[发明专利]一种道路排涝负荷交叉口流量分配的预测方法

说明书

本发明公开了一种道路排涝负荷交叉口流量分配的预测方法，它包括以下步骤：1、在T型一进两出道路交叉口处，以水深、流速、流量为变量，构建流量连续性方程、主路和支路的动量守恒方程和能量守恒方程，获得约束控制方程，建立交叉口处分流方程组；2、根据步骤1建立的交叉口处分流方程组，利用Matlab软件编写交叉口流量分配计算程序，获得交叉口处分流方程组的最优解；3、运行步骤2的交叉口流量分配计算流程程序，求解步骤1中建立的交叉口处分流方程组，得到不同道路设计参数下交叉口分流的支路流量的最优解。本发明的技术效果是：提高了一维模型中求解交叉口处分流流量的计算精度。

技术领域

本发明属于防洪排涝分析技术领域，具体涉及一种道路排涝负荷交叉口处流量分配的预测方法。

背景技术

近年来伴随城市化的快速发展，城市内涝频发。在超过雨水管渠、调节池、排水泵站等传统设施和小排水系统的设计标准暴雨时，管网排水(小排水系统)和道路泄洪通道(大排水系统)构成管道-道路联合排涝系统，相互衔接共同作用。

利用城市道路作为超标雨水泄洪通道时，在城市密布的道路交叉口处还存在着道路排涝负荷的二次分配问题。如果在道路交叉口处计算的分流量与实际情况偏差较大，将导致实际运行中部分道路分担额外的流量，可能引发马路洪水导致行人及汽车失稳及翻转，增加下游行洪风险。因此精确预测交叉口处下游排涝负荷分配显得尤为重要。

目前，在道路交叉口处一维模型基于侧向堰流假设来进行流量分配计算，模型计算精确度较低。一维模型通常将支路概化为高度为零的侧向堰，采用堰流公式确定其分摊流量，一维模型的典型数学式为，

式中：Q—过堰流量(m³/s)；Le—有效堰长度(m)；He—堰进流端的有效水头(m)；C_w—堰流系数(m^1/2/s)。

有效堰长度Le：

L_e＝L-0.1nH_e

式中：L—实际堰长度(m)，如果堰长度为整个渠道宽度，n＝0；如果堰远离一侧壁面，n＝1；如果堰远离两侧壁面，n＝2。

堰流系数C_w：

薄壁矩形堰的标准堰流系数Cw为3.33(m^1/2/s)。当Hw/L1/3时，堰流系数随有效水头以及堰的尺寸和布局变化而变化。

堰流公式中支路分流流量仅与堰上水头有关，未考虑上游来流量和支路断面收缩引起的流速变化，在流速较大的情况下模拟误差较大。由于道路交叉口分流具有明显的二元平面结构，水流有着明显的有效过水断面收缩，水流方向及流线的收缩情况对支路分配的流量影响较大。

现有一维模型忽略了交叉口处来水流方向、流速以及流态等关键流场要素，计算结果与实验结果相比误差较大。而交叉口处二维、三维模型应用于城市管道与道路连通系统进行道路平面交叉口流量分配计算时，所需基础数据量大，模型构建复杂耗时。因此如何提高较少基础数据需求量的一维模型的计算精确度，实现其工程应用推广，具有较大的实际指导意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种道路排涝负荷交叉口流量分配的预测方法，它通过建立一维模型，能提高交叉口处分流流量的计算精度。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、在T型一进两出道路交叉口处，以水深、流速、流量为变量，构建流量连续性方程、主路和支路的动量守恒方程和能量守恒方程，获得约束控制方程，建立交叉口处分流方程组；

步骤2、根据步骤1建立的交叉口处分流方程组，利用Matlab软件编写交叉口流量分配计算程序，以获得交叉口处分流方程组的最优解；