重庆市主城排水干管系统设计暴雨强度公式及其运行风险分析

论文摘要

重庆市主城排水干管工程按分流制设计，由于三级管网改造工程尚未完成，所以事实上仍然为合流制排水体制，排水干管系统在强降雨时成为重庆主城排洪泄涝的关键。暴雨强度公式是一个地区进行排水管网设计的依据，它不仅要能体现出当地当前的极端降雨特征，还要有足够的精确度。重庆市现在使用的暴雨强度公式是使用1973年以前的资料推导的，且资料年限不足，已不能反应当前的极端降雨特征，因此，有必要根据近年来降雨特征对其进行修正，并据此对重庆市主城排水干管工程的安全运行能力进行分析。暴雨强度公式的推导涉及三个关键技术问题：一是暴雨强度样本的提取；二是确定适合于样本的概率分布模型，并建立当地的重现期-暴雨强度-降雨历时关系表（IDF表）；三是暴雨强度公式非线性模型参数的数值求解。本文根据规范要求和重庆市气象局提供的近30年（1981年2010年）的分钟自记雨量计记录，采用年多个选样法对重庆市暴雨强度进行了采样，然后用耿贝尔分布、威布尔分布、指数分布及皮尔逊-Ⅲ型分布四种概率分布模型对重庆市暴雨强度样本进行研究，结果表明：除耿贝尔分布外，指数分布、Weibull分布及P-Ⅲ分布都可以用于重庆市暴雨强度样本的拟合，且指数分布拟合效果最好，Weibull分布次之，P-Ⅲ分布再次之。根据此结果，本文分别建立了后三种概率分布模型对应的重现期-暴雨强度-降雨历时关系表，然后用南京法（CRA）确定了三种概率分布模型对应的暴雨强度公式中的各个参数，通过误差分析，选择误差最小且满足规范要求的指数分布对应的公式作为重庆市暴雨强度新公式，并通过新旧公式的对比，指出了旧公式的不足之处。利用新建暴雨强度公式，本文对重庆市主城排水工程A线干管在排水体制改变后的排水能力和架空箱涵的结构安全进行了分析，结果表明：在强降雨下，A线干管架空箱涵不会发生结构破坏，但A线干管中的合流水量在某些区域超过了其设计流量，终点处的流量超过了污水处理厂的处理能力，且A线干管各流域的年风险率均较高。为此，建议增设了溢流管道对多余流量进行溢流，流量监测数据表明，该措施效果显著。最后，以重庆主城排水干管为主体，建立了城市排水管网结构性安全运行监控与管理系统，对管道运行能力进行监控与管理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的和研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 2 极值统计的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 极值概述
• 2.3 极值统计中的常用分布
• 2.3.1 经验分布
• 2.3.2 皮尔逊-Ⅲ型（P-Ⅲ）分布
• 2.3.3 经典极值分布
• 2.3.4 广义 Pareto 分布
• 2.4 本章小结
• 3 重庆市暴雨强度概率分布模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 雨量分析的几个要素
• 3.3 重庆市暴雨强度选样
• 3.3.1 资料来源
• 3.3.2 选样方法
• 3.3.3 年多个样法频率计算
• 3.3.4 重庆市暴雨强度样本
• 3.4 重庆市暴雨强度概率分布模型
• 3.4.1 概率分布模型及参数估计
• 3.4.2 PDF 图及 CDF 图
• 3.4.3 拟合优度检验
• 3.5 本章小结
• 4 重庆市暴雨强度公式推导
• 4.1 引言
• 4.2 建立T-i-t表
• 4.3 重庆市暴雨强度公式推导
• 4.3.1 暴雨强度公式形式
• 4.3.2 暴雨强度公式推导方法
• 4.3.3 误差分析
• 4.3.4 重庆市暴雨强度公式
• 4.4 新旧公式对比
• 4.5 本章小结
• 5 A 线干管排水能力风险分析及架空箱涵结构安全性分析
• 5.1 A 管线工程概述
• 5.2 二级管网流量分析
• 5.2.1 二级管网水力计算
• 5.2.2 推理公式法
• 5.2.3 二级管网收水区域的流量计算
• 5.3 A 线干管排水能力风险分析
• 5.3.1 A 线干管设计概况
• 5.3.2 雨水流量计算
• 5.3.3 风险分析
• 5.4 A 线干管架空箱涵结构安全分析
• 5.4.1 A 线干管架空箱涵现状
• 5.4.2 内水压力下架空箱涵有限元数值模拟分析
• 5.5 安全运行技术措施
• 5.5.1 溢流管道设置
• 5.5.2 采取措施后结果
• 5.6 本章小结
• 6 重庆主城排水管网结构性安全运行监控与管理系统
• 6.1 系统概述
• 6.2 实时监测记录
• 6.2.1 雨量监测
• 6.2.2 流量监测
• 6.2.3 架空箱涵运行监测
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录 A 重庆市暴雨强度样本（mm/min）
• 附录 B 作者在攻读学位期间发表的论文与软件著作权