環(huán)形河網(wǎng)排澇泵站規(guī)模規(guī)劃設計探究

1、環(huán)形河網(wǎng)排澇泵站規(guī)模規(guī)劃設計探究摘要：近年來圍填海區(qū)域的開發(fā)利用率明顯增高， 為避免該地區(qū)遭受洪澇災害，排澇泵站規(guī)模規(guī)劃設計研究至 關重要?，F(xiàn)根據(jù)圍填海區(qū)域河網(wǎng)信息，首先通過概化該區(qū)域 排澇系統(tǒng)，建立排澇數(shù)值計算模型；其次利用河網(wǎng)涌容進行 調(diào)蓄，分析排澇系統(tǒng)的排澇能力、河道初始水位和排澇泵站 位置對系統(tǒng)行洪排澇的影響，得到排水過程與排澇泵站規(guī)模 之間的關系；最后將影響排澇系統(tǒng)排澇能力的相關參數(shù)無量 綱化，以衡量環(huán)形河網(wǎng)的排澇能力。研究結果提供的分析方 法與思路可為環(huán)形河網(wǎng)地區(qū)排澇泵站排澇能力規(guī)劃設計提 供參考。關鍵詞：環(huán)形河網(wǎng)；排澇能力；泵站規(guī)模；圍填海區(qū)域 中圖分類號：tv212文獻標識碼：

2、a文章編號： 16721683 (2014) 02005004planning and design of scale of drainage pump station in river networksliu bojing , yang min, li huiping(state key laboratory of hydraulic engineering simulation and safety, tianjin university,tianjin 300072, china)abstract： in recent years, the utilization rate of rec

3、lamation area has in creased signif icantl y. in order to prevent the flood disaster in this area, the planning and design of scale of drainage pump station are crucial.first, according to the information of river network in the reclamation area, a numerical simulation model was established through

4、the generalization of drainage system in the area. secondly , the storage capacity was used to analyze the impacts of drainage capability of the drainage system, initial water level, and location of drainage pumping station on flood drainage, and therefore the relationship between the scale of drain

5、age pump station and drainage process was obtainedfinally , the parameters affecting the drainage capability of drainage system were nondimensionalized to measure the drainage capacity of ringshaped river network the results can provide reference for the planning and design of drainage pump station

6、in the ringshaped river network area.key words : ringshaped river network ； drainage capability； scale of pump station； reclamation area 隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國土地資源日益趨于緊張，圍 填海區(qū)域的開發(fā)利用率明顯增高。全球氣候變暖及下墊面的 大規(guī)模改造在不同程度上改變了水文的循環(huán)狀況，甚至改變 了降雨的強度和持續(xù)時間。為確保該區(qū)域的安全使用，需要 科學合理地規(guī)劃水系，對其進行排澇能力分析，確定區(qū)域排 澇所需泵站的規(guī)模并預測不同泵站規(guī)模下，該區(qū)域發(fā)生洪澇 災害的

7、可能性。有關學者19利用hecras建立數(shù)值計算模型，對許多 天然河道的輸水與排澇能力做了相關研究，以排澇期間河水 是否超過堤頂作為最終評定標準，指出發(fā)生洪澇災害的原因 并針對具體工程提出相應的解決辦法。本文選擇某區(qū)域四橫 四縱環(huán)形河網(wǎng)，河網(wǎng)總長約50 km,河網(wǎng)除了保證景觀需求, 最重要的是保證汛期區(qū)雨水排澇。區(qū)內(nèi)降雨由16座雨水泵 站提升后排入環(huán)形河網(wǎng)，再通過環(huán)布河網(wǎng)四周的8座排澇本 站外排至外海。本文將影響排澇系統(tǒng)排澇能力的相關參數(shù)無 量綱化，以衡量環(huán)形河網(wǎng)的排澇能力，為今后類似區(qū)域的排 澇工程建設提供參考。1模型構建1.1排澇系統(tǒng)概化區(qū)域排澇系統(tǒng)多由河道、濕地、雨水泵站和排海泵站等 組

8、成，排澇泵站與雨水泵站的位置見圖lo河網(wǎng)多為人工新 開挖的河道，河道斷面幾何形態(tài)見圖2o河道糙率是表征河 渠底部和岸壁影響水流阻力的綜合因素的系數(shù)。參考水力學 等相關計算手冊，根據(jù)河道類型將河道糙率設定為0.020. 025o圖1排澇系統(tǒng)結構示意圖fig.lschematic diagram of drainage systemstructure圖2典型河段斷面類型圖fig. 2typical river cross section1.2邊界條件 1. 2. 1河道初始水位現(xiàn)代氣象預報的時效性與準確性可以為排澇前的準備 工作提供依據(jù)。實際運行時，可根據(jù)預報，將渠網(wǎng)水位預降 至低水位，騰空庫容，

9、減小排澇泵站的裝機容量，提高防洪 能力。渠道的調(diào)蓄涌容調(diào)節(jié)5通過將渠網(wǎng)初始水位控制于 常水位以下，利用渠道初始水位和髙水位之間的容積，采用 以時間換取空間的方法，獲取更大的調(diào)蓄庫容。模型設定各 邊界條件不變，計算不同初始水位條件下渠網(wǎng)水系各斷面的 最高水位，結果見圖3。當渠道初始水位降至1.0m以下時, 降低渠道初始水位對渠網(wǎng)水系各斷面最高水位結果影響不 大；當渠網(wǎng)水位升高至1.2 m以上時，渠網(wǎng)水系各斷面最高水位迅速增高。從經(jīng)濟、景觀要求和排澇安全三方面考慮， 實際運行中渠道初始水位為1. 0 m。圖3初始水位對最高水位的影響fig. 3the impact of initial water

10、 level on maximumwater level1. 2. 2雨水泵站系統(tǒng)內(nèi)共設16座雨水泵站，每座泵站有8臺水泵，每座泵站總的抽排流量范圍在820 m3/s之間。雨水泵站最 大抽排流量根據(jù)當?shù)卦O計暴雨確定。由于城市化的發(fā)展，城 市地區(qū)市政排水和區(qū)域排澇設計標準的不同1012、降雨強 度、降雨歷時的不同，將直接決定雨水泵站規(guī)模與運行情況, 包括抽排流量、運行時間等。雨水泵站排水過程線見圖4。 由于雨水管網(wǎng)集水的時間延遲，降雨剛開始的某段時間內(nèi)， 雨水泵站的抽排流量為遞增的過程。每座雨水泵站的8臺水 泵的運行方式為：每隔15 min開啟1臺。本文共設定了 15 種排水方案，各參數(shù)取值見表

11、1。本文中各個參數(shù)意義如下:t為雨水泵站總排水時間，反映降雨歷時（h）； q雨為雨水 泵站最大抽排流量，反映降雨強度（m3/s）； w為雨水泵站排 水過程線包圍下的面積，反映一次降雨的總量（m3）； q排為排澇泵站總抽排流量（n）3/s）； v為排澇系統(tǒng)的調(diào)節(jié)庫容，即初始水位與設計暴雨水位之間的庫容（m3）。根據(jù)計算，環(huán) 形河網(wǎng)的調(diào)節(jié)庫容v二140萬m3/so圖4雨水泵站排水過程fig. 4the drainage process of rainwater pumpstation1.2.3排澇泵站排澇泵站的任務是將河道內(nèi)的水提升排進外海，排澇泵 站的位置需考慮抽排過程中對河道內(nèi)水流流態(tài)的影響，

12、即保 證河道內(nèi)的水在排澇期間水位波動較小，河道內(nèi)不形成局部 涌水，河道的過流能力滿足要求。故排澇泵站布置不能過于 集中。本文為做普遍性研究，排澇泵站采取分散對稱布置， 如圖1所示。排澇泵站根據(jù)河道實際常年水位情況設定起排 水位為0. 8 m,關停水位為0. 4 m。2河網(wǎng)水系水位差異河網(wǎng)水系各斷面最高水位差異指河網(wǎng)某時刻某一斷面 達到最高水位，其與河網(wǎng)中水位最低斷面水位之間的差。按 照雨水泵站排水工況，設定模型的邊界條件。通過計算得到 15種工況下，河網(wǎng)最大超高為0時，比較河網(wǎng)水系各斷面最 高水位差異。計算結果表明，河網(wǎng)各斷面水系漲落較為同步, 當某斷面水位達到最大值時，其他斷面的水位也達到或

13、者幾 乎達到最大值，見圖5o各斷面最高水位差awso cm,說 明排澇期間，河網(wǎng)水位波動不是很大。3排水過程與泵站規(guī)模的關系環(huán)形河網(wǎng)本身有一定的庫容，可對洪水進行調(diào)蓄。排澇 系統(tǒng)的排澇能力主要受到排澇系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)能力和該區(qū) 域降雨強度與降雨歷時的影響。為了系統(tǒng)研究這兩者之間圖5河網(wǎng)水系各斷面最高水位差異fig. 5differences in maximum water levels ofeach cross section in the river network的關系，本文定義超高概念，超高指河網(wǎng)在排澇期間所能達到的最高水位與設計暴雨水位的差值,并以該區(qū)域的降雨量、降雨強度、泵站的排水流

14、量為變量，將雨水泵站的排 水總量w以河網(wǎng)的調(diào)節(jié)庫容v無量綱化，排澇泵站抽排流量 以雨水泵站最大抽排流量無量綱化，分析它們之間的相互關 系。將計算結果繪于圖6、圖7、圖8和圖9。當河網(wǎng)水位恰巧達到設計暴雨水位時、且雨水泵站和排澇泵站均以最大抽排流量抽排時，只q雨二q排才能保證河網(wǎng) 水位不超過設計暴雨水位。由圖6、圖7和圖8可以看出排 澇泵站的總的抽排流量小于雨水泵站的排水總量，即q排/q雨參考文獻(references)：1 陳建峰，王穎，李洋.hecras模型在洪水模擬中的 應用j 東北水利水電，2006, 24 (11)： 1213. ( chen ji an feng, wang ying

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