溃堤洪水在有压雨水管网街区演进的试验研究

摘要

溃堤洪水在有压雨水管网街区的演进过程十分复杂，城市街区建筑物及雨水管网改变了洪水的演进规律，影响了街区排涝的水力特性。本文基于典型城市街区建立了包括房屋、人行道及雨水管网在内的概化水槽模型，测量了不同溃堤洪水在典型城市街区演进过程中的街区水深、雨水管网流量及压强，探究了不同蓄水高度、前池进口流量对街区水位波动变化及有压雨水管网下泄流量的影响。溃堤洪水在水槽侧壁、房屋的作用下形成了大面积的水跃，并且在房屋建筑物附近出现了薄层状水片，水跃区域伴随着洪水演进过程先是在人行道处发生横向的迁移合并，再是在街区道路的纵向方向上逐渐耗散直至消失，街区水位在100 s后基本稳定，从上游至下游呈“先增大、再减小”的变化趋势。溃堤洪水在街区演进过程中，不同蓄水高度对有压雨水管网的泄流量影响相较于不同前池进口流量更加显著，街区上游雨水口的峰值流量在最大蓄水高度条件约为最大前池进口流量的1.5倍。研究结合街区水位及有压雨水管网压强采用欧拉数对短管淹没出流公式的泄流系数进行了率定，修正后的理论计算值的误差由32%降低至2%，能够较好地反映出街区雨水口的泄流能力。研究成果不仅能为数学模型提供翔实的验证资料，还可为城市洪涝治理提供理论指导。

关键词

溃堤洪水 / 有压雨水管网 / 雨水口 / 概化水槽模型

基金资助

国家自然科学基金项目(51725902;41890823); 河南省高等学校重点科研项目计划(21B770002); 广东省水动力学应用研究重点实验室开放研究基金(gdsky[2018]003); 华北水利水电大学高层次人才科研启动项目(20190906)