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某港口排水涵洞水力计算浅析 王观烨，章静 ( 中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 4 3 0 0 0 0) 口 j 口摘 要： 文章 提出 根据 规划 或已 有 排水涵 洞作为 参考 往 往导 致涵洞 尺寸 i 偏 大 ， 造 价 偏 高 ， 并 通 过 工 程 实 例 进 行 分 析 ， 得 出 排 水 涵 洞 进 行 水 力 计 算 ， ： 优化设计是必须的。 并提出一些工程中的计算经验， 为今后类似项目 提供 i 。 溅施度 i 替 - 中图分类号：T U 9 9 2 文献标识码： B ： J J T 文章编号 ：1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 2 2 4 0 3 I D OI ：1 0 1 6 3 3 0 c n k i 1 0 0 7 7 3 5 9 2 0 1 6 0 3 0 8 1 囝 0 前 言 排水涵洞 的水力计算是确定排水涵洞设计 的关 键 ， 排水涵洞设计是否合适将直接决定排水涵洞的水 力条件和工程造价 。 在设计过程 中， 有时因为外部环 境资料不全 ，为了方便起见 ， 设计中采取根据规划资 料设计或者校核已有排水涵洞进行设计。 而很多时候 规划或已有的排水涵洞设计尺寸偏大 ， 造成不必要的 浪费。 本文拟结合重庆港江津港 区珞璜作业区改扩建 工程排水涵洞设计 ， 探讨排水涵洞水力计算的一些方 法 1 工程概 况 重庆港江津港 区珞璜作业 区改扩建工程排 水涵 洞设计作为重庆港江津港 区珞璜作业 区改扩建工程 的配套项 目， 其内有若干现状溪沟穿过港 口用地 。根 据重庆港江津港 区珞璜作业 区改扩建工程相关设计 资料和地形图分析 ， 港 口北侧现状地形较复杂 ， 其高 差变化大 ，标高在 2 0 2 4 8 5 m范围内。为满足港 口用 地要求， 顺着现有溪沟方向设置一条排水涵洞， 将现 状的溪沟归顺后 ，通过排水涵洞排人长江。排水涵洞 设在港 口堆场及道路下方 ，排水涵洞总长度为 5 5 2 m。 2 排水流量计算 作者简介：王现烨 ( 1 9 8 0 一) ，男，湖北武汉人 ，毕业于武汉科技 大学，学 士；工程师，国家注册设备工程师。 2 1汇 水 面积 根据业主提供的 1： 1 0 0 0 0地形图等高线 ，以分 水岭作为汇水面积边界， 统计出汇人本项 目的排水面 积为 4 4 8 5 h a 。 2 2设计流量计算 为加强排水计算 的准确性 ， 拟采用 4种计算方法 进行计算 ，并相互 比照。第一种采用小流域公式法 ， 对洪峰流量进行计算 ； 第二种采用极限强度法 ， 按重 庆暴雨强度公式对雨水量进行计算； 第三种采用交通 部公路科学研究 院径流简化公式对雨水量进行计算 ； 第 四种采用痕迹调查法 ， 了解最大雨水量 ， 进行复核。 这 4种方法相互对 比后 ， 采用较大的设计流量值。同 时对上游既有排水涵洞构造孔径进行调查 ， 复核现有 排水构筑物是否满足要求。 2 2 1小流域公式法 Q = K p F 式中 ：Q s为设计洪峰流量 ( m s ) ；m为面积指 数，当 F l k m 时，m =1 ；当 l k m F 1 0 k m 时， m=0 8 5( 西南地区) ；P为重现期，根据 城市防洪 工程设计规范( C J J 5 0 9 2 ) 和本地区控制性详细规 划 ，本次设计按 P = 1 0 0年设 防；K p为流量模数 ，根 据重现期和所属地区，本次设计采用 Kt o o = 2 3 。 2 2 2极 限强度法 ( 暴雨强度公式 ) 根据 室外排水设计规范 ( 2 0 1 4 年版 ) 要求， 对于汇水面积超过 2 k m 时，雨水设计流量宜采用数 学模型法进行确定 ， 而现阶段国内数学模型法用于工 程实例中还处于摸索阶段， 因此本次设计中采用原暴 雨强度公式 。 Q 。 = q F 式中：Q s 为雨水设计流量 ( L s ) ；q 为采用重庆 地 区 暴 雨 强 度 公 式 ， g= ( L s h a ) ； 为平均径流系数 ，根据规划及现状地 形，本次设计 = 0 3 5 ；F为汇水面积 ( h a ) ； P为暴 雨 重 现期 ( Y) ，根 据 室外 排 水设 计 规 范 ( G B 5 0 0 1 4 2 0 1 4 ) ， 按 P = 1 0 0年设计；t 为降雨历时 ( mi n) ，t = t 1 + t 2 ，t 1 为地面集水时间 ( rai n) ，t l = 5 mi n ； t ： 为管渠内雨水流行时间 ( ra i n) 。 2 2 - 3交通部公路科学研究院径流简化公式 Q p = ( h z ) F 4 ， 5 p 6 式中：F为汇水面积 ( k m ) ； 为地貌系数，查 涵洞设计细则附录表 B 一 5 ，取 0 1 3 ；h 为径流厚 度 ( m m) ，查 涵洞设计细则附录表 B 一 9 ， 取百年 一 遇值 4 6 ；z 为滞留径流厚度 ( m m) ，查 涵洞设计 细则附录表 B 一 1 0 ， 取 1 0 ；B为洪峰传播的流量折 减系数，查 涵洞设计细则附录表 B 一 1 1 ，取 1 0 ； 为汇水区降雨量不均匀的折减系数， 查 涵洞设计 细则附录表 B 一 1 2 ， 取 1 0 ；8 为湖泊或小水库调节 作用影响洪峰流量的折减系数，查 涵洞设计细则 附录表 B l 3 ，取 1 0 。 计算结果为：9 3 4 m s 2 2 4痕迹调查法 ，利用历史洪水位推算设计流量 Q = A V + A t V t Vc ：1 n R。 I Vt ：1 n R I 式 中：Q为历史洪水流量 ( m s ) ；A 、A 为河槽 河滩过水 面积 ( m ) ；V 、V 为河槽河滩平均流速 ( m s ) ；n 、n t 为河槽河滩粗糙率，均取 0 0 1 5 ；R 、 R l 为河槽河滩水力半径；I 为水力坡度，取 0 0 0 1 5 。 水渠过水断面按照宽 8 4 m、高 3 m计算。 计算结果为：9 4 5 m s 。 具体计算结果见下表。 经过比较， 几个公式计算结果较为接近， 考虑港 区的重要性， 取计算结果的大值 ， 为暴雨强度公式计 算结果，1 0 1 m s 。 3 涵洞水力坡度的确定 由水力学公式可以知道 ， 排水涵洞在相同过水断 面下 ，随着水力坡度 的增大 ，过水能力随着增大 。因 此在过水能力相同， 水力坡度越大 ， 则涵洞所需过水 断面越小， 工程造价越低。 通过比较本项 目 各种工况， 最不利工况：项 目 建成后受长江 1 0 0年一遇洪水顶 托， 且发生 1 0 0 年一遇洪水。 本项目百年一遇出口处 洪水位 ： 1 9 7 6 5 m( 黄海高程 ) ； 场地高程： 2 0 2 m( 黄 海高程 ) ，为安全计算， 取进口水位为 2 0 1 5 m； 本项 目涵洞长度为 5 5 2 m。 在最不利工况下， 排水涵洞为淹没出流。同时由 于本项 目主要解决码头背面山区流经码头的溪水 ， 本 工程范围内无其他排水汇人 ， 故排水涵洞段采用统一 尺寸横断面 ，则排水涵洞内水流近似认为恒定均匀 流 。涵洞水力坡度最大可取 ： I = H L ：( 2 0 1 5 1 9 7 6 5) 5 5 2 ： 0 0 0 7 4 涵洞横断面的确定 本项 目流量为 1 0 1 m s ，排水涵洞水力坡度 I 取 0 0 0 7 ，粗糙 系数 n查 室外 排水设计规范 ( 下转第 2 2 8页 ) 曩 口 旺 ： i 御 ! * ： 圆 若提高冷冻水供回水的温差， 输出等量冷量的 前提下 ，冷冻水流量降低 ，水泵耗电量减小 。 机组在运行控制策略上也需要调整 ， 按照冷冻 水出口水温来调节机组负载的方式是合理的， 但冷冻 水泵的联合运行有不合理的地方。 设计中冷冻水二次 一 循环泵是压差变频控 制 ，一次循环泵为温差变频控 三 ；三 三 ； 制 ， 而 实 际 操 作 中 一 次 循 环 泵 为 定 流 量 控 制 ， 造 成 冷 水温差过小 ，水泵耗能过大。 ! 母4 2 系统设备维护节能 ： 蟹 4 2 1用户室内系统的维护 i 及 时 更 换 或 清 洗 过 滤 器， 解 决 过 滤 器 阻 力 过 大 的 ： 问题；加大对用户的宣传力度，引导用户合理使用空 i 调。 4 2 2空调冷冻水 系统 空调系统运行过程 中，应对冷冻水进回水温度 、 压力等仪表应及时检查并校核，避免因读数的误差， 导致控制方面操作的不合理，降低机组的运行效率。 机组运行过程 中，出现切换 阀门串水问题 ， 建议 增加地源侧压力报警装置 ，及时更换或维修 阀门。 圜 5 结 论 通过对某小区地源热泵 中央空调系统最近一年 运行数据 的调查和其运行管理现状分析 ， 本文得出以 下结论 ： 该系统一年来运转正常， 达到了预计的使用效 果 ； 在人住率不足 3 0 的情况下， 运行费用明显优 于其他供暖、 供冷形式， 地源热泵中央空调系统是值 得大力推广的节能、低碳、环保的技术； 应加强运行管理制度建设及提高管理人员素 质 ，科学的管理才能使节能技术发挥更大的作用 ； 收费标准应和入住率挂钩，实行动态管理； 加大宣传，引导用户合理使用空调。 参考文献 1 李涛 基于性能表现的中国绿色建筑评价体系研究【 D 】 天津 ：天津大 学 2 0 1 2 2 】 阮方 ，钱晓倩，朱耀台，等 分室间歇用能对墙体内外保温节能效果 的影响 J 1 浙江大学学报 ，2 0 1 6 ，5 0( 1)：1 - 7 3 】 白雪莲 ，孙纯武 ，郭林文，等 公共建筑空调系统能耗实测与分析 J J 重庆大学学报 ，2 0 0 8 ，3 1( 6 )：3 6 7 6 4 1 4 姜黎 ，蒋绿林 ，王宏，等地源热泵系统双 U型埋管换热器的测试实 验 J 1 制冷学报 ，2 0 1 0 ，3 1( 1 )：5 0 5 3 5 武疃，刘钰莹，董抬 ，等 地源热泵的研究与应用现状【 J 】 制冷技术 ， 2 0 1 4 3 4( 4) ：7 1 7 4 6 孙洲阳 ，陈武 太阳能一 地源热泵联合循环技术研究【 J J_流体机械 ， 2 01 1 ，3 9(1 0) ：6 7 7 1 ( 上接 第 2 2 5页 ) ( G B 5 0 0 4 5 2 0 0 6 ) ( 2 0 1 4年版 ) 取 O 0 2 ，因为涵洞是 淹没出流 ，横断面面积考虑淤积 1 0 。 根据公式 ：Q = AV；V = I n R I ” 知 ，涵洞不 同 横断面对应流量数据如下。 经综合 比较 ，涵洞横断面选用 ：1拱 5 m4 m， 拱高 1 7 5 m。 对 比本项 目上游省道 1 0 6上设置的排水涵洞 ， 其 横断面尺寸为 2 拱 5 m 4 4 m， 拱高 2 3 m。本项目排 水涵洞经过水力计算 ， 横断面仅为上游排水涵洞横断 面面积的 5 0 不到 ， 在保证排水安全的情况下 ， 极大 的节省了工程投资， 更为经济合理。 通过不同的计算 方法，互相印证，综合取值。达到既满足使用要求， 又经济节约 。 5 结 语 城市化进程的加快 ， 城市道路的升级改造 ， 市政 设计中排水涵洞增多， 排水涵洞设计对项 目具有举足 轻重的影响。 通过水力计算优化设计将会使项目产生 良好 的社会 、经济效益 。 参考文献 J T G T D 6 5 0 4 2 0 0 7 ，公路涵洞设计细则 s