城市河道排澇流量計算方法研究

城市河道排澇流量計算方法研究冀琨（1972.11—），男（漢），山西榆次人，經(jīng)濟(jì)師，主要進(jìn)行城市給排水方面的研究。冀琨（1972.11—），男（漢），山西榆次人，經(jīng)濟(jì)師，主要進(jìn)行城市給排水方面的研究。（太原市城鄉(xiāng)管理委員會排水管理處冀琨）【摘要】：通過對城市排水和排澇的區(qū)別，對城市排澇流量的計算方法進(jìn)行了分析研究。以太原市迎澤西大街部分為研究對象，進(jìn)行了排澇流量的計算。在此基礎(chǔ)上，對虎峪河的部分路段河道的控制水位進(jìn)行了分析研究?！娟P(guān)鍵詞】：城市河道 排澇流量計算刖言由于城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對于城市現(xiàn)代化建設(shè)要求的提高以及近年來大雨暴雨帶來的內(nèi)澇問題日益凸顯，排澇設(shè)計不合理、沒有準(zhǔn)確預(yù)測和估算大雨暴雨等帶來的流量劇增壓力，使得城市排水成為我國城市普遍的一個頭痛的難題，所以，對于城市河道排澇的研究成為我國廣大學(xué)者研究的一個熱點問題。對于城市河道排澇的研究，能夠為城市排水管網(wǎng)的合理規(guī)劃設(shè)計奠定堅實的理論基礎(chǔ)，也是解決城市排水的必要基礎(chǔ)。只有徹底解決城市排澇的問題，才能保障人民財產(chǎn)人身安全，為城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供必要的基礎(chǔ)。進(jìn)一步地，對于排澇流量的計算，是合理規(guī)劃城市排水管網(wǎng)的前提。因此，對于排澇流量的計算具有十分重要的意義。一、城市排澇與排水的主要區(qū)別城市主要解決的是歷時較長，積水面積較大的城市河道排水的問題。因此，相對于城市排水問題來講，解決排澇問題在中觀層面治理排洪更具有現(xiàn)實的意義。比如，1996年夏天8月初，虎峪河由于暴雨連降而導(dǎo)致水位劇增沖垮了河壩，洪水沖到了迎澤大街，造成了洪水災(zāi)害，就是我們排澇設(shè)計應(yīng)當(dāng)吸取的經(jīng)驗和教訓(xùn)'盡管，我國對于城市排澇還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，但是在管網(wǎng)設(shè)計等方面應(yīng)當(dāng)依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。城市排澇和排水的區(qū)別如下表 1-1所示：表1-1城市排澇與排水比較分析表項目分析對象分析范圍重現(xiàn)期（年）暴雨定位外河水位排水城市排水r小面積0.5--5短時間不考慮排澇河道排水大面積5--20長時間重點考慮二、主要方法分析（一）推理公式法的原理計算公式為，Qm=X-H^F其中，x?{0.275——0.280}，是一個可變系數(shù)，根據(jù)實際情況可以進(jìn)行大小的調(diào)節(jié)，一般選取中間數(shù)為系數(shù)，比如，取 0.278。

QmQm為洪峰流量值，單位是立方米每秒;t為洪峰流量徑流系數(shù)；t為各處洪流的匯流時間；Ht是時段最大的凈雨，單位一般取毫米；F是流域的面積,H單位是平方公里Km2。如果進(jìn)一步簡化，將匚看作是降雨強(qiáng)度q，可得到公式,Qm='訐洪峰流量的計算中，徑流系數(shù)分為部分流域面積和全部流域面積兩種不同的情況區(qū)分計算，根據(jù)具體實際情況進(jìn)行。一般來講，這種計算方法適合小流域洪峰情況下的城市排水管網(wǎng)設(shè)計，不適合南方平原地帶城市的設(shè)計，而較適合北方降雨量較小的城市。但是，隨著近幾年北方強(qiáng)降雨天氣的增加，暴雨天氣帶來的危害威脅較之于以前有加大的趨勢，在排水管網(wǎng)的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實測數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合分析，客觀科學(xué)評估的前提下使用計算來設(shè)計排水管網(wǎng)。（二）地區(qū)經(jīng)驗公式的原理這類方法較為簡單，但地域性較強(qiáng)，因此，也得到了廣泛的應(yīng)用。我國各城市普遍習(xí)慣采用的公式為：Qm二KFn其中，Qm為洪峰流量值，單位是立方米每秒吹；F是流域的面積，單位是平方公里Km2；K是地區(qū)系數(shù)，具體到某個城市，根據(jù)以往的實際情況來判斷確定；n是指數(shù)系數(shù)，同樣根據(jù)具體實際經(jīng)驗判斷來確定。這種方法相對于推理公式法計算較為簡單，所以精度要求較低。但由于地區(qū)差異大，所以在及時應(yīng)用中對于K和n確定需要很多以往的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)來進(jìn)行必要的支撐。此類方法普遍應(yīng)用于規(guī)模較小，人口相對稀少的城市，在排水管網(wǎng)的設(shè)計中精度要求也不是很高，不至于引發(fā)洪澇災(zāi)害。（三）調(diào)蓄計算法一般來講，按照最大洪峰來設(shè)計城市排水管網(wǎng)能力，不至于引發(fā)城市洪澇災(zāi)害，但是，考慮到投資和經(jīng)濟(jì)效益，那樣的話，就會投資巨大，造成資源的浪費。所以考慮河道的蓄水能力是十分有必要的。特別是城市中地勢較低的排水區(qū)，積水不能自然排放，需要設(shè)計合理的排澇泵用來進(jìn)行排水，在兼顧經(jīng)濟(jì)適用的情況下，合理的確定一個排澇量就有十分重要的意義。計算公式，V=V1Ql一 t-q：t2其中，V2,Vi為計算時段末、始的河道蓄水量，q為假設(shè)的排水能力，Qi,Q2為計算始末的入流流量。在實際的計算中，蓄水量低于起調(diào)水位的蓄水量則不排水，因為河道有一定的蓄水能力。上述的三種方法在實際應(yīng)用中存在一定的差異。比如，推理公式法主要用于自然形成的小流域河道排水計算洪峰流量來進(jìn)行排澇能力設(shè)計，但計算的結(jié)果在

一定程度上偏小，所以實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)城市河道的具體情況調(diào)節(jié)放大系數(shù)。但是，推理法比較直接簡單，省略了很多水文地理方面的考慮，直接采用了流量最大的計算作為依據(jù)設(shè)計，所以應(yīng)用也較為廣泛普遍。三、實例分析（一）排澇流量計算太原市迎澤西大街東起迎澤橋西，西到南寒廣場西客站，長約 5公里，道路規(guī)劃寬度70米，其中機(jī)動車道寬31米的雙向十車道，是太原市標(biāo)志性、景觀性、交通性的現(xiàn)代化道路，是太原市的主干道之一。但是，由于迎澤西大街位于太原市西南部的萬柏林區(qū)，地勢相對較低，通過理念暴雨的資料得知，此地段是歷年夏季暴雨頻發(fā)期洪水災(zāi)害較為嚴(yán)重的地段，部分地段面積水高達(dá)70多厘米，給城市交通等帶來了諸多的問題。迎澤西街從迎澤橋西到迎澤西大街千峰路口長約2900多米，總匯水面積大約5.5平方公里，是積水最為嚴(yán)重的地段之一。根據(jù)給排水設(shè)計手冊，確定太原市短歷時的最大強(qiáng)度公式為，1446.22(1 0.867lgT)(t5)0.7961446.22(1 0.867lgT)(t5)0.796，如果重現(xiàn)期取五年，一小時降雨量取48.7—54.0mm，雨停時道路無積水或不影響通行，按照公式Qm-7F計算，則有不同匯流面積情況下要求主管道的流量如下表3-1所示：表3-1迎澤西大街管道匯流流量設(shè)計計算表名稱匯流面積（hm2）降雨強(qiáng)度L/(s?hm2)徑流系數(shù)管道流量（m2/s）區(qū)域1125144.080.6511.72區(qū)域2103144.080.659.66區(qū)域359144.080.655.54區(qū)域472144.080.656.75區(qū)域545144.080.654.23區(qū)域652144.080.654.88區(qū)域731144.080.652.92區(qū)域829144.080.652.72（二）河道控制水位計算進(jìn)一步地，選取虎峪河下元河段到迎澤橋西河段作為分析對象進(jìn)行研究?；⒂游挥谔魃?，北面鄰接玉門河，南面則是與九院沙河相鄰。流經(jīng)大虎峪、小虎峪河龍灣等地，從山區(qū)流出向東流向進(jìn)入太原盆地?；⒂恿鹘?jīng)面積約 47平方公里，流經(jīng)長度約22公里，最大落差約1.1千米，平均縱坡約25.1—16.3%。，由西向東流入汾河。特別是1996年夏季8月的暴雨沖毀河岸淹沒迎澤大街，引發(fā)了城建系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的極大關(guān)注。因此，在確定暴雨天氣排澇流量的情況下，有必要對虎峪河關(guān)鍵路段的控制水位進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究。只有將排澇流量與河道控制水位緊密結(jié)合，才能從本質(zhì)上解決排澇的問題，以免洪災(zāi)重現(xiàn)和發(fā)生。利用公式z八-lJ-0.3計算虎峪河的斷面控制水位如下表 3-2所示:0202表3-2虎峪河斷面控制水位計算表斷面名稱地面咼程（m）排水長度（m）坡降斷面控制水位（m）斷面13.813000.00052.47斷面24.112000.00052.46斷面33.99600.00051.87斷面43.517000.00052.97斷面53.713000.00052.40斷面64.18500.00051.74斷面73.521000.00053.67斷面83.311000.00051.81四、結(jié)論隨著城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，現(xiàn)代化設(shè)施的不斷完善，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的排水排澇系統(tǒng)完善成為制約城市發(fā)展水平的一個瓶頸問題。因此，通過對城市排水排澇的流量計算方法研究，確定排水排澇暴雨天氣的流量和河道控制水位，以此為根據(jù)進(jìn)行城市排水排澇管網(wǎng)和泵站系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計具有十分重要的意義。參考文獻(xiàn)：［1］ 張芳、宋娟、金