[发明专利]城市山洪截排洪系统泄流能力的设计方法

说明书

本发明公开了城市山洪截排洪系统泄流能力的设计方法，属于城市排涝系统工程技术领域，所述城市山洪截排洪系统泄流能力设计方法分三部分，一是通过建立无量纲数η与ξ的关系，试算求出堰顶基础水深h_b，二是根据溢流孔口行近动能E_p与泄流转向角θ因子求出准堰上水深h_tb，三是根据库盆形状参数λ确定堰上水深H。这样设计出来的城市山洪截排洪系统泄流能力与实际工程完全吻合，解决了因无适当设计方法，造成泄流能力无法确定或泄流能力设计严重不足，导致山洪漫溢成灾，给防洪防涝工程及城市带来的巨大经济损失和安全隐患的技术问题。

技术领域

本发明属于城市排涝系统工程技术领域，具体涉及城市山洪截排洪系统泄流能力的设计方法。

背景技术

背山面海河口城市，城市内涝的致灾因子主要有三个，从城市周边山上下来的山洪，即客水、落入城市区域的雨水和海潮的顶托作用。由于河口城市常常是江河穿城而过，水系十分发达，再加上滨海，城市上空水汽充足，而城市高层与超高层建筑，犹如一幅幅屏障，极容易形成阻碍效应和热岛效应，影响城市上空的大气稳定性，容易形成对流云和产生对流性降水，使得城市上空的降雨明显增多，城市大气中的尘埃和SO₂等废气富含硝酸盐和硝酸盐类物质，善于吸收水汽成为凝结核，增强了雨量的作用，使得夏季城市雷阵雨次数增加，雨量加大，洪涝灾害风险增加。另外，我国东南沿海城市，受台风暴雨的威胁，台风经过的地区，常带来阵发性暴雨，降水量少则200～300毫米，多则在1000以上。2005年，在福建登陆的“龙王”台风，引发福建省普降暴雨到特大暴雨，福州市区3小时降雨量达195毫米，高强度的暴雨导致福州市区积水，最大水深可达2米，造成的直接经济损失多达32.78亿元。河口城市通常是政治经济文化的中心，城市涝灾带来的经济损失巨大。据不完全统计，2001至2013年间，我国沿海城市平均每年台风造成的直接经济损失为461.4亿元。因地制宜建设城市的防洪排涝设施，成为抵御洪涝灾害，确保人民生命财产安全的重要措施。作为防洪排涝设施的一项关键技术，如何确定泄流能力尤为重要。

综上所述，目前的堰流泄流能力计算方法因水流流动环境和水力条件发生深刻变化，已无法用于城市山洪截排系统中泄流能力计算，基于泄流能力的确定在城市防涝工程设计中的重要性，亟需攻克此技术难关。从包括中国专利在内的有关资料检索表明，目前国内外尚无城市山洪截排系统泄流能力设计方法的相关报道。

发明内容

(1)要解决的技术问题

由于城市山洪截排系统的水流流动环境和水力条件和目前的水库或水闸显著不同，传统的泄流能力设计方法无法解释城市山洪截排系统的水流现象，通过传统的别列津斯基宽顶堰泄流能力分析计算方法，在P/H＝0～0.909条件下，表征其泄流能力的宽顶堰流量系数为0.3383～0.3852，而由12座库盆组成的城市山洪截排系统，平均流量系数只有0.1726，最低仅有0.0497，与传统设计方法得出的结论，平均相差48.98％～55.19％，最大相差85.31％～87.10％，显然不能采用传统方法对城市山洪截排系统泄流能力进行设计，必须寻找新的设计方法以满足工程需要，确保城市防洪安全。

(2)技术方案

为了克服现有技术的不足之处，本发明提供城市山洪截排洪系统泄流能力的设计方法，所述城市山洪截排洪系统泄流能力设计方法包括三个部分，一是通过建立无量纲数η与ξ的关系，试算求出堰顶基础水深h_b；二是根据溢流孔口行近动能E_p与泄流转向角θ因子求出准堰上水深h_tb；三是根据库盆形状参数λ确定堰上水深H；堰顶基础水深h_b通过下式试算求得：

η＝-0.241·ln(ξ)+0.1234

然后根据E_p·θ^-1值的不同范围，由以下各式求出准堰上水深h_tb