浅谈市政雨水管渠流量设计推理公式的-理论假设及其应用

108-CitiesandtownsConstruCtioninGuanGxi-广西城镇建设THEORIES&TECHNOLOGIES理论·科技建设论坛2013.05-109上比使用335MPa螺纹钢筋节约12%左右，两种钢筋本地市场信息价对比见表1。HRB400高强钢筋只比HRB335钢筋价高2.6%～3.8%，使用的焊条价格相同，说明使用高强钢筋节约8%以上，还可以额外节约人工费、运输费、加工费，明显可降低工程造价。3.2钢筋用量比对以此项目标准层建筑面积约1065m2为例，进行了两种钢筋对比计算，用量见表2。结果表明，使用400MPa高强螺纹钢筋平均节约用钢量12.4%，1m2节约钢筋4.40kg以上，500万m2总建筑面积至少节约用钢量22000吨，可节省投资1000多万元。由此可见，使用高强钢筋还是有着良好的经济优势，同时配合高标号混凝土使用，结构强度更高，抗震性能更好。钢筋用得少了，相应的运输费、加工费、电焊条也减少了。4加快推进高强钢筋的思路4.1积极宣传培训针对设计、审图、施工、监理、检测、质量监督等环节，应积极开展相关标准的宣贯培训工作，各有关主管部门、行业协会、企业要完善信息沟通机制，加强高强钢筋推广使用的宣传，在社会上形成用好钢筋、节约用钢筋的氛围，促进节能减排。4.2加强鼓励政策及跟进措施目前由于没有相应的奖励或优惠政策，建设单位对应用高强钢筋的优越性认识不足，主动性不够。缺少应用图集和技术培训。因为Ⅱ级螺纹钢筋和Ⅲ级螺纹钢筋外观完全相同，HRB、RRB、HRBFⅢ级螺纹钢筋之间外观也相同，现场工人容易弄错，同时技术人员要尽快了解高强度钢筋的特性，更新传统的施工方法，找到适合高强钢筋的施工技巧，从而做好指导与管理工作。高强钢筋供应目前还存在较大缺口或者品种不齐全的问题。如果运输距离远，对偏远地区、偏僻工地推广应用有实际困难，特别是500MPa及以上的高强钢筋失去经济优势，因此要有针对性地采用，不要盲目。[参考文献][1]朱东明．浅谈推广应用高强钢筋的意义和作用[J]．上海建材，2012（6）：41-42．[2]林常青．以财政激励政策助推高强钢筋应用[J]．建筑，2012（22）：21-23．[3]龙莉，罗安智．国内外高强钢筋发展和现状分析[J]．冶金管理，2012（11）：38-43．[4]杜毛毛．高强钢筋在混凝土结构中的应用评析[J]．混凝土，2012（9）：121-122．[作者简介]宋玉峰，科学硕士，工程师/讲师，注册建造师（建筑工程、市政工程），广西建设职业技术学院教务科研处副处长。李巍娜，工程硕士，工程师，现任职于南宁学院土木与建筑工程学院。黄丹心，本科，广西建设职业技术学院财务处处长。[收稿日期]2013-04-09序号材料名称及规格单位价格备注1螺纹钢筋φ10以内（综合）t4710元HRB3352螺纹钢筋φ10以上（综合）t4700元HRB3353螺纹钢筋φ10以内（综合）t4890元HRB4004螺纹钢筋φ10以上（综合）t4820元HRB4005E43型电焊条kg7元HRB335使用6E50型电焊条kg7元HRB400使用表1螺纹钢筋市场信息价对比表楼层号HRB335用量HRB400用量比较结果3层44.390t38.575t少13.1%9层41.294t36.628t少11.3%顶层39.838t34.739t少12.8%表2某标准层HRB335及HRRB400级钢筋用量对比表OnTheoreticalHypothesisandApplicationofRationalFormulaAppliedinDischargeDesignofMunicipalStormSewer浅谈市政雨水管渠流量设计推理公式的理论假设及其应用□陈义生_Chenyisheng[摘要]阐述雨水管渠流量设计中推理公式的推导过程及其在实际工程中的应用技巧，在此基础上，总结得出面积叠加法、流量叠加法以及流量叠加法应用在独立面积中求雨水流量的相关方法，并指出该公式的应用范围。[关键词]雨水管渠流量；设计；推理公式；理论假设；应用[文章编号]1672-7045（2013）05-0109-04[中图分类号]Tu992[文献标识码]AAbstract：Thispaperdiscussesonderivationandapplicationofrationalformulaappliedindischargedesignofmunicipalstormsewer,summarizingseparateapplicationscopeofareasuperpositionmethodanddischargesuperpositionmethod.Keywords：stormsewerdischarge;design;rationalformula;theoreticalhypothesis;application目前，我国市政雨水管道设计中通常采用推理公式（公式1）对雨水设计流量进行计算。该公式的表述如下所示。Qs=qψF（公式1）式中，Qs——雨水设计流量，L/s；ψ——径流系数（一定汇水面积内地面径流量与降雨量的比值）；F——汇水面积，hm2；q——设计暴雨强度（单位时间内的降雨量。工程上常用单位时间单位面积内的降雨体积来计），L/（s·hm2）。此公式是根据一定的假设条件，由雨水径流成因推导得出的，是半经验半理论公式，通常称为推理公式，又叫恒定均匀流推理公式。该公式多用于小流域面积计算暴雨设计流量，可追溯到19世纪90年代Kui-chling等人首次将该公式应用于城市的排水设计中，并由此沿用百年至今。虽然推理公式对雨水产流及汇流做了相当大的简化从而存在诸多问题，国内外学者借此开发了许多城市雨水径流模型，如芝加哥市政工程局的城市雨水流量过程线模型（CHM模型）、美国EPA的SWMM模型等，但这些模型均缺乏在实际规划、设计工程中的应用。而推理公式由于其简单实用性从而在长期应用中积累了大量工程经验，目前也是我国市政雨水管渠设计的推荐方法，因此，本文主要从推理公式的推导延伸阐述其在实际工程应用中的经验与需要注意的问题。编辑＿刘珺设计＿姜璠110-CitiesandtownsConstruCtioninGuanGxi-广西城镇建设THEORIES&TECHNOLOGIES理论·科技建设论坛2013.05-1111公式的推导及理论假设1.1流域面积上汇流的产生过程如图1所示为一块扇形流域汇水面积，其边界线为ab线、ac线和bc弧线。a点为集流点（如雨水口，管渠上某一断面），假定汇水面积内地面坡度均等，则de，fg，hi…，bc为等流时线，到达a点时间分别为τ1、τ2、τ3…τ0。流域面积上汇流产生的过程，因相关书本、教材所讲已比较详实，此处不熬述。总之，在集流点出现的径流量为来自τ0时段内全流域面积上各点的降雨量，从面积角度讲，为集流了全流域面积上径流的径流量最大。1.2极限强度理论极限强度理论包含两个概念：①当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大；②当降雨历时等于汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间时，雨水管道需要排除的雨水量最大。极限强度理论承认降雨强度随降雨历时的增长而减小，但认为汇水面积随降雨历时的增长而增加比降雨强度随降雨历时增长而减小的速度更快。因此，只有当降雨历时等于集流时间时，全面积汇流的径流才是最大径流量。所以雨水管渠的设计流量采用全部汇水面积F乘以流域的集流时间τ0时的暴雨强度q及地面平均径流系数ψ（假定全流域汇水面积采用同一径流系数）得到，即为Qs=qψF。1.3理论假设由上可知，公式推导的基础是假定降雨强度在集流时间内均匀不变，即降雨为等强度降雨过程，且假定汇水面积按线性增大，即汇水面积随集流时间增大的速度为常数；在计算雨量过程中径流系数取值为常数，仅考虑地表的性质。该公式是国内外广泛采用的推理公式。该公式使用简便，所需资料不多，并已经积累了丰富的实际应用经验。2推理公式的相关应用如图2所示，有A、B、C三块互相毗邻的地块，雨水管布置如图中1、2、3所示，a、b、c为布设的雨水口。设雨水从各个面积上最远点分别流入设计断面1、2、3所需的时间为τ（min），并假设径流系数为1，雨水从计算管段的起端汇入管段。雨水管段设计流量通常可采用如下两种方法：2.1面积叠加法2.1.1管段1～管段2的雨水设计流量该管段是收集汇水面积FA的雨水，当降雨开始时，只有邻近雨水口a面积的雨水能流入雨水口进入1断面；降雨继续不停，就有越来越大的FA面积上的雨水逐渐流达1断面，管段1～管段2内流量逐渐增加，这时Q将随FA的增加而增大，直到t=τ1时，FA全部面积的雨水均已流到l断面，这时管段1～管段2内流量达最大值。若降雨仍继续下去，即tτ1时，由于面积已不能再增加，而暴雨强度则随着降雨时间的增长而降低，则管段所排除的流量会比t=τ1时减少。因此，管段1～管段2设计流量应为：Q1-2=FAq1（L/s）（公式2）式中，q1为管段1～管段2的设计暴雨强度，即相当于降雨历时t=τ1的暴雨强度，L/（s·hm2）。2.1.2管段2～管段3的雨水设计流量当t=τ1时，全部FB面积和部分FA面积上的雨水流达2断面，管段2～管段3的雨水流量不是最大。只有当t=τ1+t1-2时（t1-2为雨水在管段1～管段2中的流行历时）,FA和FB全部面积上的雨水均流到2断面，管段2～管段3的流量达最大值。因此，面积叠加法把FA和FB看成是一个整体将面积叠加，即管段2～3的设计流量应为：Q2-3=（FA+FB）q2（L/s）（公式3）式中，q2是相应于降雨历时为t=τ1+t1-2的暴雨强度，L/（s·hm2），其余符号含义同上。2.1.3管段3～管段4的雨水设计流量同理可得：Q3-4=（FA+FB+FC）q3（L/s）（公式4）式中，q3是相应于降雨历时为t=τ1+t1-2+t2-3的暴雨强度，L/（s·hm2）；t2-3为雨水在管段2～管段3中的流行历时，其余符号含义同上。这样，面积叠加法雨水设计流量公式的一般形式为：Qk=（公式5）2.2流量叠加法2.2.1管段2～管段3的雨水设计流量管段1~管段2的雨水设计流量与面积叠加法相同。管段2~管段3中，当t=τ1时，全部FB面积和部分FA面积上的雨水流达2断面，管段2～管段3的雨水流量不是最大。只有当t=τ1+t1-2时，这时FA和FB全部面积上的雨水均流到2断面，管段2～管段3的流量达最大值。FB面积上产生的流量为FB·q2，直接汇到2断面，但是，FA面积上产生的流量为FA·q1，则是通过管段1～管段2汇流到2断面的，因而，管段2～管段3的流量为：Q2-3=FA·q1+FB·q2（L/s），式中符号含义同上。如果，按Q2-3=（FA+FB）q2（L/s）计算，即面积叠加，把FA面积上产生的流量通过管道汇集，看成通过地面汇集，其相应的暴雨强度采用q2，由于暴雨强度随降雨历时而降低，q2小于q1，计算所得流量FA·q2小于该面积的最大流量FA·q1，设计流量偏小，设计管道偏于不安全。2.2.2管段3～管段4的雨水设计流量同理得到：Q3-4=FA·q1+FB·q2+FC·q3（L/s），式中符号含义同上。这样，流量叠加法雨水设计流量公式的一般形式为：Qk=（公式6）3流量叠加法在独立面积中的应用公式总结如图3所示雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流，为了阐述使用方便假设暴雨强度为：q=c/（t+b）n（其中c，b，n为参数，根据统计方法进行计算确定，在此假设为常数；设计重现期为1年；t为降雨历时，假设径流系数为1）。为确定B～C段的流量，可以采用以下方法（图中，τA为FA面积最远点汇流到A点所需时间，τB为FB面积最远点汇流到B点所需时间，τAB为雨水在管段内的流经时间）。在独立面积中采用流量叠加法求雨水流量时，主要从时间上分析，有如下三种情况：τA+τAB=τB；τA+τABτB；τA+τABτB。当τA+τAB=τB时，FA，FB的最大流量同时到达