東港鎮(zhèn)勤新聯(lián)圩排澇模數(shù)計(jì)算方法初探

何文浩 呂曉威 紀(jì) 媛

(無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 無錫 214023)

東港鎮(zhèn)勤新聯(lián)圩排澇模數(shù)計(jì)算方法初探

何文浩 呂曉威 紀(jì) 媛

(無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 無錫 214023)

合理確定圩區(qū)排澇模數(shù)對(duì)于降低澇災(zāi)損失具有重要意義。圩區(qū)內(nèi)土地利用性質(zhì)不同，產(chǎn)匯流機(jī)制和排澇標(biāo)準(zhǔn)也不同，但排澇模數(shù)計(jì)算方法基本一致。本文依據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集》材料，采用20年一遇最大24h暴雨設(shè)計(jì)，充分考慮圩內(nèi)河道調(diào)蓄作用。以東港鎮(zhèn)為例，對(duì)勤新聯(lián)區(qū)排澇模數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)對(duì)其他圩區(qū)的排澇模數(shù)計(jì)算提供借鑒。

圩區(qū)； 調(diào)蓄； 水面率； 排澇流量； 排澇模數(shù)

1 引 言

圩區(qū)地勢(shì)低洼，暴雨徑流難以自排，往往需要修建排澇泵站、涵閘輔助排澇。合理設(shè)置排澇動(dòng)力、確定排澇模數(shù)，對(duì)提高城市排澇效率、降低澇災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失意義重大。根據(jù)土地利用性質(zhì)，將圩區(qū)分為城鎮(zhèn)圩區(qū)、農(nóng)業(yè)圩區(qū)和混合圩區(qū)，其中農(nóng)業(yè)圩區(qū)一般在農(nóng)村，水面率高，調(diào)蓄能力大，耐淹性強(qiáng)。本文重點(diǎn)研究圩區(qū)產(chǎn)流最大流量、農(nóng)業(yè)圩區(qū)排澇流量和排澇模數(shù)的計(jì)算方法，并以東港勤新聯(lián)圩為例進(jìn)行計(jì)算。

2 計(jì)算方法

2.1 設(shè)計(jì)暴雨

排澇采用20年一遇最大24h暴雨設(shè)計(jì)，控制最大6h、最大1h同頻降雨河道不漫溢[1]。河道排澇模數(shù)與河道調(diào)蓄能力有關(guān)，同時(shí)河道調(diào)蓄能力決定了設(shè)計(jì)暴雨控制時(shí)段。為了適應(yīng)各類排水河道，設(shè)計(jì)暴雨的控制時(shí)段一般取1h、6h、24h，根據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集》，采用“84圖集法”查算推求設(shè)計(jì)暴雨量。設(shè)計(jì)雨量過程按《江蘇省暴雨洪水圖集》中確定的最大24h設(shè)計(jì)雨型進(jìn)行雨量分配。

2.2 設(shè)計(jì)凈雨

扣除降雨損失，即產(chǎn)流計(jì)算[2]。圩區(qū)下墊面分為四類：水面、居住區(qū)、水田、旱地(包括非耕地)。根據(jù)各下墊面的特征及不同的產(chǎn)流規(guī)律，分別進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算[3]。

2.3 河道入流

圩區(qū)(包圍圈)按不同地類分別計(jì)算逐時(shí)產(chǎn)流量，水面產(chǎn)流依據(jù)水量平衡方程，應(yīng)由降雨扣除水面蒸發(fā)計(jì)算[4]，為安全考慮，本文中未扣除水面蒸發(fā)量。逐時(shí)凈雨深按降雨過程分配[5]。

3 算 例

工程取東港鎮(zhèn)勤新聯(lián)圩作為典型設(shè)計(jì)，勤新聯(lián)圩位于無錫市錫山區(qū)東北部，北依大塘河，南臨張繆舍塘，屬農(nóng)業(yè)圩區(qū)。圩區(qū)面積2.227km2，地面、高程3.00～4.70m(吳淞高程)。其中農(nóng)業(yè)區(qū)占總面積的63%，居住區(qū)面積占總面積的37%，水面積率為12.06%。

排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，采用最大24h暴雨設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量

表1 圩區(qū)1h、6h、24h暴雨參數(shù)

20年一遇暴雨H24=212.1mm，H6=143.5mm，H1=83.7mm。

3.2 設(shè)計(jì)最大面暴雨量

根據(jù)計(jì)算區(qū)域面積，查短歷時(shí)暴雨時(shí)間—面深關(guān)系曲線，得各歷時(shí)該區(qū)域點(diǎn)面折算系數(shù)K為1.0，根據(jù)點(diǎn)面折算系數(shù)求面雨量，見表2。

表2 圩區(qū)20年一遇點(diǎn)面雨量折算

3.3 面暴雨過程計(jì)算

依據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集》最大24h設(shè)計(jì)暴雨雨型分配表進(jìn)行設(shè)計(jì)雨型分配，可得設(shè)計(jì)24h面暴雨過程，見表3。

表3 圩區(qū)20年一遇設(shè)計(jì)24h面暴雨過程計(jì)算

3.4 設(shè)計(jì)凈雨過程

3.4.1 居住區(qū)

圩區(qū)中居住區(qū)大部分為水泥、瀝青地面，下滲量少，20年一遇設(shè)計(jì)暴雨的凈雨計(jì)算采用初損后損法扣除，最大24h凈雨計(jì)算中只扣除后損，后損值取1mm/h，即得到設(shè)計(jì)凈雨過程，見表4。

表4 圩內(nèi)居住區(qū)20年一遇設(shè)計(jì)凈雨過程

3.4.2 農(nóng)業(yè)區(qū)

表5 圩內(nèi)農(nóng)業(yè)區(qū)20年一遇設(shè)計(jì)凈雨過程

續(xù)表

3.4.3 時(shí)段總徑流

居住區(qū)占圩區(qū)總面積的37%，農(nóng)業(yè)區(qū)占總面積的63%，區(qū)域總面積F=2.227km2。計(jì)算各時(shí)段總徑流量Ii，其中Ii為各時(shí)段面凈雨量乘以流量系數(shù)Fc=F/(3.6Δt)=0.619，即Ii=RiFc，時(shí)段總徑流計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 區(qū)域20年一遇凈雨徑流時(shí)段

3.5 設(shè)計(jì)洪水

設(shè)計(jì)洪水計(jì)算過程中，先計(jì)算瞬時(shí)單位線法的參數(shù)m1、m2，根據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集》，平原區(qū)m1=2.25(F/J)0.38，取m1=3.05、m2=0.5。

根據(jù)m1=3.05、m2=0.5，查表得平原區(qū)2h瞬時(shí)單位線，見表7。

表7 2h單位線

線性插值得該區(qū)域1h單位線，見表8。乘以時(shí)段總徑流量，錯(cuò)開相加，即得設(shè)計(jì)洪水過程線。通過洪水推求計(jì)算結(jié)果可知，近期排水方案中區(qū)域20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為17.46m3/s。

表8 1h單位線

3.6 調(diào)洪驗(yàn)算

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘復(fù)核后知，勤新聯(lián)圩地面高程3.00～4.70m。現(xiàn)狀水面積0.267km2，水面積率12.06%。設(shè)計(jì)洪水為17.46m3/s，利用瞬時(shí)單位線成果進(jìn)行調(diào)洪演算。由于圩內(nèi)地面高程為3.00m，為增加調(diào)蓄庫(kù)容，將泵站的起排水位定為2.50m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為48.36萬m3，限制最高水位為3.00m。

3.6.1 調(diào)洪演算公式

調(diào)洪演算公式如式(1)：

(1)

式中 Δt——t1～t2的時(shí)間間隔；

S1、q1——t1時(shí)庫(kù)容、出庫(kù)流量；

S2、q2——t2時(shí)庫(kù)容、出庫(kù)流量；

Q1、Q2——t1、t2時(shí)入庫(kù)流量。

3.6.2 工作曲線

調(diào)洪演算工作曲線計(jì)算見表9。

由表9可知，圩內(nèi)規(guī)劃泵站的最大流量為4.8m3/s。

3.7 排澇模數(shù)

根據(jù)《無錫市排水(雨水)專項(xiàng)規(guī)劃(2012—2020)》中降雨量公式，設(shè)計(jì)流量計(jì)算如式(2)：

Qm=16.67φqF

(2)

式中q——設(shè)計(jì)排澇模數(shù)，m3/(s·km2)；

φ——徑流系數(shù)，按照《雨水規(guī)劃》綜合徑流系數(shù)取0.8；

F——匯水面積，km2。

圩內(nèi)最大流量為4.8m3/s，該圩區(qū)的排澇模數(shù)為2.69m3/s/km2，滿足《錫山水系規(guī)劃》農(nóng)業(yè)型圩區(qū)一般應(yīng)達(dá)到2～2.4m3/s/km2的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

圩區(qū)排水有特殊性，設(shè)計(jì)排澇流量受水面率影響較大，通過水文分析計(jì)算可以定量確定設(shè)計(jì)排澇量，其計(jì)算方法對(duì)同類圩區(qū)排澇流量的計(jì)算有一定的借鑒價(jià)值。本文選取《江蘇省暴雨洪水圖集》匯流計(jì)算，適用于匯水面積不小于30km2的區(qū)域，計(jì)算過程中部分經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選取有一定局限性，還要考慮連續(xù)降水的可能性，合適選取暴雨的設(shè)計(jì)歷時(shí)。

表9 調(diào)洪演算過程

[1] 高成,劉俊,崔韓,等.城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)計(jì)算方法及其與河道調(diào)蓄庫(kù)容關(guān)系研究[J].災(zāi)害學(xué),2008,23(3):7-9.

[2] 崔韓,劉俊,高成.圩區(qū)排澇模數(shù)計(jì)算方法研究[J].災(zāi)害學(xué),2008,23(2):15-18.

[3] 于暢,郝曼秋,高成,等.平原城市自排區(qū)排澇模數(shù)計(jì)算方法研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2014(6):184-186.

[4] 侯云青,鄭雄偉,周芬,等.錢塘江河口地區(qū)城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)計(jì)算方法研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2012(3):16-19.

[5] 周建康,朱春龍,羅國(guó)平.太湖流域小圩區(qū)設(shè)計(jì)排澇模數(shù)計(jì)算[J].中國(guó)給水排水,2004,20(12):64-66.

[6] 余錦地.圩區(qū)排澇計(jì)算方法比較分析[J].上海水務(wù),2008(3):28-30.

Exploration of drainage modulus calculation method in Qinxin dyke in Donggang Town

HE Wenhao, Lü Xiaowei, JI Yuan

(WuxiWaterConservancyDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Wuxi214023,China)

Rational determination of drainage modulus in dyke areas has great significance to reduce flood loss. The land utilization natures are different in the dyke areas, runoff yield and concentration mechanism and drainage standards are also different. However, the drainage modulus calculation method is basically consistent. In the paper, once-in-20-year maximum 24 rainstorm design is adopted. The storage role of the river in the dyke areas is fully considered. Donggang Town is adopted as an example for calculating the drainage modulus in Qinxin dyke area. Meanwhile, reference is provided for drainage modulus calculation in other dyke areas.

dyke area; regulation and storage; water surface ratio; drainage modulus

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.08.018

TV52

A

2096-0131(2017)09- 0062- 05