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计标准,确定雨水设计流量,然后按此进行雨水管道的水力计算,认为雨水管道一经确定,其排水能力是确定的。事实上,由于各种不确定性因素的影响,管道的过水能力不是与设计流量一致的确定量,而是随机变量,这就是水力不确定性。由于这种不确定性的存在,管道能通过设计流量的可靠程度应能在工程设计中给予足够的重视,以便使工程设计可靠合理。本文运用概率统计方法对此问题进行研究,给出了计算公式和计算方法。 1　雨水管道水力设计可靠性的度量 所谓可靠性是指产品在规定的时间内,在规定的条件下,完成规定功能的能力[1]。当使用概率来度量这一能力时,就是可靠度,即可靠度是可靠性的概率度量。在可靠性定义中,论述的对象泛指产品,本文中可靠性问题的对象是指雨水管道。 设计条件下雨水管道的水力计算,常按满管无压均匀流计算,计算公式为： V 1/n R2/3I1/2 1 水力计算时,设计流量为已知,设为Q0,通常在选定管材之后,粗糙率为已知数值,设为n0,利用式 1 、式 3 可计算出既符合水力计算基本技术规定,又满足Q0要求的流速V0、管径D0和水力坡度I0。然而事实上,由于管材制造方面的误差,施工、测量误差以及运行过程中的不确定性等,都会使式 3 流量函数中各水力因子D、n、I具有一定的不确定性,均为随机变量,因而过水能力Q为多元随机变量 的函数,也是随机变量,当Q≥Q0时,管道能够排泄设计流量,否则将发生漫溢。因 此,根据可靠度定义,管道水力设计的可靠度PS为： 提要:　雨水管道水力设计中,由于各水力因子的不确定性,管道的过水能力是一随机变量。文中分析了各水力因子的不确定性,并通过一次二阶矩法求过水能力的统计参数,给出了过水能力的均值、变差系数的计算式以及管道水力设计可靠度的计算式和计算方法。算例表明,现行的水力计算方法,水力设计的可靠度较低。 0　引言 城市雨水管道设计中,一般只考虑水文因素造成的不确定性,即考虑雨水流量的不确定性,首先通过拟定雨水排除设计标准,确定雨水设计流量,然后按此进行雨水管道的水力计算,认为雨水管道一经确定,其排水能力是确定的。事实上,由于各种不确定性因素的影响,管道的过水能力不是与设计流量一致的确定量,而是随机变量,这就是水力不确定性。由于这种不确定性的存在,管道能通过设计流量的可靠程度应能在工程设计中给予足够的重视,以便使工程设计可靠合理。本文运用概率统计方法对此问题进行研究,给出了计算公式和计算方法。 1　雨水管道水力设计可靠性的度量 所谓可靠性是指产品在规定的时间内,在规定的条件下,完成规定功能的能力[1]。当使用概率来度量这一能力时,就是可靠度,即可靠度是可靠性的概率度量。在可靠性定义中,论述的对象泛指产品,本文中可靠性问题的对象是指雨水管道。 设计条件下雨水管道的水力计算,常按满管无压均匀流计算,计算公式为： V 1/n R2/3I1/2 1 Q ω· 1/n R2/3I1/2 2 式中V--管道流速,m/s； Q--管道的过水流量,雨水管道水力计算时即是管道的过水能力,m3/s； ω--过水断面面积,m2； n--管壁粗糙率； R--水力半径 过水断面面积与湿周之比 ,m； I--水力坡度。 雨水管道中常用的断面形式大多为圆形,以此种情况为例进行讨论,式 2 中ω、R均可由管径反映,此时式 2 变为 Q 0.311685D8/3 1/n I1/2 Q D,n,I 3 式中D--圆管直径,m。 水力计算时,设计流量为已知,设为Q0,通常在选定管材之后,粗糙率为已知数值,设为n0,利用式 1 、式 3 可计算出既符合水力计算基本技术规定,又满足Q0要求的流速V0、管径D0和水力坡度I0。然而事实上,由于管材制造方面的误差,施工、测量误差以及运行过程中的不确定性等,都会使式 3 流量函数中各水力因子D、n、I具有一定的不确定性,均为随机变量,因而过水能力Q为多元随机变量 的函数,也是随机变量,当Q≥Q0时,管道能够排泄设计流量,否则将发生漫溢。因 此,根据可靠度定义,管道水力设计的可靠度PS为： Ps P Q≥Q0 P 0.311685D8/3 1/n I1/2≥Q0 4 由此可见,要计算管道水力设计的可靠度PS,必须确定过水能力Q的概率分 布。以下从影响Q的各水力因子的不确定性入手,进行研究。 2　水力因子的概率分布和统计参数确定 从理论上导出各水力因子的概率分布是十分困难的。研究表明,当可靠度PS≤0.999时,概率分布类型 当然是合理的假定 对PS的影响不敏感[2]。目前水力因子不确定性分析中,各水力因子的概率分布常采用三角形分布[3,5]。为叙述方便,设x D,n,I ,即由x代表任一水力因子,假设服从三角形分布,其图形如图1所示,密度函数为： 对于特殊情况,均值和变差系数[5]分别为： 当上三角形分布