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系統識別號 U0002-2707200510010700
中文論文名稱 雨水下水道數值模式之建構
英文論文名稱 Development of A Numerical Model for Storm-Drainage System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 溫美芳
研究生英文姓名 Mei-Fang Wen
學號 691330020
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-24
論文頁數 96頁
口試委員 指導教授-許中杰
委員-施國肱
委員-唐啟釗
中文關鍵字 下水道系統  普里司曼隱性差分  數值雙掃法  聖凡南假設  上下游邊界條件  迴圈管網 
英文關鍵字 Preissmann's Scheme  Drainage System  Double Sweep Method  Loop-reach 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 目前國內應用於評估雨水下水道系統之數值模式,或因水文條件考慮之差異,或因沒有模式之原始程式無法做進一步之修正內部水理條件,無法有效且精確模擬雨水下水道系統複雜之各種水理現象。為建立一適合於國內長期使用且可長期修正率定之評估模式,本研究建構都市雨水下水道系統一維性非恆態流水理數值評估模式。
本研究之一維性非恆態流水理模式是應用普里司曼隱性差分技巧(Preissmann’s Scheme)及數值法模擬應用聖凡南假設(Saint Venant Hypotheses)而推導之連續式與動量方程式。藉由各子集水區之基底降雨強度及應用合理化公式而求得各管渠之基底流量。假設於恆態流況下,各管渠之初始水深藉由基底流量及下水道系統之上、下游邊界條件以標準步推法(Standard-Step Method)求得。下水道系統各子集水區之非恆態入流歷線可應用各種水文或水理模式建構;本研究暫時採用荷頓漫地流水文模式建構。水文模式可視實際需要而建構求得,並可直接輸入。因為側溝與集水陰井之影響較小,本研究假設各子集水區之入流流量直接經由水孔排入幹線。模式之下游條件可應用已知之下游河川水位資料或考慮抽水站抽水量而模擬。
本評估模式可模擬矩型與圓型管之明渠流與滿管壓力流水理現象;管渠配置可為匯流、分流及迴圈管網,而人孔、抽水站或任何水工結構物亦可於模式中建構。應用本模式於多種匯流、分流及管網系統以矩形及圓形兩種斷面形狀之渠道來模擬其水理現象,並根據其結果驗證本模式之可靠性。
英文摘要 We apply Preissmann’s scheme and Double Sweep Method to establish a model to solve Continuity Equation and Momentum Equation according to Saint Venant Hypotheses. The model can be applied to refer to design of the drainage system and estimate capability of the drainage system as a basis of improving drowned region.
The initial base discharge at each channel is computed using an assumed suitable rainfall intensity and Rational method. The initial depth of this model involves downstream boundary condition effect and is derived from downstream end using Standard-Step Method. The inflow of each manhole is computed by Horton’s overland flow hydrological model or given measured field data. We regard manholes of this system as the internal condition and simulate them with conservation of mass and condition of water stage. A water stage or free fall condition is specified at the downstream boundary.
The model is capable of simulating flow conditions such as open channel flow for dividing channel, junction channel and loop-reach, pressure flow and drowned flow drainage system. We choose rectangular shape and circular shape to simulate and use several kinds of symmetrically allocated tube network to evaluate. The results are in good agreement with physical phenomena.
論文目次 目錄
謝 誌 ..............................................I
中 文 摘 要 ……………………………………………………………Ⅱ
英 文 摘 要 ……………………………………………………………Ⅲ
圖 目 錄 ……………………………………………………………Ⅵ
第一章 前言..............................................1
第二章 文獻回顧..........................................3
第三章 理論基礎..........................................5
3-1 控制方程式............................................5
3-1-1 明渠流之控制方程式..................................5
3-1-2 滿管壓力流之控制方程式..............................6
3-2 初始條件與邊界條件....................................7
3-2-1 初始條件............................................7
3-2-2 上游邊界條件........................................7
3-2-2-2 漫地流逕流歷線....................................8
3-2-3 下游邊界條件........................................9
3-3 內部條件..............................................10
3-3-1質量守衡.............................................10
3-3-2 水位條件............................................10
3-4 等效管及多孔..........................................11
3-4-1 等效管(Equivalent conduit)........................11
3-4-2 多孔管渠............................................11
第四章 數值方法..........................................12
4-1 普里司曼四點隱性差分方法..............................12
4-2 差分控制方程式........................................13
4-2 數值雙掃法............................................14
4-3 迴圈(Loop)之分析....................................17
4-4 等效管及多孔管渠之分析................................19
4-4-1 等效管..............................................19
4-4-2 多孔管渠............................................19
第五章 結果與討論.........................................20
第六章 結論...............................................23
參考文獻..................................................24
附錄一 明渠流之差分控制方程式............................52
附錄二 壓力流之差分控制方程式............................55
附錄三 影響係數 、 、 及 、 、 之迴歸式..................57
附錄四 影響係數 、 及 之迴歸式...........................60
附錄五 數值雙掃法的分析步驟..............................61
附錄六 數值模式使用操作說明..............................62
附錄七 模式程式使用符號說明..............................73
附錄八 數值模式範例說明..................................79
圖目錄
圖1 非恆態流數值模式之流程圖.............................28
圖2 差分方法格點之空間與時間權重示意圖...................29
圖3 給定延時之超滲降雨所推演之漫地流歷線.................30
圖4 人孔控制體積示意圖。(A)非下游端之人孔;(B)含抽水站之下游端人孔。(圖中Ycr為臨界水位;Ym為抽水站之內池水位;YYH為抽水站之外池水位。)....................................31
圖5 SAMPLE 1 - 管網模擬配置圖..........................32
圖6 SAMPLE 1 矩形斷面之明渠流況.......................33
圖7 SAMPLE 1 - 1 圓形斷面之明渠流況....................34
圖8 SAMPLE 2 - 管網模擬配置圖..........................35
圖9 SAMPLE 2 矩形斷面之明渠流況.......................36
圖10 SAMPLE 2 - 1 圓形斷面之明渠流況....................37
圖11 SAMPLE 2 - 2 矩形斷面之明渠流況;CH5—逆坡渠道.....38
圖12 SAMPLE 2 - 3 矩形斷面;啟動抽水站..................39
圖13 SAMPLE 3 - 管網模擬配置圖..........................40
圖14 SAMPLE 3 矩形斷面之明渠流況.......................41
圖15 SAMPLE 4 - 管網模擬配置圖..........................42
圖16 SAMPLE 4 矩形斷面之明渠流況.......................43
圖17 SAMPLE 6 - 管網模擬配置圖..........................44
圖18 SAMPLE 6 矩形斷面之明渠流況.......................45
圖19 SAMPLE 6 矩形斷面之明渠流況.......................46
圖20 SAMPLE 6 - 1 部分矩形斷面;部分圓形斷面之明渠流況..47
圖21 SAMPLE 6 - 1 部分矩形斷面;部分圓形斷面之明渠流況..48
圖22 SAMPLE 6 - 2 矩形斷面;啟動抽水站(部分人孔淹水)....49
圖23 SAMPLE 6 - 2 矩形斷面;啟動抽水站(部分人孔淹水)....50
圖24 迴圈說明圖..........................................51



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