留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

雨水管道沉积物累积对过流能力影响的模拟试验

王建龙 王泽熙 李晗 张长鹤

王建龙,王泽熙,李晗,等.雨水管道沉积物累积对过流能力影响的模拟试验[J].环境工程技术学报,2022,12(3):732-737 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210311
引用本文: 王建龙,王泽熙,李晗,等.雨水管道沉积物累积对过流能力影响的模拟试验[J].环境工程技术学报,2022,12(3):732-737 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210311
WANG J L,WANG Z X,LI H,et al.Simulation test on the influence of sediment accumulation on the drainage capacity of rainwater pipeline[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(3):732-737 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210311
Citation: WANG J L,WANG Z X,LI H,et al.Simulation test on the influence of sediment accumulation on the drainage capacity of rainwater pipeline[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(3):732-737 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210311

雨水管道沉积物累积对过流能力影响的模拟试验

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210311
基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX0713-002)
详细信息
    作者简介:

    王建龙(1978—),男,教授,博士,主要研究方向为城市雨水控制利用,wjl_xt@163.com

  • 中图分类号: X52

Simulation test on the influence of sediment accumulation on the drainage capacity of rainwater pipeline

  • 摘要:

    我国大部分城市的雨水管道都存在沉积物累积现象,其一方面阻塞管道,降低过流能力,引发积水内涝,另一方面也是造成受纳水体冲击污染的主要原因之一。针对上述问题,通过实验室试验,研究了沉积物累积厚度、沉积物表面粗糙程度、管道坡度等因素对雨水管道过流能力的影响。结果表明:在坡度为2‰条件下,当管径为150 mm时,沉积物累积厚度从管道直径的20%增至70%,过流能力削减率从14.93%增至59.56%;根据水力学相似准则,当管径为2 000 mm时,沉积物累积厚度从20%增至70%,过流能力削减率从44.78%增至73.75%。因此,过流能力削减率随沉积物累积厚度和管径的增加而增加。试验条件下,沉积物表面粗糙度变化对过流能力无显著影响,随粗糙度增加,过流能力削减率变化幅度的平均值为5.93个百分点;而坡度变化对过流能力的影响较为明显,试验条件下过流能力削减率变化幅度为12.30~28.83个百分点。研究结果可为城市雨水排水管道的优化设计、维护管理、监测评估提供依据。

     

  • 图  1  试验装置示意

    1—调节水箱;2—进水管;3—配水箱;4—满流管道;5—稳流水箱;6—主管道;7—回流管

    Figure  1.  Schematic diagram of the experiment device

    图  2  雨水排水管道沉积物模拟方法示意

    Figure  2.  Simulation method of sediment accumulation in rainwater drainage pipeline

    图  3  管道过流能力削减示意

    注:Q为流量;h为液位。①表示水位到达①处时,管道从无压流变成有压流。

    Figure  3.  Schematic diagram of pipe drainage capacity reduction

    图  4  沉积物表面粗糙度模拟

    Figure  4.  Simulation of sediment surface roughness

    图  5  沉积物厚度对过流能力的影响

    注:虚线表示管径的上限(模拟管道的管径为150 mm)。

    Figure  5.  Influence of sediment thickness on discharge capacity

    图  6  沉积物厚度、管径与过流能力削减率关系曲线(坡度为2‰)

    注:虚线表示管道的运行过流能力不低于70%的清淤临界条件,即削减率不超过30%。

    Figure  6.  Relationship curve between sediment thickness, pipe diameter and drainage capacity reduction rate (slope of 2‰)

    图  7  不同粗糙度下过流能力削减效果(S50%

    Figure  7.  Drainage capacity reduction effect under different roughness (S50%)

    图  8  坡度对管道过流能力削减率的影响

    Figure  8.  Pipeline flow capacity reduction rate under different slopes

  • [1] 国家统计局. 中国统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2015.
    [2] 黄乃先, 齐一凡, 金伟.排水管道沉积物控制的研究进展[J]. 环境工程技术学报,2021,11(3):507-513. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210017

    HUANG N X, QI Y F, JIN W. Research progress on the control of sediments in the drainage pipe[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2021,11(3):507-513. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210017
    [3] 李茂英, 李海燕.城市排水管道中沉积物及其污染研究进展[J]. 给水排水,2008,44(增刊1):88-92.
    [4] 尹海龙, 王月, 赵刚.分流制系统雨水管网混接旱天排放污染特征研究[J]. 环境科学学报,2019,39(10):3551-3558.

    YIN H L, WANG Y, ZHAO G. A study on characteristics of dry-weather discharge pollution from separate storm drains with inappropriate flow entries[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2019,39(10):3551-3558.
    [5] YANG L H, LI J Z, ZHOU K K, et al. The effects of surface pollution on urban river water quality under rainfall events in Wuqing District, Tianjin, China[J]. Journal of Cleaner Production,2021,293:126136. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126136
    [6] WANG Q, ZHANG Q H, WU Y, et al. Physicochemical conditions and properties of particles in urban runoff and rivers: implications for runoff pollution[J]. Chemosphere,2017,173:318-325. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.01.066
    [7] HANNOUCHE A, CHEBBO G, JOANNIS C. Assessment of the contribution of sewer deposits to suspended solids loads in combined sewer systems during rain events[J]. Environmental Science and Pollution Research International,2014,21(8):5311-5317. doi: 10.1007/s11356-013-2395-1
    [8] 尚宇, 周毅, 廖安意, 等.雨水管道沉积物沉淀特性及主要污染物含量分布[J]. 环境科学,2018,39(8):3696-3703.

    SHANG Y, ZHOU Y, LIAO A Y, et al. Sedimentation characteristics and pollutant content distribution of storm drainage sediments[J]. Environmental Science,2018,39(8):3696-3703.
    [9] 司韦, 于江华, 解丽媛.雨水管道沉积物粒径分布与污染特征研究[J]. 环境科技,2021,34(1):35-40.

    SI W, YU J H, XIE L Y. Study on the particle size distribution and pollution characteristics of rainwater pipe sediments[J]. Environmental Science and Technology,2021,34(1):35-40.
    [10] 桑浪涛, 石烜, 张彤, 等.城市污水管网中污染物冲刷与沉积规律[J]. 环境科学,2017,38(5):1965-1971.

    SANG L T, SHI X, ZHANG T, et al. Law of pollutant erosion and deposition in urban sewage network[J]. Environmental Science,2017,38(5):1965-1971.
    [11] 徐强强, 李阳, 马黎, 等.城市雨水管道沉积物氮磷污染溶出特性试验研究[J]. 环境科学研究,2021,34(3):646-654.

    XU Q Q, LI Y, MA L, et al. Experimental study on leaching characteristics of nitrogen and phosphorus in urban rainwater pipeline sediment[J]. Research of Environmental Sciences,2021,34(3):646-654.
    [12] 张怡蕾, 操家顺, 薛朝霞, 等.城市排水管道内污染物迁移转化规律研究进展[J]. 环境科学研究,2020,33(1):111-121.

    ZHANG Y L, CAO J S, XUE Z X, et al. Research progress on the pollutants migration and transformation in municipal sewer[J]. Research of Environmental Sciences,2020,33(1):111-121.
    [13] TANG Y B, ZHU D Z, RAJARATNAM N, et al. Sediment depositions in a submerged storm sewer pipe[J]. Journal of Environmental Engineering,2020,146(10):04020118. doi: 10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001799
    [14] SONG Y, YUN R, LEE E, et al. Predicting sedimentation in urban sewer conduits[J]. Water,2018,10(4):462. doi: 10.3390/w10040462
    [15] 桑浪涛. 管道中污染物在污水-沉积物间的迁移转化规律研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2017.
    [16] 付博文. 城市污水管道中污染物沉积特性研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2016.
    [17] 卢渊博. 排水管道淤积过流特性与点源污染扩散规律研究[D]. 郑州: 郑州大学, 2020.
    [18] 王晓静, 陈永祥.城市排水管道结构性缺陷及应对策略[J]. 城乡建设,2020(5):51-53.
    [19] 王冬梅, 张士林.水平管道淤积断面紊流的速度分布研究[J]. 中国工程科学,2005,7(2):66-68. doi: 10.3969/j.issn.1009-1742.2005.02.012

    WANG D M, ZHANG S L. Research on water velocity in filling up section of horizontal pipe[J]. Engineering Science,2005,7(2):66-68. doi: 10.3969/j.issn.1009-1742.2005.02.012
    [20] 文碧岚, 李树平, 沈继龙, 等.排水管道淤积状况模拟分析[J]. 给水排水,2015,51(7):151-157. doi: 10.3969/j.issn.1002-8471.2015.07.037

    WEN B L, LI S P, SHEN J L, et al. Modelling of sewer sedimentation accumulating[J]. Water & Wastewater Engineering,2015,51(7):151-157. doi: 10.3969/j.issn.1002-8471.2015.07.037
    [21] 龙同云. 城市排水管道内障碍物对过流能力的影响研究[D]. 广州: 广东工业大学, 2016.
    [22] 李书友, 冯亚辉.管道无压流的过流能力研究[J]. 水利科技与经济,2012,18(4):11-12. doi: 10.3969/j.issn.1006-7175.2012.04.004

    LI S Y, FENG Y H. Discharge capacity research on pipeline free flow[J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy,2012,18(4):11-12. doi: 10.3969/j.issn.1006-7175.2012.04.004
    [23] 住房和城乡建设部. 室外排水设计标准: GB 50014—2021[S]. 北京: 中国计划出版社有限公司, 2021.
    [24] 张亚琦. 综合管廊排水管道堵塞识别理论与试验研究[D]. 北京: 北京建筑大学, 2019.
    [25] 李斌, 王以兵, 丁林.山地灌区重力流下管道极限流速探讨[J]. 人民黄河,2013,35(2):81-82. doi: 10.3969/j.issn.1000-1379.2013.02.029

    LI B, WANG Y B, DING L. Investigation for the pipeline limit flow rates of gravity flow conditions in mountain irrigation area[J]. Yellow River,2013,35(2):81-82. ◇ doi: 10.3969/j.issn.1000-1379.2013.02.029
  • 加载中
图(8)
计量
  • 文章访问数:  295
  • HTML全文浏览量:  287
  • PDF下载量:  53
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-09
  • 网络出版日期:  2022-06-07

目录

    /

    返回文章
    返回