城市管道排水與河道排澇設(shè)計標準的關(guān)系

1、城市管道排水與河道排澇設(shè)計標準的關(guān)系 在我國城市排水規(guī)劃和設(shè)計中 ,由于管道排水與河道排澇調(diào)蓄能力的不同 ,暴雨資料的選樣方法和設(shè)計暴雨的歷時均存在一定差異 ,致使城市管道排水與河道排澇設(shè)計標準之間常常難以銜接。為此 ,以南京市的雨量資料為研究對象 ,采用新穎的研究思路 ,得出了不同選樣方法與設(shè)計暴雨重現(xiàn)期之間的定量關(guān)系。該方法解決了管道排水與河道排澇設(shè)計重現(xiàn)期之間不銜接的問題 ,為城市排水規(guī)劃中設(shè)計標準的確定提供了參考依據(jù)。 長期以來 ,我國管道排水設(shè)計流量計算中暴雨公式的選樣方法多采用超定量法 ,城市及區(qū)域河道排澇暴雨公式的選樣方法則為年最大值法。此外 ,兩者設(shè)計暴雨的歷時也有顯著差別。其

2、計算結(jié)果造成在相同的暴雨重現(xiàn)期條件下 ,兩種選樣方法的設(shè)計暴雨數(shù)值可能存在很大差異;或者對于相同的暴雨設(shè)計值,兩種選樣方法所對應(yīng)的重現(xiàn)期不同 1 目前,按我國的規(guī)范尚不可能使兩種選樣方法統(tǒng)一,也沒有兩種方法所得設(shè)計值與重現(xiàn)期之間的定量關(guān)系。1 暴雨頻率的計算對某市的雨量資料 ,分別采用兩種選樣方法建立暴雨樣本系列 ,采用 P型頻率曲線配線 ,得到頻率曲線及其統(tǒng)計參數(shù) (見圖 1、2) ,并計算出相應(yīng)重現(xiàn)期下的雨量設(shè)計值 (見表 1)。其中年最大值法采用的是年頻率 P2 =m / n + 1 ( n為資料的年數(shù) ) ,可以直接從頻率曲線上讀取;超定量法采用的是次頻率 P1 =m /N + 1 (

3、N 為樣本的總數(shù) ) ,在計算設(shè)計值時 ,要把年頻率轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的次頻率 P1 = P2 ×( n+ 1) / (N + 1) ,然后從次雨量頻率曲線上讀取相應(yīng)的設(shè)計值重現(xiàn)期/a選樣方法時段雨量設(shè)計值/mm1h3h6h12h24h50年最大值法73.4118.6161.9206.8251.0超定量法74.4120.9164.0208.4255.520年最大值法63.0102.9164.0208.4255.5超定量法64.4104.7140.2177.0214.210年最大值法54.988.8117.7147.2172.5超定量法56.891.2120.5151.1180.25年最大值法

4、46.374.997.4120.2137.7超定量法49.178.3101.9126.5148.43年最大值法39 .5 64 .081 .899 .7111.9超定量法44.069.689.6110.3127.62年最大值法33 .4 54.168.081.789.6超定量法39.5 62.379.296.8110.41年最大值法16.3 26.333.140.044.8超定量法31.3 48.860.672.580.1表 1 時段雨量設(shè)計值由表1可見 ,當暴雨重現(xiàn)期> 20 a時 ,兩種方法得出的設(shè)計值相近 ;當重現(xiàn)期< 20 a時 ,年最大值法頻率曲線的設(shè)計值明顯偏小。2 與

5、重現(xiàn)期的對應(yīng)關(guān)系由超定量法的各種重現(xiàn)期 ( 0. 33、0. 5、1、2、3、5、10、20 a)及各時段 (1、3、6、12、24 h)的設(shè)計值 ,查年最大值法頻率曲線上相應(yīng)的重現(xiàn)期 ,從而得出兩種選樣方法在同一時段相同暴雨設(shè)計值下 ,重現(xiàn)期之間的對應(yīng)關(guān)系 ,結(jié)果見表2。由表2可知 ,在設(shè)計值相同的情況下 ,年最大值法頻率曲線的重現(xiàn)期大于超定量法的重現(xiàn)期 ,但其倍比隨重現(xiàn)期的增大而迅速減小 。表2 同一設(shè)計值年最大值法與超定量法重現(xiàn)期對應(yīng)關(guān)系超定量法重現(xiàn)期 年最大值法相應(yīng)重現(xiàn)期1h3h6h1224 0.331.041.041.021.011.010.51.2 1.141.151.141.14

6、11.75 1.641.641.641.6923.0 2.792.772.82.9234.19 3.93.863.94.0955.98 5.75.625.665.911011.33 1110.7910.8111.282022.74 22.5921.9821.7522.813.管道和河道排水設(shè)計標準的銜接 從表2結(jié)果可以看出 ,超定量法 重期為 1年的暴雨設(shè)計值與同歷時 年最大值法重現(xiàn)期為1 .7年的設(shè)計值相近 ,但該結(jié)果不能作為設(shè)計條件下管道和河道設(shè)計重現(xiàn)期匹配的依據(jù) ,主要原因是河道的調(diào)蓄能力遠大于 管道 ,其設(shè)計匯流時間和設(shè)計暴雨歷時大于管道。為此 ,在不同選樣方 法及不同設(shè)計歷時條件下

7、,對管道和河道設(shè)計標準的銜接方法進行了以下研究。設(shè)管道設(shè)計時段為 1 h,按設(shè)計標準得出 1 h的設(shè)計雨量為 X1p ,則按管道排水設(shè)計要求 ,只要 124 h內(nèi)最大 1 h雨量不超過設(shè)計雨量 ,管道雨水就可以全部排入河道 ,統(tǒng)計滿足上述條件的降雨場次分析此 124 h內(nèi)各時段最大雨量 (如 X1、X3、X6、X24等 )的重現(xiàn)期 ,具體步驟如下:按排水規(guī)劃常用設(shè)計時段取管道設(shè)計時段為 1 h,計算指定重現(xiàn)期 (1、2、3年 )的 1 h設(shè)計雨量X1p ;按超定量法劃分全部 n年實測資料的各次降雨過程 ,同時統(tǒng)計各次降雨相應(yīng)的 3、6、12、24的雨量 X3、X6、X12、X24 ;選出全部

8、n年實測資料中最大 1 h雨量小于 X1P的 nx次降雨過程 ,在 nx次降雨過程中統(tǒng)計3、6、12、24 h的最大雨量 X3m、X6m、X12m、X24m ,查相應(yīng)降雨歷時的年最大值雨量頻率曲線 (圖 1) ,得出相應(yīng)于年最大值法的年頻率結(jié)果見表 3。暴雨重現(xiàn)期隨降雨歷時增加其對應(yīng)的年最大值重現(xiàn)期有增大的趨勢 ,但增大的幅度隨降雨歷時的增加而減少。由表3可知 ,當管道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為1年時 ,河道相應(yīng) 的排澇設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 718年;當管道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 2年時 ,河道相應(yīng)的排澇設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 1629年;當管道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 3年時 ,河道相應(yīng)的排澇設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 1731年。管

9、道排水超定量法1 h設(shè)計雨量的重現(xiàn)期河道排澇年最大值法重現(xiàn)期3h6h12h24h17.2 12.315.918.1215.9 22.027.629.0317.2 25.327.631.1表3超定量法與年最大值法重現(xiàn)期對應(yīng)表4結(jié)論對城市的雨量資料采用年最大值法與超定量法進行選樣 ,得到的暴雨設(shè)計頻率曲線結(jié)果表明:當暴雨重現(xiàn)期 > 20年時 ,兩種方法得出的頻率曲線設(shè)計值和重現(xiàn)期相近;當重現(xiàn)期 < 20年時 ,年最大值法頻率曲線的設(shè)計值明顯偏小;在設(shè)計值相同的情況下 ,年最大值法頻率曲線的重現(xiàn)期大于超定量法的重現(xiàn)期 ,但其倍比隨重現(xiàn)期增大而迅速減小。對城市的雨量資料分析表明 ,當管道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 1年時 ,河道相應(yīng)的排澇設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 718年;當管道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 2年時 ,河道相應(yīng)的排澇設(shè)計暴雨重