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雨水管道水力计算程序实例

论文类型 技术与工程 发表日期 2001-08-01
来源 《工业用水与废水》2001年第4期
作者 黄江华,李勇政
关键词 雨水管道 水力计算 程序
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。

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=R2/3I1/2/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。

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