一种市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法，其包括以下步骤：将设计暴雨历时的时长T划分成若干个相等的时段Δt，根据研究对象区域的暴雨强度公式计算每个时段Δt内的降雨强度I(n)；将雨水管网划分成若干管道段，计算从地表流入管道段的径流量Q

【技术实现步骤摘要】
一种市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法


[0001]本专利技术涉及市政下水管道排水安全
，具体涉及一种市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法。

技术介绍

[0002]在一些沿海城市或者填海造地所形成的海边城市地区，由于地势平坦，导致该地区的下水道坡度平缓。另一方面，由于大多数海边地区是重要旅游区之一，为了考虑景观，下水道或雨水管道的出口一般位于海水位以下。因此，在暴雨期间，雨水管道内的水位迅速上升，水流从自由流变为有压管道流，从而使得管道和人孔内的空气体积突然减少，空气压激剧增大。当人孔内的空气压超过人孔盖所能承受的临界压力时，会引起人孔盖飞散，威胁道路上行人和交通的安全。市面上有多种排水管道的人孔盖，但是由于不同地区的降雨量不同，不是所有的人孔盖均适用，所以，亟需提供一种适合特定区域的暴雨强度公式和雨型的市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种能根据当地暴雨强度公式和雨型对下水道管网的人孔盖排气孔设计尺寸进行计算的方法。
[0004]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]提供一种市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法，其包括以下步骤：
[0006]S1：将设计暴雨历时的时长T划分成若干个相等的时段Δt，根据研究对象区域的暴雨强度公式计算每个时段Δt内的降雨强度I(n)；将雨水管网划分成若干管道段，计算从地表流入管道段的径流量Q
s
(t)；
[0007]S2：将流入管道段的径流量Q
s
(t)作为相应管道段的入流，计算整个管网的管道内水位H；
[0008]S3：根据水位H计算整个管网的管道内部的空气体积；建立排气连续方程和运动方程，把作用在人孔盖上的相当于人孔盖重力所产生的压强的空气压作为该人孔盖的临界空气压P
临
，将P
临
代入排气连续方程和运动方程中，计算出人孔盖上应设计出的最小排气孔面积，避免出现人孔盖向人孔盖上方飞散的情况，以确保道路上行人和交通的安全。
[0009]进一步地，步骤S1包括：
[0010]S11：将设计暴雨的历时时长T划分成N个相等的时段Δt，N＝T/Δt；
[0011]S12：雨水管网划分成若干个相同管径的管道段；
[0012]S13：根据研究对象区域的暴雨强度公式，计算每个时段Δt内的降雨强度I(n)，n∈[1，N]；
[0013]S14：根据研究对象区域的代表性雨型，确定降雨强度I(n)在雨型分布中出现的时间，按照出现时间的先后对N个降雨强度I(n)进行排序，得到排序后的新的降雨强度序列i(m)，i(m)为由N个降雨强度组成的序列中的任意一个；
[0014]S15：利用推理公式计算降雨强度i(m)产生的洪峰流量Q
p
(m)：
[0015][0016]其中，f为径流系数，A为任意一个管道段对应的流域面积；
[0017]S16：将降雨强度i(m)产生的径流过程线简化为等腰三角形，以洪峰流量Q
p
(m)作为等腰三角形的高，等腰三角形的底边长为2Δt，等腰三角形的两个腰即为降雨强度i(m)产生的径流过程线；
[0018]S17：根据S16，第m个降雨强度i(m)产生的径流过程的数学表达式为：
[0019][0020]S18：利用S17中的数学表达式计算每个降雨强度产生的径流量，并将所有径流量相加，得到流入管道段的地表径流Q
S
(t)：
[0021][0022]进一步地，步骤S2包括：
[0023]S21：建立自由水流和有压管道水流条件下的一维非恒定流方程：
[0024]自由水流条件下的连续方程为：
[0025][0026]有压管道水流条件下的连续方程为：
[0027][0028]运动方程为：
[0029][0030]其中，A0为过水断面面积，Q为过水断面的流量，a为压力波转播速度，q为管道段单位长度的最大入流量，q＝Q
s
/L，L为管道段的长度，n为曼宁糙率系数，R为水力半径，f为局部水头损失系数，h
L
为单位长度的局部水头损失，v1为水的流速，g为重力加速度；
[0031]S22：每个管道段的管径大小相同，且坡度的变化是连续的；以每个管道段的中点为水位计算点，两端为流量计算点，对两个相邻管道段的水位及连接处的水位进行线性内插，利用一维非恒定流方程计算每一个管道段两端的流量Q2和Q1以及管道段中部的水位H，Q2为管道段的入流流量，Q1为管道段的出流流量。
[0032]进一步地，步骤S3包括：
[0033]S31：根据管道内的水位H计算管道内的水的体积V
水
，并利用V
水
计算管道内和人孔内的空气体积V：
[0034]V＝V
管
‑
V
水
[0035]其中，V
管
为管道及人孔的总体积；
[0036]S32：建立自由水流条件下人孔盖的排气连续方程：
[0037][0038]其中，A1为人孔盖排气孔的面积，A2为空气流出管道的断面面积，C0为人孔盖排气孔的空气流出系数，C1为管道的空气流出系数，v2为空气流出速度；
[0039]S33：根据排气连续方程建立人孔盖排气的运动方程：
[0040]ρ(C0∑A1+C1∑A2)
·
v
22
＝(P1‑
P0)
·
(∑A1+∑A2)
[0041]其中，ρ为空气密度，P0为大气压，P1为人孔盖受到的管道内部的空气压；
[0042]S34：把作用在人孔盖上的相当于人孔盖重力所产生的压强的空气压作为临界空气压P
临
，临界空气压P
临
由人孔盖的重力和面积决定：P
临
＝mg/(A'
‑
A1)，A'为人孔盖的设计面积；
[0043]S35：将P
临
作为人孔盖受到的管道段内部的空气压P1，带入运动方程中，计算出A1，A1即为人孔盖上应设计出的最小排气孔面积；
[0044]S36：根据面积A1在需要选用的人孔盖上设计出对应排气孔的尺寸，避免出现人孔盖向人孔盖上方飞散的情况，以确保道路上行人和交通的安全。
[0045]本专利技术的有益效果为：本专利技术根据特定地区的暴雨强度公式和雨型，计算出进入下水管道内的径流量，通过建立管道内的空气压与人孔盖排气孔面积的关系，进而在确保人孔盖不向上飞出或移动的情况下，对人孔盖上的排气孔尺寸进行设计和计算，并且将下水管道进行分段计算，对每段管道上的人孔盖均能进行合理设计，能根据不同地区的降雨强度和雨型而有效地设计出人孔盖上的排气孔尺寸，为街道上人孔盖的安全提供保障，增加人孔盖的使用寿命和安全性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将设计暴雨历时的时长T划分成若干个相等的时段Δt，根据研究对象区域的暴雨强度公式计算每个时段Δt内的降雨强度I(n)；将雨水管网划分成若干管道段，计算从地表流入管道段的径流量Q
s
(t)；S2：将流入管道段的径流量Q
s
(t)作为一维非恒定流的计算条件，计算整个管网的管道内水位H；S3：根据水位H计算整个管网的管道内部的空气体积；把作用在人孔盖上的相当于人孔盖重力所产生的压强的空气压作为该人孔盖的临界空气压P
临
，将P
临
代入排气方程计算出人孔盖上应设计出的最小排气孔面积，避免出现人孔盖向人孔盖上方飞散的情况，以确保道路上行人和交通的安全。2.根据权利要求1所述的市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：将设计暴雨的历时时长T划分成N个相等的时段Δt，N＝T/Δt；S12：雨水管网划分成若干个相同管径的管道段；S13：根据研究对象区域的暴雨强度公式，计算每个时段Δt内的降雨强度I(n)，n∈[1，N]；S14：根据研究对象区域的代表性雨型，确定降雨强度I(n)在雨型分布中出现的时间，按照出现时间的先后对N个降雨强度I(n)进行排序，得到排序后的新的降雨强度序列i(m)，i(m)为由N个降雨强度组成的序列中的任意一个；S15：利用推理公式计算降雨强度i(m)产生的洪峰流量Q
p
(m)：其中，f为径流系数，A为任意一个管道段对应的流域面积；S16：将降雨强度i(m)产生的径流过程线简化为等腰三角形，以洪峰流量Q
p
(m)作为等腰三角形的高，等腰三角形的底边长为2Δt，等腰三角形的两个腰即为降雨强度i(m)产生的径流过程线；S17：根据S16，第m个降雨强度i(m)产生的径流过程的数学表达式为：S18：利用S17中的数学表达式计算每个降雨强度产生的径流量，并将所有径流量相加，得到流入管道段的地表径流Q
S
(t)：3.根据权利要求1所述的市政排水管道人孔盖排气孔设计尺寸的计算方法，其特征在
于，所述步骤S2包括：S21：建立自由水流和有压管道水流条件下的一维非恒定流方程：自由水流条件下的连续方程为：有压管道水流条件下的连续方程为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义成，余晓，邵蕊，甘醇，张秀丽，吕映，赵月芬，王燕晓，李冰，焦醒，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：