一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法技术

本发明专利技术公开了一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，包括以下步骤：建立降水‑径流模型，将雨源型河道的汇水区域划分为多个子汇水区；建立雨水管道模型；根据各子汇水区与雨水管道的汇流关系，将各子汇水区与雨水管道的排水节点进行连接；构建降雨数据，将降雨数据输入至降水‑径流模型中；运行降水‑径流模型计算出各管道节点、管线、子汇水区和汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系；根据河网数据构建河道一维动力模型；将汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系流量数据耦合到河道一维动力模型中，计算得到雨源型河道水面线、流量及流速。能够快速精确地计算无实测水文资料下雨源型河道的水面线，可操作性强。

【技术实现步骤摘要】
一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法
本专利技术涉及给排水
，具体涉及一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法。
技术介绍
雨源型河流体量较小，流域内的径流主要来源于降雨，由于缺乏天然水源补给，形成了有雨即有流量，无雨则基本断流的现象。同时由于缺少天然径流，环境容量不足，存在自净能力差，一旦有污水排入河道极易形成黑臭的问题，治理过程复杂困难。与自然河流利用降雨以地表水和地下水的形式储存并缓慢释放，以维持河流稳定流量不同，雨源型河流由于城市化进程，自然地表形态变化，水源涵养能力下降，而在之前的排水系统设计中河流以排水防涝功能为主，河道截弯取直，断面统一梯形，硬化严重形成“三面光”的景观，破坏了河流的生态修复功能，削弱了污染自净能力。而我国多处于季风区，四季降水量变化大，70％降雨集中在夏季，形成了暴雨期洪涝频繁，干旱季节河道干涸的现象。随着城镇经济和人口的迅速增长，入河污染负荷增加，河流水质水量难以保障，城市雨源型河流的黑臭问题较为普遍。水面线的计算是计算水力学的重要内容，是河道整治的基础工作,其推算结果直接影响到河道断面的规划设计,进而影响到河道整治的工程量和工程造价。水面线的计算结果偏低会导致堤防建设防水效果较差，洪水来临时无法起到堤防应有的作用；计算结果较高会导致堤防建设偏高，增加建设成本。总之，正确的求解河道水面线在河流治理和岸边防护等方面有着不可忽视的意义。雨源型河道的水位和流量是动态变化的，准确科学的求解雨源型河道的水面线是一个难题。目前，常用的方法是采用《室外排水设计规范》(2016年版)GB50014-2006中推理公式法计算：式中：Q——雨水管段设计流量(L/s)；——综合径流系数，非城市建设区采用0.15～0.20，城市建设区采用0.65。F——雨水管段汇水面积(hm2)，与子排水区面积匹配；q——暴雨强度[L/(s·hm2)]，暴雨强度公式如下：式中：q——设计暴雨强度[L/(s·hm2)]；t——降雨历时(min)；P——设计重现期(a)；A1,C,b,n——参数，根据统计方法进行计算确定。雨水管渠的降雨历时计算：t＝t1+t2式中：t——降雨历时(min)；t1——地面集水时间(min)，视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，一般采用5～15min；t2——管渠内雨水流行时间(min)。该方法可以估算出河道汇水区域雨水管渠的设计流量，无法准确计算雨水从管网汇入排涝河道后河道的设计流量，这主要是因为不同排水口汇入河道的水量峰值存在时间差且未考虑河道的调蓄能力，计算的结果精度很低，可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，能够快速精确地计算无实测水文资料下雨源型河道的水面线，可操作性强。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，包括以下步骤：步骤1，根据收集的水文资料建立降水-径流模型，并在降水-径流模型中将雨源型河道的汇水区域划分为多个子汇水区及下垫面相关参数取值；步骤2，根据现状雨水口、雨水检查井、雨水管道和排口雨水节点信息对雨水管网进行概化处理，并结合雨水管道的相关特征参数，建立雨水管道模型及雨水管道的汇流关系；步骤3，在降水-径流模型和雨水管道模型中，根据各子汇水区与雨水管道的汇流关系，将各子汇水区与雨水管道的排水节点进行连接；确保子汇水区与管线节点的汇流关系正确；步骤4，收集研究区域当地的典型雨量数据和蒸发量数据并建立雨量计，构建降雨数据，将降雨数据输入至降水-径流模型中；步骤5，运行降水-径流模型计算出各管道节点、管线、子汇水区和汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系；步骤6，根据河网数据构建河道一维动力模型；步骤7，将汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系流量数据耦合到河道一维动力模型中，计算得到雨源型河道水面线、流量及流速。按照上述技术方案，所述的步骤1中水文资料包括河道周边汇水区的雨水管网资料、下垫面资料和地形资料。按照上述技术方案，汇水区的管网资料包括管段长度、管径、坡度、管道起点和终点管底标高；汇水区水文参数包括下垫面类型、不透水地面面积、典型降雨情况和地面高程；河道的地形资料包括能反映河道内地形变化的地形点和河道横断面数据。按照上述技术方案，所述的步骤1中，将雨源型河道的汇水区域划分为多个子汇水区的具体过程为在降雨-径流模型中，根据汇水区的地形情况、地面径流关系、汇水特点进行子汇水区的划分。按照上述技术方案，所述的步骤1中还包括以下步骤：在降水-径流模型中进行下垫面相关参数取值，下垫面相关参数取值的具体过程为：根据各子汇水区下垫面情况进行地表产流、汇流、下渗等相关参数的取值，依次计算各个子汇水区的面积，坡度，不透水百分比确定性参数；不确定性参数包括透水区曼宁系数、不透水区曼宁系数、不透水区洼地蓄水深度、透水区洼地蓄水深度、不透水区所占百分比、最大下渗率、最小下渗率、渗透衰减系数、干燥时间，需要根据实测数据结果反复调整不确定性参数，直至计算结果与实测结果在误差允许范围内。按照上述技术方案，在所述的步骤2中，雨水管道的相关特征参数包括各管段长度、管径、上下游节点标高。按照上述技术方案，所述的步骤6中，构建河道一维动力模型具体包括以下步骤：步骤6.1，建立河网基础资料数据库；步骤6.2，设置河道断面数据，形成断面文件；步骤6.3，根据降水-径流模型计算得出的雨水排口流量数据，作为河道一维水动力模型的边界条件，设置河道的进出口边界；步骤6.4，设置河道一维水动力模型的参数，河道一维水动力模型的参数包括初始水位、流量和河床糙率。按照上述技术方案，在所述的步骤6.1中，若雨源型河道中存在桥梁、箱涵、水闸、溢流坝、泵站和相关水工构筑物时，则在河网数据中添加相应参数；水动力模型中即可体现水工构筑物的影响。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术方法通过构建一维水动力模型能够快速精确地计算无实测水文资料下雨源型河道的水面线，可操作性强。附图说明图1是本专利技术实施例中无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法的流程图；图2是本专利技术实施例中河道一维动力模型运行后水面线结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。参照图1～图2所示，本专利技术提供的一个实施例中的无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，包括以下步骤：步骤1，根据收集的水文资料及相关参数建立降水-径流模型，并在降水-径流模型中将雨源型河道的汇水区域划分为多个子汇水区及下垫面相关参数取值；步骤2，根据现状雨水口、雨水检查井、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，根据收集的水文资料建立降水-径流模型，并在降水-径流模型中将雨源型河道的汇水区域划分为多个子汇水区；/n步骤2，根据现状雨水口、雨水检查井、雨水管道和排口雨水节点信息对雨水管网进行概化处理，并结合雨水管道的相关特征参数，建立雨水管道模型；/n步骤3，在降水-径流模型和雨水管道模型中，根据各子汇水区与雨水管道的汇流关系，将各子汇水区与雨水管道的排水节点进行连接；/n步骤4，收集研究区域当地的典型雨量数据和蒸发量数据并建立雨量计，构建降雨数据，将降雨数据输入至降水-径流模型中；/n步骤5，运行降水-径流模型计算出各管道节点、管线、子汇水区和汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系；/n步骤6，根据河网数据构建河道一维动力模型；/n步骤7，将汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系流量数据耦合到河道一维动力模型中，计算得到雨源型河道水面线、流量及流速。/n

【技术特征摘要】
1.一种无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据收集的水文资料建立降水-径流模型，并在降水-径流模型中将雨源型河道的汇水区域划分为多个子汇水区；
步骤2，根据现状雨水口、雨水检查井、雨水管道和排口雨水节点信息对雨水管网进行概化处理，并结合雨水管道的相关特征参数，建立雨水管道模型；
步骤3，在降水-径流模型和雨水管道模型中，根据各子汇水区与雨水管道的汇流关系，将各子汇水区与雨水管道的排水节点进行连接；
步骤4，收集研究区域当地的典型雨量数据和蒸发量数据并建立雨量计，构建降雨数据，将降雨数据输入至降水-径流模型中；
步骤5，运行降水-径流模型计算出各管道节点、管线、子汇水区和汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系；
步骤6，根据河网数据构建河道一维动力模型；
步骤7，将汇入河道的雨水排口的流量随时间的变化关系流量数据耦合到河道一维动力模型中，计算得到雨源型河道水面线、流量及流速。


2.根据权利要求1所述的无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，其特征在于，所述的步骤1中水文资料包括河道周边汇水区的雨水管网资料、下垫面资料和地形资料。


3.根据权利要求2所述的无实测水文资料情况下雨源型河流的水面线计算方法，其特征在于，汇水区的管网资料包括管段长度、管径、坡度、管道起点和终点管底标高；
汇水区水文参数包括下垫面类型、不透水地面面积、典型降雨情况和地面高程；
河道的地形资料包括能反映河道内地形变化的地形点和河道横断面数据。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵芳，艾庆华，刘标，包木平，谢如意，
申请(专利权)人：中冶南方城市建设工程技术有限公司，中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42