雨水管道水力计算程序实例

黄江华，李勇政
（深圳市公路勘察设计院，广东 深圳 518031）

　　摘要：在雨水管道的设计当中，通过查表等方法来确定管径、管坡非常繁琐，采用计算机程序来计算可大大提高工作效率。本文主要介绍了用AutoLisp语言编制水力模型、设计流程程序。
　　关键词：雨水管道；水力计算；程序
　　中图分类号：TP392,TV131
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2001)04-0053-02

概述

　　雨水管道水力计算虽不涉及复杂的公式，但即使按均匀流速的基本公式进行任何一管段的计算， 都必须对设计流速、管径、管坡等进行多次选择和计算，另外还需要考虑管段之间的连接和各种约束条件的限制等，计算工作量较大。
　　随着计算机技术的广泛应用，使用计算机求解更为准确、快捷。
　　我们根据《排水工程（上）》^[1]的计算方法，提出雨水管道水力计算的计算机应用程序实例。程序采用AutoCAD内置的AutoLisp编程。

1 程序的水力模型

1.1 计算公式
　　根据《室外排水规范》GB J14-87，雨水管道的水力计算公式有：
　　雨水设计流量：
　　　　Q＝qψF （1）
　　式中：Q－雨水设计流量，L/s；
　　　　　q－设计暴雨强度，L/(s·hm²)；
　　　　　ψ－径流系数；
　　　　　F－汇水面积，hm²；
　　设计暴雨强度公式：
　　　　q=167A₁(1+ClgP)/(t+b)ⁿ （2）
　　式中：A₁、C、n、b－参数；
　　　　　t－降雨历时，min；
　　　　　P－设计重现期，a；
　　设计降雨历时：
　　　　t=t₁+mt₂ （3）
　　式中：t₁－地面集水时间，min；
　　　　　m－折减系数；
　　　　　t₂－管渠内雨水流经时间，min；
　　流速：
　　　　υ=R^2/3I^1/2/n（4）
　　式中：υ－流速，m/s；
　　　　　R－水力半径，m；
　　　　　I－水力坡降；
　　　　　n－粗糙系数。
1.2 约束条件
　　按满流设计（设计充满度h/D=1）；最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；最小设计流速0.75m/s；最大设计流速：金属管道10m/s，非金属管道5m/s；连接方式采用管顶平接；管道埋深还要考虑管道的最小覆土厚度和管道最大埋深值。

2 程序设计

　　对于完整的雨水管道计算来说，主要步骤为：①流量计算；②水力计算：D（管径）、υ（流速）、I（坡降）；③高程计算。本程序的框图如图1所示。
　　在通常的情况下，先进行管道的流量计算，才能进行水力计算，水力计算的结果，又反过来影响下一管段的流量计算。水力计算和高程计算也是相互影响的。对于程序设计来说，要考虑流速－坡度－管径之间的关系，在满足前面所述的约束条件的前提下，选择合适的设计参数，尽可能地降低工程造价。为了选择合适的设计参数，本程序考虑了以下两个方面：
2.1 以设计流速作控制参数
　　管道的埋深直接影响工程造价，管道埋深越大，造价越高。管道埋深主要受坡度控制，因此对管道坡度进行优化，可减少整个管网的造价。

　　相同管径时，管道坡度与流速的平方成正比，所以减小流速能有效地减小管道坡度及埋深。因为管道坡度只对最小管径有约束，埋深也只有最小值约束，无法作为程序中的变量来考虑，而流速受最大最小值约束，所以选择流速作为控制参数。
　　在本程序的设计中，不同管段的流速随设计流量的增大而按0.01m/s的台阶增加。设计流量不变，流速也不变。同时为了不使流速过大，当上一管段的流速超过1.5m/s时，本段的流速可不再增加。
2.2 选择合适的管径
　　在初选一个流速的情况下，根据设计流量计算的管径一般不等于可选的规格管径，而是界于两种规格管径之间。选择大一级的管径，可减小管坡及埋深；选择小一级的管径，节省了管材，但增大了管坡及埋深。
　　管径是个离散值，规格是固定的，本程序采用列举法选择管径。如果地面坡度较小，需追求减小埋深时，可选择大一级规格的管径。相反，如地面坡度较大，埋深不是主要问题，应节省管材选择小一级规格的管径。
2.3 雨水管道水力计算（片段）
　　;;Pipe Diameter can selected 2000.5.22
　　;;2000.2.25Princ with""
　　;;1999.11.29 v0.02
　　;;1999.10.9 v0.01
　　(defun c:ysg(/sel sell dj dd 11 djl ii jj al b c nl n zz p tl t2 m st en v zt2 vmin il fl q0 qs vj i d q pt1 pt2 fname fa xuanz)
　　;;错误处理重定义
　　(defun＊error＊(er_pro)
　　　(setq＊error＊nil)
　　　(princ" Function Cancelled"）
　　　(princ"CopyRight---Mr.Feng!")
　　　(print)
　　)
　　;;(trace gjxz)
　　;;Princ to file
　　(defun for-wr(a f len/len1 len2 a fen）
　　(setq len1(strlen a)
　　len2(-len len1))
　　(if＞=len2 0)
　　　(progn
　　　　(repeat len2
　　　　　(princ ""f)
　　　　)
　　　　(princ a f)
　　　)
　　　　(progn
　　　　　(repeat len
　　　　　　(princ "＊" f)
　　　　　)
　　　　)
　　　)
　　)

3 结语

　　使用本程序，计算过程和步骤与人工计算基本相同，在都能满足约束条件的情况下，用程序计算可大大节约时间。而且有条件选用不同参数，进行多次计算，得到多种方案，使设计人员可以减少繁杂的工作量，并能对方案进行优选。
　　本程序采用AutoLisp编程，允许修改本程序的设计参数，使之适合不同管材、不同地区的水力计算，实现雨水管道优化设计的功能，提高工作效率。

参考文献：
[1]孙慧珍．排水工程[M]．北京：中国建筑工业出版社，1969

作者简介：
黄江华（1976～），男，汉，助理工程师。