雨水管道水力計(jì)算程序?qū)嵗?/h1>

論文類型	技術(shù)與工程	發(fā)表日期	2001-08-01
來源	《工業(yè)用水與廢水》2001年第4期
作者	黃江華,李勇政
關(guān)鍵詞	雨水管道 水力計(jì)算 程序
摘要	在雨水管道的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過查表等方法來確定管徑、管坡非常繁瑣，采用計(jì)算機(jī)程序來計(jì)算可大大提高工作效率。本文主要介紹了用AutoLisp語言編制水力模型、設(shè)計(jì)流程程序。

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黃江華，李勇政
（深圳市公路勘察設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518031）

　　摘要：在雨水管道的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過查表等方法來確定管徑、管坡非常繁瑣，采用計(jì)算機(jī)程序來計(jì)算可大大提高工作效率。本文主要介紹了用AutoLisp語言編制水力模型、設(shè)計(jì)流程程序。
　　關(guān)鍵詞：雨水管道；水力計(jì)算；程序
　　中圖分類號：TP392,TV131
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1009-2455(2001)04-0053-02

概述

　　雨水管道水力計(jì)算雖不涉及復(fù)雜的公式，但即使按均勻流速的基本公式進(jìn)行任何一管段的計(jì)算， 都必須對設(shè)計(jì)流速、管徑、管坡等進(jìn)行多次選擇和計(jì)算，另外還需要考慮管段之間的連接和各種約束條件的限制等，計(jì)算工作量較大。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使用計(jì)算機(jī)求解更為準(zhǔn)確、快捷。
　　我們根據(jù)《排水工程（上）》^[1]的計(jì)算方法，提出雨水管道水力計(jì)算的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)嵗?。程序采用AutoCAD內(nèi)置的AutoLisp編程。

1 程序的水力模型

1.1 計(jì)算公式
　　根據(jù)《室外排水規(guī)范》GB J14-87，雨水管道的水力計(jì)算公式有：
　　雨水設(shè)計(jì)流量：
　　　　Q＝qψF （1）
　　式中：Q－雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；
　　　　　q－設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm²)；
　　　　　ψ－徑流系數(shù)；
　　　　　F－匯水面積，hm²；
　　設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式：
　　　　q=167A₁(1+ClgP)/(t+b)ⁿ （2）
　　式中：A₁、C、n、b－參數(shù)；
　　　　　t－降雨歷時，min；
　　　　　P－設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，a；
　　設(shè)計(jì)降雨歷時：
　　　　t=t₁+mt₂ （3）
　　式中：t₁－地面集水時間，min；
　　　　　m－折減系數(shù)；
　　　　　t₂－管渠內(nèi)雨水流經(jīng)時間，min；
　　流速：
　　　　υ=R^2/3I^1/2/n（4）
　　式中：υ－流速，m/s；
　　　　　R－水力半徑，m；
　　　　　I－水力坡降；
　　　　　n－粗糙系數(shù)。
1.2 約束條件
　　按滿流設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)充滿度h/D=1）；最小管徑為300mm，相應(yīng)的最小坡度為0.003；最小設(shè)計(jì)流速0.75m/s；最大設(shè)計(jì)流速：金屬管道10m/s，非金屬管道5m/s；連接方式采用管頂平接；管道埋深還要考慮管道的最小覆土厚度和管道最大埋深值。

2 程序設(shè)計(jì)

　　對于完整的雨水管道計(jì)算來說，主要步驟為：①流量計(jì)算；②水力計(jì)算：D（管徑）、υ（流速）、I（坡降）；③高程計(jì)算。本程序的框圖如圖1所示。
　　在通常的情況下，先進(jìn)行管道的流量計(jì)算，才能進(jìn)行水力計(jì)算，水力計(jì)算的結(jié)果，又反過來影響下一管段的流量計(jì)算。水力計(jì)算和高程計(jì)算也是相互影響的。對于程序設(shè)計(jì)來說，要考慮流速－坡度－管徑之間的關(guān)系，在滿足前面所述的約束條件的前提下，選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，盡可能地降低工程造價。為了選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，本程序考慮了以下兩個方面：
2.1 以設(shè)計(jì)流速作控制參數(shù)
　　管道的埋深直接影響工程造價，管道埋深越大，造價越高。管道埋深主要受坡度控制，因此對管道坡度進(jìn)行優(yōu)化，可減少整個管網(wǎng)的造價。

　　相同管徑時，管道坡度與流速的平方成正比，所以減小流速能有效地減小管道坡度及埋深。因?yàn)楣艿榔露戎粚ψ钚」軓接屑s束，埋深也只有最小值約束，無法作為程序中的變量來考慮，而流速受最大最小值約束，所以選擇流速作為控制參數(shù)。
　　在本程序的設(shè)計(jì)中，不同管段的流速隨設(shè)計(jì)流量的增大而按0.01m/s的臺階增加。設(shè)計(jì)流量不變，流速也不變。同時為了不使流速過大，當(dāng)上一管段的流速超過1.5m/s時，本段的流速可不再增加。
2.2 選擇合適的管徑
　　在初選一個流速的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)流量計(jì)算的管徑一般不等于可選的規(guī)格管徑，而是界于兩種規(guī)格管徑之間。選擇大一級的管徑，可減小管坡及埋深；選擇小一級的管徑，節(jié)省了管材，但增大了管坡及埋深。
　　管徑是個離散值，規(guī)格是固定的，本程序采用列舉法選擇管徑。如果地面坡度較小，需追求減小埋深時，可選擇大一級規(guī)格的管徑。相反，如地面坡度較大，埋深不是主要問題，應(yīng)節(jié)省管材選擇小一級規(guī)格的管徑。
2.3 雨水管道水力計(jì)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)
　　;;錯誤處理重定義
　　(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 結(jié)語

　　使用本程序，計(jì)算過程和步驟與人工計(jì)算基本相同，在都能滿足約束條件的情況下，用程序計(jì)算可大大節(jié)約時間。而且有條件選用不同參數(shù)，進(jìn)行多次計(jì)算，得到多種方案，使設(shè)計(jì)人員可以減少繁雜的工作量，并能對方案進(jìn)行優(yōu)選。
　　本程序采用AutoLisp編程，允許修改本程序的設(shè)計(jì)參數(shù)，使之適合不同管材、不同地區(qū)的水力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)雨水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：
[1]孫慧珍．排水工程[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1969

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作者簡介：
黃江華（1976～），男，漢，助理工程師。

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