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无论采用推理公式法还是采用数学模型法,当设计降雨历时小于暴雨强度公式编制时采用的降雨历时,都可以采用暴雨强度公式计算设计暴雨强度或推算设计降雨过程,设计降雨历时等于汇水区域的集水时间,即汇水区域最远点流到设计断面所需时间,其数值等于地面汇流时间和管渠汇流时间之和。对于集水时间超过暴雨强度公式编制时采用的降雨历时的情况,由于已超出了暴雨强度公式的适用范围,宜采用当地有代表性的长历时降雨资料,通过同频率放大或同倍比放大的分析方法,得出相应的设计值。
3.2.1用于削减峰值流量的调蓄量计算
当调蓄设施用于削减峰值流量时,可用基于水流的连续性方程,通过在不同设计暴雨重现期条件下,计算入流和出流过程线确定所需调蓄量的基本理论公式。其中入流过程线根据设计标准计算确定,设计标准可以是当地的内涝防治设计重现期、雨水管渠设计重现期或者径流量控制标准;出流过程线是按调蓄池下游系统受纳能力确定的。降雨历时是指设计降雨过程的总持续时间,与计算暴雨强度时的集水时间有所区别。
公式所需的基础资料较多,且所得的调蓄设施有效容积需根据试算结果不断修正,以满足设计要求。当汇水区域面积较小时,可对调蓄设施的入流和出流过程进行适当简化,在条文说明中列举了美国联邦政府开发的FAA法方法。
用于削减峰值流量也可采用脱过系数法计算,这是一种采用由径流成因所推理的流量过程线推求调蓄容积的方法。选取脱过系数时,调蓄设施上游的设计流量,应根据其上游服务面积的雨水设计流量确定;调蓄设施下游的设计流量,不应超过其下游排水设施的最大受纳能力;降雨历时不应大于编制暴雨强度公式时采纳的最大降雨历时。由于脱过系数法是在暴雨强度公式的基础上推理得到的,因此该方法的适用范围应与暴雨强度公式的适用范围相同。鉴于我国目前暴雨强度公式的降雨历时大多不超过180 min,因此,运用脱过系数法确定调蓄量时应注意其适用范围。
用于削减峰值流量雨水调蓄工程的设计过程中需进行内涝防治设计重现期的校核,应考虑工程对雨水的调蓄作用,因此宜采用较长历时降雨,且应考虑降雨历程,即雨型的影响。
发达国家采用的降雨历时一般为3~24 h,如美国德克萨斯州交通局颁布的水力设计手册(2011年版)规定一般采用24 h。美国丹佛市的城市暴雨排水标准(2011年版,第1卷)规定:服务面积小于10平方英里(mile²,约25.9 km2),最小降雨历时为2 h;10~20 mile²,最小降雨历时为3 h;大于20 mile²(约51.8 km²),最小降雨历时为6h。美国休斯顿设计手册第9章雨水设计要求(2005年版)规定:小于200英亩(acre,约0.8 km²)时,最小降雨历时为3 h;大于200 acre时,最小降雨历时为6 h。因此,本规范规定用于削减峰值流量的雨水调蓄工程的调蓄量计算中,设计降雨历时宜选用3~24 h,计算该范围内不同降雨历时时出入调蓄设施的雨水量之差,得到在每个降雨历时情况下所需的调蓄容积,最大值即为所需的调蓄设施容积。
当雨型的统计资料匮乏时,排水系统的设计一般假定在一定降雨历时范围内暴雨强度保持恒定,不考虑雨型。当当地雨型资料缺乏时,可以采用附近城市或地区的雨型,或采用当地发生过的有代表性的典型暴雨过程。
典型暴雨过程应在暴雨特性一致的气候区内选择有代表性的雨量过程。所谓有代表性就是指暴雨特性能够反映设计地区情况,符合设计要求。主要遵循以下几个原则:
(1)历史上已经发生过的流域性特大暴雨,雨量时空分布资料充分和可靠。
(2)造成特大洪涝灾害的暴雨,水文气象条件较接近规划情况。
(3)暴雨类型和时空分布特征具有代表性。
(4)对规划调蓄工程不利的雨型。
选定了典型暴雨过程后,就可用同频率或同倍比设计暴雨量控制方法,对典型暴雨分段进行缩放。不同时段控制放大时,控制时段划分不宜过细(如江苏省各市控制时段主要采用5 min),对暴雨核心部分24 h暴雨的时程分配,时段划分视流域大小和汇流计算所用的时段而定。
3.2.2用于污染控制的调蓄量计算
当调蓄设施用于合流制排水系统径流污染控制时采用截流倍数法计算,该方法是一种基于合流制排水系统设计截流倍数的计算方法。由于雨水径流量和污水量并无直接的比例关系,因此,通过公式得到的调蓄量不能直接反映合流制排水系统中溢流污水被截流的程度。一些发达国家常用的指标是合流污水的截流率,即截流量占降雨量的百分比。上海等地曾通过统计总结了当地截流倍数和合流污水截流率直接的关系,并用于调蓄工程的设计。
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