城市道路雨水口截流特性数值模拟研究

雨水口对路面径流的截流能力直接影响城市地上排涝与地下排水管道的排水效率。通过原型尺寸物理模型试验以及CFD 3D有限元模型,重点研究了入流量、道路宽度及道路坡度3类因素对路面积水深度、雨水口截流量及截流效率3种水力参数的影响。研究结果表明:验证工况下有限元模型截流效率结果与试验结果的绝对误差均在10%以内,箅前水深绝对误差均小于3 mm,相对误差均在20%以内;对于不同的入流方式,底部涌流方式截流效率均大于前端推流方式,试验工况中最大差异达20%,最小为10%;在不同的坡度下,道路宽度对上游雨水口1箅前水深的影响程度不同,对下游雨水口2箅前水深的影响在1 mm内;纵坡对下游雨水口2截流效率及箅前水深的影响比上游雨水口1小,当纵坡为2.0%时,大部分工况下双雨水口截流效率均最高。双雨水口排水模型能较真实地反映实际降雨条件下路面径流及雨水口截流情况,可以为雨水口设计及城市防涝提供重要参考。

连续道路上多雨水口径流特性数值模拟研究

为了研究不同降雨强度与纵坡下道路雨水口对路面径流的节流效果,采用计算流体力学(CFD)软件CFX对连续道路上多个雨水口进行数值模拟,重点分析当上下游雨水口等距(20 m)时不同流量和坡度下截流能力变化规律。模拟结果表明:当入流量为120.00 L/s时,积水基本布满整个路面,有初期洪涝趋势;沿道路纵坡方向,同一纵坡下,雨水口截流量随收水量增加而增加,但截流效率逐渐减小有饱和趋势;当纵坡为0.3%和4%时,距道路起始端远的雨水口受径流宽度及流速影响截流效率最低且纵坡对下游雨水口截流效率影响比上游雨水口大,故雨水口设计应考虑道路纵坡的影响。

城市洪涝中雨水口泄流能力的试验研究

近年来中国城市洪涝灾害频发,对人民群众的生命财产安全造成了严重威胁,其中雨水口泄流能力的大小对于计算受淹区的积水程度或路面雨水的排除效率至关重要。为此本研究专门修建了具有上下两层结构的城市洪涝过程综合试验平台,考虑雨篦子、雨水井及侧支管等完整的雨水口结构,开展了76组不同来流水深及流速下的雨水口泄流能力试验。试验结果表明:雨水口的下泄流量在井身充满前后表现出不同的变化规律,即在雨水井充满前,路面雨水以堰流形式下泄;在雨水井充满后,以管嘴出流形式下泄。基于试验数据率定出雨水口堰流及管嘴出流时的流量系数,并进一步采用量纲分析法,建立雨水口的泄流能力与雨篦子尺寸、篦前水流的弗劳德数等因素之间的经验关系,具有较高的相关系数。采用本文公式计算原型尺寸雨水口的泄流能力,并与中国现行雨水口泄流能力的参考值进行对比,发现当水深较大时现行参考值偏大较多。本研究成果能为精细化的城市洪涝管理提供计算依据。

雨水口堵塞程度对其泄流能力影响的试验研究

雨水口是下泄地表径流的关键设施,一旦堵塞将导致市政排水系统的泄流能力无法充分发挥,这是引发城市洪涝灾害的主要原因之一。为定量分析雨水口堵塞对其泄流能力的影响,本研究分别考虑进水篦及连接管不同堵塞程度的情况,开展了较大来流水深下的概化水槽试验,共计进行了608组试验。试验结果表明:(1)进水篦及连接管堵塞均会显著影响雨水口的泄流能力,且后者对雨水口泄流能力的影响更大。(2)利用试验数据率定了各堵塞情况下水流以堰流或管嘴流形式从雨水口下泄时的流量系数;基于量纲分析及回归分析,给出了各堵塞情况下雨水口泄流能力的幂函数表达式,并利用试验数据对参数进行了率定,率定效果优于堰流或管嘴流公式。(3)通过与未堵塞情况进行比较,基于幂指数均值假定及非线性拟合方法,建立堵塞系数与堵塞程度之间的经验关系,并最终提出了一个可以分别考虑进水篦与连接管堵塞影响的雨水口泄流能力公式;该公式可以考虑雨水口堰流及管嘴流等不同泄流形式,能够反映进水篦、连接管不同堵塞程度的影响,适用于来流水深较大的情况。

不同形式雨水口泄流能力的试验研究

雨水口作为连接地表径流与地下管流的重要关口,其泄流能力大小至关重要。该文在精细考虑完整的雨水口结构基础上,对横格条以及顺格条型雨水口进行了133组恒定流试验。通过对篦前水深、不同出流模式下率定的流量系数对比,分析了雨水通过雨水口的下泄过程,提出了相应计算公式,其研究成果可为雨水口设计计算、布设间距、方式等防汛排涝对策研究提供依据。

道路雨水口泄流效率关键影响因素研究

为了研究道路坡度(横坡1%-2%、纵坡0.3%-5.0%)和径流量(0-70 m^(3)/h)对雨水口泄流效率的影响,搭建了比例为1∶1的试验平台,分析不同工况下的泄流效率。试验结果表明:径流量越大,纵坡越大,泄流效率越低;横坡每提高0.5%,雨水口的泄流效率约提高10%。将孔口出流方程对数据进行拟合所得公式与其他文献提出的经验公式进行对比,结果显示:对标准型平篦式雨水口,前者的拟合效果更好。基于拟合公式,提出雨水口布置的设计思路,推导了布置间距的计算公式,并将其应用于雨水口布置间距的优化设计。

雨水口泄流对城市洪涝影响的数学模型

为了研究雨水口泄流对城市洪涝的影响,建立包含雨水口泄流计算模块的平面二维水动力学模型.采用典型街区结构的水槽试验数据对模型进行率定和验证,超过85%的测点纳什效率系数大于0.77.将模型应用到英国Glasgow的城市街区,采用综合流速公式和孔流堰流公式计算的排水总量最大差值占总水量的26.5%,前者考虑侧支管对雨水口泄流能力的限制作用,更符合实际情况.与不考虑雨水口泄流相比,采用综合流速公式计算雨水口泄流后,最大淹没范围减少29.4%,主干道上最大积水水深减小0.395 m,最大积水水深处的洪水波到达时间延后100 s.

城市道路雨水口泄流的水力特性分析

近年来,城市内涝灾害频发,提高市政排水设施的排水能力是缓解城市内涝的最有效措施。道路雨水口是地表径流与地下雨水管网之间的连接点,其泄流效率是决定市政排水系统排水能力的关键指标。以道路雨水口为研究对象,结合对雨水口类型和构造特点、雨水口泄流过程、雨水口设计思路和明渠流水力分析,推导雨水口泄流量的理论计算公式。该公式说明雨水口泄流量与多因素相关,包括雨水口进水篦子的开孔面积(雨水篦子型式)、路面粗糙程度、路面径流量和道路坡度,同时验证现行标准中对国标型雨水口泄流能力值定义的局部性。

城市雨水口流场及紊动特性试验研究

基于具有上下两层结构的城市洪水综合试验平台,使用三维超声多普勒流速仪(ADV)测量较大水深条件下雨水口周边流速与紊动强度的三维分布.试验结果表明:当来流水深较大时雨水口中心会出现一地漏漩涡,来流与漩涡共同作用引起雨水口周边流速显著增加.漩涡中心处流速相对较大且流速纵向分量与来流方向相同侧平均流速大于相反侧,各试验工况条件下最大流速均位于雨水口下游边缘附近.雨水口引起的漩涡增大了水体的紊动强度,紊动强度的平面分布与流速平面分布较为类似,工况2条件下平均湍流动能由水槽进口处0.004m2/s2增加至雨水口下游边缘处0.145m2/s2.水体剧烈的紊动效应使底床摩阻的影响相对减弱,流速沿垂线呈常数型和线性型分布,不符合明渠水流对数型的分布特征.

道路雨水口泄流量试验研究

雨水口是路面径流进入地下排水管道的入口,是市政排水系统的关键组成部分。针对雨水口的泄流性能,搭建了比例为1∶1的模型装置(长12 m、宽3 m),开展连续坡度道路上的国标偏沟式雨水口泄流试验,分析了道路的横纵坡度(纵坡坡度为0.5%~5%、横坡坡度为1%~2%)和径流量(0~70 m^(3)/h)对径流流态和雨水口泄流量的影响。结果表明,道路横坡坡度增大时,能同时增加雨水口的前缘泄流量和侧边泄流量,雨水口泄流量随之增大,但当横坡坡度>1.5%时,泄流量的增大幅度变小;而道路纵坡坡度只改变径流流速大小,不改变径流方向,对径流宽度和泄流量的影响相比道路横坡坡度要小;各工况下雨水口的实测泄流量均小于设计泄流量,仅当降雨量较小、路面径流量<10 m^(3)/h时,雨水口的实际泄流量曲线才符合理想泄流直线关系。