一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法技术

一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，用以获得干植草沟断面的最佳设计尺寸，包括：基于入渗模型，在给定水力停留时间的情况下，计算水渗入土壤的高度，所述高度即为干植草沟的最大深度；基于干植草沟的过滤层断面面积等于在水力停留时间内渗入过滤层水的面积，计算干植草沟过滤层的最大深度；计算进入干植草沟的降雨径流量；考虑干植草沟渗水性能，在曼宁公式中加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量；干植草沟断面设计要素校核；基于干植草沟的径流总量的控制要求，确定干植草沟的长度。本发明专利技术为干植草沟断面几何参数寻求最优解，提高干植草沟对暴雨径流的处理能力。

A Method for Calculating Section Size of Grass-planting Ditch to Enhance Seepage Function of Grass-planting Ditch

A method for calculating the cross-section size of hay-planting ditches to enhance the seepage function of hay-planting ditches is presented to obtain the optimum design size of hay-planting ditches. It includes: calculating the height of water infiltration into soil under given hydraulic retention time based on the infiltration model, which is the maximum depth of hay-planting ditches; and calculating the cross-section area of filter layer based on hay-planting ditches equal to the hydraulic retention time. The area of water infiltrating into the filter layer between two layers is calculated, and the maximum depth of the filter layer is calculated; the rainfall runoff entering the hay-planting ditch is calculated; the seepage performance of the hay-planting ditch is considered, and the flow rate of rain infiltrating into the soil in the hay-planting ditch is added into the Manning formula; the cross-section design elements of the hay-planting ditch are checked; and the length of the hay-planting ditch is determined based on the total runoff control requirements of the hay-planting DIT \u3002 The invention seeks the optimal solution for the geometric parameters of the cross section of the hay planting ditch, and improves the ability of the hay planting ditch to deal with the rainstorm runoff.

【技术实现步骤摘要】
一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法
本专利技术涉及一种植草沟断面尺寸计算方法。特别是涉及一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法。
技术介绍
随着城市化进程的加快，暴雨径流造成的城市面源污染已引起国际社会的高度重视，成为了城市环境研究的热点。目前国内外针对城市面源污染问题提出了各种工程和非工程的技术措施。植草沟便是其中的一种技术措施，在许多发达国家，它被广泛地用于城市径流面源污染控制系统。根据地表径流在植草地沟中的传输方式，植草沟分为3种类型：标准传输植草沟、干植草沟和湿植草沟。其中干植草沟的功能最强应用最为广泛，相较于标准传输植草沟，它在设计中包括了由人工改造土壤所组成的过滤层，以及过滤层底部铺设的地下排水系统，设计强化了雨水的传输、过滤、渗水和蓄水能力，从而保证雨水在水力停留时间内从沟渠排干。干植草沟在功能方面比标准传输植草沟增加了渗水的能力，所以在断面尺寸设计上也应有所不同。但在传统的植草沟断面尺寸计算模型中，仅仅考虑了植草沟传输、过滤、以及蓄水功能的设计要求。没有考虑渗水功能对干植草沟断面尺寸方面的要求，使干植草沟在渗水功能方面的表现达不到最优。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够提高干植草沟对暴雨径流处理能力的增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，用以获得干植草沟断面的最佳设计尺寸，包括如下步骤：1)基于入渗模型，在给定水力停留时间的情况下，计算水渗入土壤的高度，所述高度即为干植草沟的最大深度；2)基于干植草沟的过滤层断面面积等于在水力停留时间内渗入过滤层水的面积，计算干植草沟过滤层的最大深度；3)计算进入干植草沟的降雨径流量；4)考虑干植草沟渗水性能，在曼宁公式中加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量；5)干植草沟断面设计要素校核；6)基于干植草沟的径流总量的控制要求，确定干植草沟的长度。步骤1)所述的入渗模型为：其中，i0为入渗率，单位m/s；s为土壤吸湿率，单位m/s0.5；t为水力停留时间，单位s，小于24×3600s。步骤1)所述的计算干植草沟的最大深度，是根据在水力停留时间t内，干植草沟内积水能够完全渗入干植草沟过滤层，确定草沟最大深度d1，其中：tg为最大水力停留时间，单位s；i0为入渗率，单位m/s；t为水力停留时间，单位s，小于24×3600s。步骤2)由公式：导出干植草沟过滤层的最大深度d2：其中：s为土壤吸湿率，单位m/s0.5，tg为最大水力停留时间，单位s；θS为土壤饱和含水率；k1为干植草沟土壤层断面面积系数；B为干植草沟过滤层顶面宽度，单位m；I0为累计入渗量；S面积为干植草沟的过滤层断面面积。步骤3)所述计算进入干植草沟的降雨径流量公式如下：Q1＝ψqF×10-3，记为公式(1)，其中，Q1为进入干植草沟的降雨径流量，单位m3/s，ψ为综合径流系数，ψ数值小于1；F为汇水面积；q为设计暴雨强度。步骤4)加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量的曼宁公式为：其中，Q2为植草沟计算径流量，单位m3/s，V为雨水在植草沟断面的平均流速，单位m/s；A为干植草沟横断面面积，当植草沟横断面面积为抛物线断面时：当植草沟横断面面积为梯形断面时：A＝B*d1+z*d12；R为植草沟横断面的水力半径，当植草沟横断面面积为抛物线断面时：当植草沟横断面面积为梯形断面时：i为植草沟纵向坡度；n为曼宁系数；z为梯形断面边坡坡度；ks为饱和土壤导水率,m/s；B为干植草沟过滤层顶面宽度；d1为草沟最大深度。步骤5)包括：分别以1年一遇的暴雨强度和30年一遇的暴雨强度计算进入干植草沟的降雨径流量Q1，以及计算植草沟计算径流量Q2；当以1年一遇的暴雨强度计算得出的Q2<Q1时，以30年一遇的暴雨强度计算得出的Q2>Q1时，调整B的值重新计算植草沟计算径流量Q2；直至以1年一遇的暴雨强度计算得出的Q2>Q1，以30年一遇的暴雨强度计算得出的Q2<Q1，这时，植草沟有足够处理暴雨的能力，且植草沟中径流流量和深度不会引起侵蚀，此时计算完毕，得出干植草沟过滤层顶面宽度B的值。步骤6)采用如下公式：VR＝Aave×L＝θS×A×L,其中，VR为干植草沟雨水滞留入渗控制量，单位m3；Aave为最大平均存水断面面积，单位m2，Aave＝θS×A；L为干植草沟长度，单位m；θS为土壤饱和含水率；A为干植草沟横断面面积，单位m2。本专利技术的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，通过分析干植草沟渗水性能、流量、体积等相关参数对干植草沟断面几何参数产生的影响，找出两者之间的存在的函数关系，为干植草沟断面几何参数寻求最优解，提高干植草沟对暴雨径流的处理能力。具有如下效果：(1)在水力停留时间内，干植草沟内积水能够完全渗入干植草沟过滤层。(2)在水力停留时间内，干植草沟过滤层能够完全吸收干植草沟内积水。(3)在考虑干植草沟渗水性能的前提下，改造曼宁公式，更加客观的描述干植草沟内水力变化情况。(4)对确定干植草沟长度提供参考取值。附图说明图1是本专利技术一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法的流程图。图2是本专利技术一种增强干植草沟渗水功能的植草沟结构图。B为干植草沟过滤层顶面宽度，d1为干草沟最大深度，d1为干植草沟过滤层的最大深度。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法做出详细说明。如图1所示，本专利技术的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，是用以获得干植草沟断面的最佳设计尺寸，包括如下步骤：1)基于入渗模型，在给定水力停留时间的情况下，计算水渗入土壤的高度，所述高度即为干植草沟的最大深度；其中，所述的入渗模型为：其中，i0为入渗率,单位m/s；s为土壤吸湿率，单位m/s0.5；t为水力停留时间，单位s，小于24×3600s。所述的计算干植草沟的最大深度，是根据在水力停留时间t内，干植草沟内积水能够完全渗入干植草沟过滤层，确定干草沟最大深度d1，其中：tg为最大水力停留时间，单位s；i0为入渗率，单位m/s；t为水力停留时间，单位s，小于24×3600s。2)基于干植草沟的过滤层断面面积等于在水力停留时间内渗入过滤层水的面积这一关系，计算干植草沟过滤层的最大深度；由公式：导出干植草沟过滤层的最大深度d2：其中：s为土壤吸湿率，单位m/s0.5，tg为最大水力停留时间，单位s；θS为土壤饱和含水率；k1为干植草沟土壤层断面面积系数；B为干植草沟过滤层顶面宽度，单位m；I0为累计入渗量；S面积为干植草沟的过滤层断面面积。3)计算进入干植草沟的降雨径流量；所述计算进入干植草沟的降雨径流量公式如下：Q1＝ψqF×10-3，记为公式(1)，其中，Q1为进入干植草沟的降雨径流量，单位m3/s，ψ为综合径流系数，ψ数值小于1；F为汇水面积；q为设计暴雨强度。4)考虑干植草沟渗水性能，在曼宁公式中加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量；加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量的曼宁公式为：记为公式(2)；其中，Q2为植草沟计算径流量，单位m3/s，V为雨水在植草沟断面的平均流速，单位m/s；A为干植草沟横断面面积，当植草沟横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，其特征在于，用以获得干植草沟断面的最佳设计尺寸，包括如下步骤：1)基于入渗模型，在给定水力停留时间的情况下，计算水渗入土壤的高度，所述高度即为干植草沟的最大深度；2)基于干植草沟的过滤层断面面积等于在水力停留时间内渗入过滤层水的面积，计算干植草沟过滤层的最大深度；3)计算进入干植草沟的降雨径流量；4)考虑干植草沟渗水性能，在曼宁公式中加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量；5)干植草沟断面设计要素校核；6)基于干植草沟的径流总量的控制要求，确定干植草沟的长度。

【技术特征摘要】
1.一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，其特征在于，用以获得干植草沟断面的最佳设计尺寸，包括如下步骤：1)基于入渗模型，在给定水力停留时间的情况下，计算水渗入土壤的高度，所述高度即为干植草沟的最大深度；2)基于干植草沟的过滤层断面面积等于在水力停留时间内渗入过滤层水的面积，计算干植草沟过滤层的最大深度；3)计算进入干植草沟的降雨径流量；4)考虑干植草沟渗水性能，在曼宁公式中加入雨水在干植草沟中渗入土壤的流量；5)干植草沟断面设计要素校核；6)基于干植草沟的径流总量的控制要求，确定干植草沟的长度。2.根据权利要求1所述的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，其特征在于，步骤1)所述的入渗模型为：其中，i0为入渗率，单位m/s；s为土壤吸湿率，单位m/s0.5；t为水力停留时间，单位s，小于24×3600s。3.根据权利要求1所述的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，其特征在于，步骤1)所述的计算干植草沟的最大深度，是根据在水力停留时间t内，干植草沟内积水能够完全渗入干植草沟过滤层，确定草沟最大深度d1，其中：tg为最大水力停留时间，单位s；i0为入渗率，单位m/s；t为水力停留时间，单位s，小于24×3600s。4.根据权利要求1所述的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，其特征在于，步骤2)由公式：导出干植草沟过滤层的最大深度d2：其中：s为土壤吸湿率，单位m/s0.5，tg为最大水力停留时间，单位s；θS为土壤饱和含水率；k1为干植草沟土壤层断面面积系数；B为干植草沟过滤层顶面宽度，单位m；I0为累计入渗量；S面积为干植草沟的过滤层断面面积。5.根据权利要求1所述的一种增强干植草沟渗水功能的植草沟断面尺寸计算方法，其特征在于，步骤3)所述计算进入干植草沟的降雨径流量公式如下：Q1＝ψqF×10-3，记为公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯水平，崔力中，白子建，杜鹏，房艳强，马红伟，孙峣，刘岩，
申请(专利权)人：天津市市政工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12