城市排澇計算方法研究

張 灝

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原030024）

城市排澇計算方法研究

張 灝

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原030024）

通過將《山西省水文計算手冊》、GB/T50805—2012《城市防洪工程設計規范》、GB50014—2006《室外排水設計規范》中計算方法進行結合，論述了城市排澇的計算方法及計算過程，在城市防洪排澇設計過程中，可供城市管網、滯洪區域規模、最大排泄流量進行計算。

城市排澇；產流計算；管網排泄流量；水量平衡計算

1 排澇標準的確定

城市排澇設計應先確定城市排澇標準。目前我國涉及城市防洪標準的規范有：GB50014—2006《室外排水設計規范》2014版和GB/T50805—2012《城市防洪工程設計規范》。兩者均為國家標準，但其對于城市內澇防治設計重現期的規定并不相同，主要原因是兩者對于洪水歷時選取不同。依據GB50014—2006《室外排水設計規范》2014版，洪水歷時選取5～120min，而GB/T50805—2012《城市防洪工程設計規范》洪水歷時選取1～3d，為水利部門采用。因此在設計過程中，會存在排澇標準不一致的情況。當兩者暴雨重現期不一致時，宏觀排澇工程規模依GB/T50805—2012《城市防洪工程設計規范》確定，而微觀的城市管網排泄能力計算，則按照《室外排水設計規范》確定。此時城市內澇排泄體系可滿足市政要求，在局部建筑物及人群密集地區選取高標準，亦可滿足城市宏觀排澇標準的統一。

2 城市排澇計算方法

城市排澇主要可劃分為降雨產流階段、內澇排泄階段及蓄滯洪區承接階段3個階段，其中城市內澇洪水可直接排入江河則無需考慮蓄滯洪規模。以上3個階段中，降雨產流階段需進行內澇洪量計算，內澇排泄計算需確定內澇排泄過程，蓄滯洪區承接階段需進行蓄滯洪規模計算。

2.1 城市內澇水量計算

城市內澇洪水水量計算可按照徑流系數法進行產流計算，匯流計算可采用等流時線方法進行計算，當資料具備時也可采用流域模型法進行計算。

山西省目前采用 《山西省水文計算手冊》（以下簡稱《手冊》）方法進行計算。由于《手冊》方法可推求凈雨過程，因此可先用其進行計算，而后計算徑流系數進行復核。

（1）首先按照《手冊》提供的圖集查出不同時長的特征雨量，并根據特征雨量值及下墊面產流條件進行產流計算。在產流計算中，根據《手冊》對于城市化地區由于不透水面積加大，吸水率和導水率都會降低，建議降低使用表列變質巖灌叢山地數值。

（2）在產流計算完成后，由于城市內澇排泄受市政管網影響很大，不能采用《手冊》中的匯流模型進行計算，故只以產流凈雨過程，根據過程時段長，簡化推求時段平均內澇過程線。

2.2 城市內澇排泄過程計算

城市內澇排泄過程計算分為兩部分：一為管網排泄能力計算，二為城市排澇過程計算。

城區管網的最大排泄能力采用GB50014—2006《室外排水設計規范》中的雨水量計算公式。

雨水設計流量計算公式為：

式中 Qs為雨水設計流量 （L/s）；q為設計暴雨強度［L/（s·hm2）］；Ψ為徑流系數，根據城區規劃、道路狀況、綠化率等因素綜合確定；F為匯水面積（hm2）。

其中，q為依據經驗公式求得的設計暴雨強度，與《手冊》中的設計暴雨強度含義不同，計算公式因各地市而異。《手冊》中的暴雨強度值分別統計了10min，60min，6h，24h，3d的暴雨強度，為實測暴雨等值線圖；而GB50014—2006《室外排水設計規范》中的設計暴雨強度是在考慮管網長度、暴雨強度之后的一個經驗公式計算值。兩者含義完全不同。

根據城市管網最大排泄能力及時段平均內澇過程線，將城市模擬為一座水庫進行洪水調節，推求城市內澇排泄過程線。城市管網泄出過程線最大泄流能力不超過管網最大排泄量。

其計算方法可按照水庫靜庫容水量平衡方程式。

式中 I1、I2為Δt時段始、末入庫流量（m3/s）；O1、O2為Δt時段始、末出庫流量（m3/s）；V1、V2為Δt時段始、末水城市內澇水量（萬m3）；Δt為計算時段（萬s）。

3 蓄滯洪規模計算

蓄滯洪規模計算過程是根據城市內澇排泄過程及蓄滯洪區排泄能力進行洪水調節計算。通過假定不同的蓄滯洪區泄流能力，確定合理的滯洪區域及泄洪能力。計算方法亦按照水庫靜庫容水量平衡方程進行計算。

4 計算實例

首先確定排澇標準，根據GB50014—2006《室外排水設計規范》確定城市部分密集區域排澇標準為50年一遇，根據GB/T50805—2012《城市防洪工程設計規范》確定城市整體排澇標準為20年一遇。

以山西省某城市排洪過程為例，根據城市集水面積及《手冊》讀圖參數進行產流計算，計算成果如表1～表2。

表1 手冊讀圖參數 單位：mm

表2 產流計算成果

在計算過程中產流地類按照變質巖灌叢山地數值降低30%采用。當計算得出凈雨過程后，按照時段長度計算洪量，并計算時段內平均流量。

根據計算所得的洪水過程線，通過城市管網最大排泄能力進行泄流計算，該城市最大管網最大排泄能力為29.2m3/s。當時段平均流量小于管網最大泄流能力時，按照時段平均流量進行排泄，當平均流量大于管網最大泄流能力時，按照時段管網排泄能力進行排泄，多出部分累積至下一時段排泄。城市內澇排泄過程成果如表3。

表3 城市管網排泄流量過程線

最后根據城市排泄流量及假定的滯洪區域排泄流量，按照水量平衡計算，可確定滯洪區域大小，可計算多種方案，按照城市占地，工程投資等其他指標進行方案比選。

5 結語

通過將GB50014—2006《室外排水設計規范》、GB/T50805—2012《城市防洪工程設計規范》及《山西省水文計算手冊》中關于城市內澇的計算方法融合貫通，并簡單概化城市內澇過程線，最終通過水量平衡方程可確定城市排洪渠道、城市滯洪體系的規模，初步確定城市排澇工程規模的目的。

［1］山西省水利廳.山西省水文計算手冊［K］.鄭州：黃河水利出版社，2011.

［2］GB/T50805—2012，城市防洪工程設計規范［S］.

［3］GB50014—2006，室外排水設計規范［S］.

［4］山西省水利水電勘測設計研究院.太榆退水渠改擴建工程規劃［R］.2015.

［5］本書編寫組.水文水利計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

Urban drainage method research

ZHANG Hao
（Shanxi Hydroelectric Investigation,Design and Research Institute,Taiyuan 030024,China）

Through the combination of the calculation method in the Shanxi Province hydrology calculation manual， GB/T50805—2012 urban flood control engineering design specification， GB50014—2006 the outdoor drainage design specification，this paper discusses the calculation method and calculation process of urban drainage.It can be the reference for the calculation of city pipe network，detention basin scale and the maximum discharge flow to calculate in the process of urban flood control and drainage design.

urban drainage； runoff yield calculation；pipeline discharge flow； calculation of water balance

TU998.4

B

1672-9900（2015）06-0017-03

2015-08-25

張 灝（1981-），男（漢族），山西陽城人，工程師，主要從事工程水文及水資源規劃工作，（Tel）13546390109。