降雨过程中雨水渗透设施的雨水流入量计算

第26卷 第18期中国给水排水V o. l 26N o . 18

2010年9月C H I NA WAT ER &W ASTE W ATER Sep . 2010

降雨过程中雨水渗透设施的雨水流入量计算

赵世明

(中国建筑设计研究院, 北京100044)

摘 要: 国家标准 建筑与小区雨水利用工程技术规范 (GB 50400! 2006) 采用的雨水渗透设施雨水流入量计算公式, 在推导过程中使用了瞬时降雨强度的概念。而我国给排水领域在雨水管网计算中的设计降雨强度采用的是平均降雨强度, 为此推求了用设计降雨强度概念表达的雨水流入量公式, 为规范的修订积累技术依据。

关键词: 雨水径流量; 降雨强度; 入渗设施

中图分类号:TU991 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2010) 18-0036-03

Calculation of Rai nwater Inflo w Rate i nto Rai nwater Infiltrati on

Facilities duri ng Rai nfall

Z HAO Sh i m ing

(ChinaArchitecture D esign and Research Group, B eiji n g 100044, Ch i n a )

A bstract : The concept of i n stan taneous rai n fall i n tensity i s used i n derivation of the calculati o n for m u la of ra i n w ater inflo w rate i n to ra i n w ater i n filtration faciliti e s applied i n the nati o na l standard Eng i neering Technical C o d e for Rain Utilization in B uild i n g and Sub d istrict (GB 50400-2006). But the av erage ra i n fall intensity is used as the design ra i n fall i n tensity i n ca lculation of rainw ater net w or k in Ch i nese drainage field . Therefore , the rainw ater inflo w ra te for mu la expressed by t h e desi g n rainfa ll i n tensity concept i s derived to accum ulate technical data for a m endm en t o f the code . K ey words : rainw ater runo f; f ra i n fa ll intensity ; i n filtrati o n facility 在城市雨水控制与利用领域, 需要对雨水渗透设施的雨水蓄存容积进行求解, 求解时要计算各个

降雨历时的雨水流入量, 在该计算公式的推导过程中, 采用的降雨强度概念和我国给排水领域采用的设计降雨强度概念存在差异。笔者利用平均降雨强度概念推求了新的雨水入流量公式。1 目前渗透设施雨水流入量的计算方法1 1 计算公式

国家标准 建筑与小区雨水利用工程技术规范 (GB 50400! 2006) 中规定, 雨水入渗设施应设储水容积, 其有效容积根据入渗设施的产流蓄积雨水量(最大值) 计算

[1]

W c =1. 25[60

(F +F 0) ]t c

1000y m

3

(2)

式中 W p ! ! ! 产流历时内的蓄积水量, m , 产流历

时经计算确定, 并宜小于120m i n

W c ! ! ! 渗透设施进入的雨水(总) 量, m

m

3

3

W s ! ! ! 渗透(总) 量, 为时间的线性增函数, q ! ! ! 渗透设施产流历时对应的暴雨强度, L /

(s ∀h m )

F y ! ! ! 渗透设施受纳的集水面积, hm m ! ! ! 流量径流系数

F 0! ! ! 渗透设施的直接受水面积, 埋地渗透

(1) 设施为零

2

2

:

W p =m ax(W c -W s )

www. w aterg asheat . co m 赵世明:降雨过程中雨水渗透设施的雨水流入量计算第26卷 第18期

t c ! ! ! 渗透设施产流历时, m in

1 2 公式的推求

式(2) 的推求如下, 降雨总径流量即渗透设施的进水量为径流流量对降雨历时的积分

W =或: W =∃60

q i

(F y m +F 0) t i

1000

(4)

[2]

2 2 我国设计降雨强度与降雨历时的关系

降雨强度有平均降雨强度(i ) 和瞬时降雨强度(i s ) 两种

[3]

, 分别见下式:

(7) (8)

。

(3)

i =H /T i s =d h /dt 式中 H ! ! ! 降雨量

T ! ! ! 降雨历时

d h ! ! ! 瞬时降雨量 d t ! ! ! 瞬时降雨历时

#

t

60

(F +F 0) d t 1000y m

根据径流量和降雨历时绘制曲线(见图1), 降雨总径流量就是图1中径流流量曲线和降雨历时横坐标所围成的面积。对应于历时t 1、t 2、t 3计算的总径流量分别用图1中的W 1、W 2、W 3简化表示, 它们与曲线和坐标轴所围面积比通过积分所计算的径流量偏小。瑞典的S j o berg 和M artenson 经大量计算和统计, 提出一个1. 25的修正系数算的误差, 即如式(2) 所示。

[2]

瞬时降雨强度是累积雨量曲线的斜率, 平均降雨强度是累积雨量的时间平均值。

给排水领域在径流流量计算中采用的设计暴雨强度公式, 根据 室外排水设计规范 (GB 50014! 2006) 所要求的方法进行编制。降雨历时共取9个(见表1) 。样本资料要求从10年以上的雨量自动记录资料中选取, 每年取多场最大降雨。笔者取用一场降雨的雨量资料对暴雨强度曲线进行编制, 用以说明工程设计中所使用的暴雨强度的涵义, 此例引自 水文学 :某站记录到一场历时102m in 、共降雨23. 1mm 的暴雨。由自计雨量累积曲线, 根据规定的历时, 先求出各历时的最大降雨强度, 表1为分析结果。暴雨强度! 历时曲线见图2。

表1 降雨强度与降雨历时的关系

T ab . 1 R elation o f rai n fall intensity to ra i nfa ll durati on

[3]

, 以减少简化计

图1 径流流量与降雨历时的关系

F i g. 1 R e lati onship o f runo ff fl ow to ra i nfa ll durati on

2 利用降雨强度概念推导雨水流入量式(2) 的推求借鉴了国外的研究成果, 当采用我国的降雨强度概念进行推导时, 其结果和式(2) 是不一致的。

2 1 渗透设施雨水流入量与平均降雨强度的关系

式(3) 中, F y 、 m 、F 0都是常数, 整理得:

t

60

W =(F y m +F 0) 0q d t

1000

历时T

/min

[***********]雨量H /mm

7. 09. 812. 113. 716. 019. 120. 422. 423. 1

降雨强度i /(mm ∀m i n -1)

1. 40. 980. 810. 680. 530. 420. 340. 250. 19

#

(5)

用q e 表示降雨强度q 在降雨历时t c 上的平均值, 根据数学原理, 则有:

W c =60

q e

(F y m +F 0) t c

1000

(6)

降雨历时t c 上的平均降雨强度q e 和我国给排水工程设计中使用的设计暴雨强度q c (即降雨历时t c 对应的暴雨强度) 是一种什么关系呢?

图2 暴雨强度! 降雨历时曲线

F i g . 2 Curv e o f ra i nfa ll i ntensity and rainfall dura tion

第26卷 第18期

中国给水排水

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表1中, 雨量是最大降雨历时内的总雨量H , 降雨强度是历时T 上的平均降雨强度。

图2是相应历时内的最大平均暴雨强度! 历时曲线, 其规律是平均暴雨强度i 随历时的增加而递减, 这是制定短历时暴雨公式的基础

[3]

当图1曲线公式中的q 用瞬时降雨强度表达时, 则降雨径流总量就是径流流量曲线和降雨历时横坐标所围成的面积, 也就是矩形面积乘以大于1的修正系数, 如式(2) 所示。可见, 式(2) 中的暴雨强度q 应该取瞬时降雨强度, 而不是我国给排水工程中的设计降雨强度。利用式(2) 计算时, 应该采用瞬时降雨强度。

式(10) 和式(2) 的最大区别是暴雨强度的含义不同, 前者为平均降雨强度, 后者是瞬时降雨强度。在我国给排水领域雨水管网计算中, 设计暴雨强度公式采用的是平均降雨强度, 所以渗透设施雨水入流量计算应采用式(10) 。4 结论

% 降雨强度有平均降雨强度和瞬时降雨强度两种, 我国给排水工程的雨水管网计算中, 设计降雨强度采用的是平均降雨强度而不是瞬时降雨强度。

& 我国目前采用的雨水渗透设施的雨水入流量计算公式[式(2) ],在推导过程中使用了瞬时降雨强度的概念, 计算时暴雨强度应采用瞬时降雨强度。当把给排水工程中的设计降雨强度代入公式时, 会产生误差。

∋ 采用平均降雨强度概念推求出的渗透设施雨水入流量计算公式[式(10) ],式中的暴雨强度和我国普遍采用的设计降雨强度概念一致。

( 渗透设施雨水入流量计算应采用式(10) 。参考文献:

[1] G B 50400! 2006, 建筑与小区雨水利用工程技术规范

[S].

[2] 汪慧贞, 车伍, 李俊奇. 城区雨水渗透设施计算方法及

关键系数[J].给水排水, 2001, 27(11):18-23. [3] 黄延林, 马学尼. 水文学[M].北京:中国建筑工业出

版社, 2006.

电话:(010) 68302571E -m ail :zhaos m@cadg . cn 收稿日期:2010-05-30

。

可见, 我国给排水领域在径流流量计算中设计

降雨强度采用的是平均降雨强度, 相应的设计降雨强度! 历时曲线是平均降雨强度! 历时曲线, 各个降雨历时所对应的设计降雨强度是该历时上的平均降雨强度。

2 3 渗透设施雨水流入量公式

通过上述分析可以得到, 式(6) 中的平均降雨强度q e 就是降雨历时t c 对应的设计降雨强度q c , 即:

q e =q c

水量计算公式:

W c =60

q c

(F +F 0) t c

1000y m

(10) (9)

把式(9) 代入式(6), 便得到渗透设施进入的雨

式(10) 是利用我国设计降雨强度概念推导而来, 推求过程未做任何近似简化处理。式(10) 与式(2) 相比, 没有系数1. 25。3 对式(10) 和式(2) 的分析

根据式(7), 平均暴雨强度和降雨历时的乘积即为降雨量(厚度) 。图2中, 曲线上的每一点都是平均暴雨强度, 由此, 从曲线上的任一点向两坐标轴分别引垂线, 垂线和坐标轴围成的矩形面积(注意不是雨强曲线下的积分面积) 即是降雨量H c 。

同理, 假设图1中的流量曲线公式中的q 为平均暴雨强度, 即用我国的设计暴雨强度公式表达时, 则矩形面积W 1、W 2、W 3就分别是历时t 1、t 2、t 3的降雨径流总量, 而不是流量曲线下的积分面积, 无需再乘以大于1的修正系数。

假设图2中的曲线表达的是瞬时降雨强度, 则某历时的降雨量就应该是雨强曲线和坐标轴围成的(积分) 面积, 而不是图中的矩形面积, 即应该是矩形面积乘以大于1(譬如1. 25) 的修正系数。同理,