暴雨排水设计与Excel电子表格使用堰或孔板方程

暴雨排水设计与Excel电子表格使用堰或孔板方程
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简介

在雨水排水沟的设计中,用于将雨水径流排入雨水下水道系统的开口可以是路沿入口、排水沟入口或两者的组合。雨水排水沟设计程序的一个主要部分是使用设计雨水径流率来确定表面开口和/或遏制入口的大小,以便它们能够处理雨水径流。在雨水排水沟的设计中,如果入口完全被淹没,则可以使用孔板方程来确定其大小,如果入口入口没有被淹没,则可以使用堰方程来确定其大小。

第一件事需要大小限制入口是雨水径流率为一个设计风暴.进水口的设计雨水流量通常使用理性的方法的径流速率暴雨下水道的水力设计从入口进气。继续阅读本文,了解雨水入口设计方程、示例计算和可以下载进行计算的Excel电子表格。

路面排水口的种类

在雨水排水口的设计中,常见的有几种路面进水口。这样的雨水入口是将雨水径流排入风暴所必需的

结合入口

下水道。雨水排水沟的主要类型是路沿入口、排水沟入口和组合入口(既有路沿开口,也有排水沟开口)。此外,每种类型的进气道可以是凹陷的或不凹陷的。左边的图片显示了一个遏制进口和右边的图片显示了一个组合进口。

组合入口图片来源:维基共享

图片来源:龙星人孔和结构

一个排水沟进口将有格栅在排水沟,像组合进口,但没有遏制开放。图片中显示的两个进水口都是未压下的,这是在进水口的排水沟没有压下。

凹陷式排水沟入口

下陷式进水口如图左图所示,在排水沟的开口处设置了一个下陷处,以帮助收集流经进水口的雨水。组合进气道或抑制进气道也可以在进气道处设计一个凹陷。排水沟入口几乎总是有格栅,但一个遏制入口通常是开放的没有任何格栅,正如你可以在图片中看到的。如下面两节所示,雨水排水沟的设计过程可以使用孔板方程或堰方程来确定路沿和/或排水沟开口所需的尺寸。

抑郁的水槽入口图片来源:H. Bengtson

继续到第2页讨论雨水入口设计方程和参数使用孔板方程和使用堰方程。还有一个计算示例,还有Excel电子表格,可以从第3页下载。

采用孔板方程计算入口尺寸

在设计雨水流量下完全淹没的格栅水槽入口,或在设计流量下完全淹没的路边入口,可以使用孔板方程:Q = Co A√(2gde)来确定尺寸,其中:

Q为必须通过开口的设计雨水径流率,cfs, (si单位为m3/s)

A为进气道的开放面积,ft2, (S.I.单位为m2)

de是开口质心上方的暴雨水位高度,ft. (m为S.I.单位)

注:de = d - h/2,对于路沿开口,其中d为开口底部以上的暴雨水深。

g是重力加速度,32.2英尺/秒2,(S.I单位为9.82米/s2)

Co为孔板系数(无因次)。雨水入口设计通常使用0.67值。

注:孔板方程[Q = CoA√(2gd)]对美国或s.i单位都是一样的。

使用堰模型来确定入口尺寸

在设计暴雨流量时未被淹没的路沿入口,或未被淹没的水槽入口,可以使用水平尖顶堰方程来确定大小:Q = CwLd1.5,其中

Q为必须通过入口的设计雨水径流率,cfs, (si单位为m3/s)

L为路沿入口开口的长度(或雨水流经的排水沟开口的长度),ft, (m为S.I.单位)

d为路沿进水口底部以上(或天沟进水口底部以上)的雨水深度,ft, (m为S.I.单位)

Cw是weir系数,这是一个无量纲的常数,美国单位的范围为2.3 - 3.3。(S.I.单位1.27 - 1.8)

注意:下面的参考文献#2和#3建议使用Cw = 2.3的美制单位或1.27的国际单位。这给出了一个保守的值槽或遏制开口长度。

计算例子

下面的例子说明了雨水渠的设计,说明了雨水径流的限制入口的大小。

问题陈述#1:通过一个高度为6英寸的路沿开口,使用堰排流量系数值2.3,确定路沿入口开口长度,以便在5英寸深的地方排出2.4立方英尺的雨水径流。

解决方案:将Q = 2.4 cfs, Cw = 2.3, h = 5/12 ft代入weir方程得到:2.4 = (2.3)L[(5/12)1.5]。解这个方程得到:L = 3.9英尺.=进气道开口长度。

问题陈述#2:确定通过4英寸高的路沿开口在5英寸深处排出2.4立方英尺雨水径流所需的路沿入口开口长度,使用孔板系数为0.67。

解决方案:将d = 5/12 ft, h = 4/12 ft,代入de = d - h/2,得到de = 3/12 = 0.25 ft。然后将Q = 2.4 cfs, Co = 0.67, h = 4/12 ft, de = 0.25 ft,代入Q = Co h L (2g de)1/2,求解L,得到:L = 2.7英尺=进气道开口长度。

请到第3页查看Excel电子表格的演示,以进行这种类型的计算,以及下载电子表格的链接。

Excel电子表格暴雨水遏制入口设计

淹没式节流进气道的孔板方程:左边的图像显示了一个Excel电子表格,设置遏制进口

风暴水抑制入口设计孔方程美国单位

用孔板方程进行设计。右边的图片显示了一个被淹没的路边出口的横截面视图,

通过节流入口的孔板流量

为此,这个电子表格可以使用。

淹没式节流进气道的孔板方程为:Q = Co h L (2g de)1/2,其中:de = d - h/2。注意,设计暴雨雨水径流率,Q;路缘开口高度,h;路沿口处的暴雨水深d如图所示。它们也在前面的章节中定义,以及方程中的其他参数,Co, L, g和de。

堰流通过路边入口

未被淹没的抑制入口的Weir方程:左边的图像显示了

暴雨水抑制入口设计堰方程美国单位

暴雨水流过未淹没的路边排水口。右边的图片是一个带有堰方程的限制入口设计的Excel电子表格,对于通过限制入口的非淹没流来说:Q = Cw L d1.5。参数Q和d在图中显示,而Cw和L在前一节中定义。

使用美国单位或S.I.单位的孔板方程或堰方程设计遏制进口的Excel电子表格可以通过点击下面的链接之一下载。

点击此处下载以美国单位计算的Excel电子表格

点击这里下载S.I.单位的Excel电子表格

暴雨水槽入口设计的Excel电子表格

沉水槽进气道的孔板方程:图片在

雨水沟入口设计孔方程美国单位

排水沟进水口平面图

显示栅格式排水沟入口的平面视图。右边的图片显示了一个Excel电子表格,用孔板方程计算进水的水槽进水口的大小。对于本应用,孔板方程为:Q = Co(WL)(2gd)1/2,其中Q为设计雨水径流率,d为雨水深度,g如上文所定义。暴雨进水口宽度W和长度L如左图所示。

非淹没式水槽进口堰方程:如左图所示

雨水槽入口设计堰方程美国单位

一个Excel电子表格,使用weir方程来确定没有被淹没的排水沟入口的大小。对于非淹没的水槽进水口,堰方程为:Q = Cw(L + 2W)d1.5,其中Q、L、W和d与上面的孔板方程相同。Cw是堰系数。Cw的典型值为美制单位2.3,国际标准单位1.27。

要下载美国或S.I.单位的孔板方程和堰方程的Excel电子表格,请单击下面的链接之一。

点击此处下载以美国单位计算的Excel电子表格

点击这里下载S.I.单位的Excel电子表格

参考文献

进一步资料参考:

1.Richard H. McCuen,水文分析与设计,第二版,新泽西州上马鞍河,1998年。

2.第3期。1992.城市雨水管理系统设计与施工“,”美国土木工程师协会(ASCE)和水环境联合会的城市水资源研究理事会。美国土木工程师协会,纽约,纽约州。

3.德州交通部在线液压设计手册/雨水沟入口