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瞬时单位线法求雨水管网系统入流流量过程线的数值计算方法

一、瞬时单位线法概述

(1)瞬时单位线法是一种广泛应用于雨水管网系统设计、分析和管理的数学工具。该方法基于单位线理论，通过模拟降雨过程中雨水管网系统入流流量的变化过程，为雨水管网设计提供依据。瞬时单位线法的基本原理是将降雨过程分解为一系列连续的单位降雨过程，并计算每个单位降雨过程对应的入流流量，从而构建整个降雨过程中的入流流量过程线。

(2)在应用瞬时单位线法时，首先需要根据降雨资料和管网特性确定单位线曲线。单位线曲线反映了单位降雨强度下，雨水管网系统的入流流量随时间的变化规律。通过拟合降雨资料，可以得到一系列单位线曲线，这些曲线可用于不同降雨强度和持续时间下的入流流量计算。

(3)瞬时单位线法在实际应用中具有以下特点：首先，它可以模拟复杂降雨条件下雨水管网系统的入流流量过程，为设计人员提供准确的流量数据；其次，该方法计算简便，易于理解和操作；最后，瞬时单位线法能够有效考虑雨水管网系统的非线性特性，适用于不同类型和规模的雨水管网系统。因此，瞬时单位线法在雨水管网设计和管理中具有重要的应用价值。

二、雨水管网系统入流流量过程线构建

(1)雨水管网的入流流量过程线构建是雨水系统设计和管理的关键环节。以某城市为例，该城市雨水管网系统面积约为10平方公里，设计重现期P=2年，最大24小时降雨量Qmax=180mm。在构建入流流量过程线时，首先收集了该地区多年的降雨资料，包括降雨历时、降雨量、降雨强度等数据。通过对降雨资料的统计分析，得出了该地区平均降雨历时为1小时，平均降雨量为100mm。

(2)在确定单位线曲线时，选取了历史降雨数据中代表性较强的三次降雨事件作为样本。分别计算了这三次降雨事件对应的单位线曲线，并进行了平均处理，得到了该地区标准单位线曲线。根据单位线曲线，假设降雨历时为3小时，降雨量为120mm，则可计算得到入流流量过程线的峰值约为50L/s。

(3)结合雨水管网系统设计参数，如管道坡度、糙率等，利用水力学公式对入流流量过程线进行校核。以某次降雨事件为例，该事件降雨历时为2小时，降雨量为100mm，通过计算得到入流流量过程线峰值约为40L/s。根据管网设计要求，在峰值流量下，管道流速应大于1.5m/s，以确保管网运行安全。经计算，该管网设计参数满足要求，入流流量过程线构建合理。

三、数值计算方法步骤

(1)数值计算方法在瞬时单位线法求雨水管网系统入流流量过程线中扮演着核心角色。以某城市雨水管网为例，首先，我们需要收集并整理该地区的降雨数据，包括降雨强度、历时、时段等。假设收集到的降雨数据涵盖了一个设计重现期为5年的降雨事件，降雨历时为2小时，降雨强度最大值为80mm/h。

在确定单位线曲线时，首先对降雨数据进行单位线计算。对于每个降雨时段，计算单位降雨强度下的入流流量，并将这些流量值绘制成曲线。以降雨强度为40mm/h为例，计算得到该强度下的入流流量为30L/s。通过这样的计算，可以得到一系列单位线曲线。

(2)接下来，我们需要根据降雨过程和单位线曲线来计算整个降雨过程中的入流流量过程线。以某次降雨事件为例，降雨强度随时间的变化如下：0-1小时为50mm/h，1-2小时为70mm/h，2-3小时为30mm/h，3-4小时为20mm/h。根据单位线曲线，我们可以分别计算出每个时段的入流流量，然后将这些流量值累加，得到整个降雨过程中的入流流量过程线。

例如，对于第一个小时，根据单位线曲线，40mm/h的降雨强度对应的入流流量为40L/s。同理，第二小时的入流流量为70L/s，第三小时为15L/s，第四小时为10L/s。将这些流量值累加，得到整个降雨过程中的入流流量过程线峰值约为125L/s。

(3)在完成入流流量过程线计算后，需要对结果进行校核和验证。以某城市雨水管网为例，假设该管网设计重现期为10年，最大24小时降雨量为200mm。通过数值计算得到的入流流量过程线峰值约为200L/s。为了验证这一结果，我们采用水力学模型对管网进行模拟，模拟结果显示，在峰值流量下，管网流速为2.5m/s，满足设计要求。

此外，我们还对管网不同部位的流量进行了详细分析，以确定是否存在拥堵或溢流风险。通过对比数值计算结果和模拟结果，我们验证了数值计算方法的准确性，并据此对管网设计进行了优化。这一过程不仅确保了管网在极端降雨条件下的安全运行，还提高了管网系统的整体效率。

四、计算结果分析与应用

(1)在完成瞬时单位线法求得的雨水管网系统入流流量过程线后，对计算结果的分析至关重要。以某城市为例，通过计算得到的入流流量过程线显示，在重现期为5年的降雨事件中，峰值流量出现在降雨后的2小时左右，达到峰值后逐渐衰减。分析结果显示，该峰值流量约为100L/s，远高