或几场实际的或虚拟的暴雨过程,输出相应暴雨过程形成的流量过程线和污染过程线.如果将重现期与输入的暴雨过程相联系,则通常假设输出的流量过程线或污染过程线有同样的重现期.连续模拟则采用完全不同的方法.它的输入包括数年的雨量、气温和其它资料.
计算机将所有这些连续的气象资料进行处理,并输出连续的流量过程和污染过程.这些连续过程的分析方法与分析长期流量和水质记录的方法是一致的.对连续模型的输出可进行基本统计分析,通常包括流量—频率关系、洪量—频率关系、水质—历时关系,以及各参数季和年的累积统计值.这样,就可以根据城市雨洪管理的目标,直接利用连续模拟的频率计算成果进行设计洪水的分析.
2 连续模拟应用实例
SWMM(StormWaterManagementModel)是美国环保局委托佛罗里达大学研制的模拟城市雨洪和水质过程的数学模型,它可以模拟完整的城市降雨径流和污染物运动过程,包括地面径流和排水系统中的水流,雨洪的调蓄处理过程以及受纳水体模式.模型输出可以显示系统内和受纳水体中各点的水流和水质状况.特别地,SWMM不仅可以用于单次雨洪事件的模拟,毕业论文还具有连续模拟的功能,这对城市排水设计具有重要的意义.为检验SWMM模型在天津市区的适用性,建立了王顶堤小区和纪庄子试验区.首先通过王顶堤小区(汇水面积103hm2)雨洪资料率定模型中有关基本参数,然后由纪庄子试验区(面积2730hm2)的雨洪资料对模型作全面调试及对有关程序作必要的修改和补充,并选定其中参数.以上工作已于1993年完成,并通过海河水利委员会的验收,成果介绍见文献[2,3].在此基础上,又进一步将该模型推广应用于整个天津市区排涝分析计算[4].在以上应用中,SWMM是用作单次模拟的,但SWMM同时也具有连续模拟的功能,现利用纪庄子试验区1975~1979年逐时降雨资料,在该试验区进行雨洪连续模拟分析计算.
2.1 模型的输入
在原模型参数基础上,将降雨输入由单次的改为连续5 a的逐时雨量过程,同时在原数据文件中增加SWMM模型统计模块参数,以便于对连续事件进行统计分析.
2.2 一些特定参数的选取
a.最小间歇期MIT.MIT是组成两场洪水事件间歇期的最短枯流时段长.换言之,一个洪水过程要想被认为是一场独立事件,在其后的枯流期时段长必须等于或大于MIT.MIT的取值大小决定于用户对事件定义的准则,通常取6~22h,本次模拟时取为12h.b.基流BASE.在利用统计模块对输出的连续流量系列进行分析时,BASE用来确定一个洪水过程的起点和终点,只有大于或等于BASE的流量才被分析所用,其它的则作零处理.本次模拟时,根据试验区的产汇流特征,取BASE为10•11m3/s.
2.3 模型的输出
a.径流模块的输出.1975~1979年试验区出口断面逐时的流量过程线,1975~1979年间逐日、逐月和逐年的降雨总量及径流总量,1975~1979年的降雨总量及径流总量,以及最大50个时段降雨和径流量.b.统计模块的输出.根据MIT和BASE值,从连续5a流量过程中分隔出24次独立的洪水事件,根据各次洪水的总量,将24个事件从大到小排列,并计算出次洪总量的重现期及各阶矩.
2.4 利用连续模拟进行城市排水设计
在我国城市地区进行排水设计时,通常是以能抵御某一重现期的设计洪水为依据的.过去一般是先分析得出该重现期的设计暴雨,假定雨洪同频率,再推求设计洪水的.现在,利用连续模拟已得到了设计区域连续数年逐时的流量过程,因而就有可能直接对从连续流量过程中分隔出来的洪水事件作频率分析,而不必假定雨洪同频率.在城市排水设计中,通常采用超定量法选样,这是符合城市地区防洪及水环
