山地雨水量計算分析

稅蓮

【摘要】重慶俗稱“山城”，屬于典型的多山地區，住宅區時常建造在坡度較大的山地區域，山地雨水排放由于下墊面特性變化、地形坡度起伏明顯，徑流變化更為顯著。采用室外雨水設計計算時，如何優化雨水設計參數，使之更切合山地雨水排放的實際情況，有利于改善生態環境、提高山地雨水防洪排澇能力、預防由持續性降雨產生的地質災害。

【關鍵詞】山地雨水;暴雨強度;雨水徑流

山地特殊的地形條件，容易呈現降雨集中、雨型急促、降雨歷時短、雨水徑流量大，極易短時形成暴雨。按照國家暴雨標準定義，站點24小時降水量≥50mm稱為暴雨，但對于我國西部新疆及四川的山地區域，一般日降雨量≥25mm的天氣足以構成地質災害，因此新疆將日降雨量≥24mm作為暴雨標準，而四川甘孜、阿壩地區將日降雨量≥25mm作為暴雨標準;暴雨標準因山區地形和氣候條件作了較大調整，亦印證了山地雨水產流與平原地區的顯著差異。

在常規的室外雨水設計中，通常采用暴雨強度公式和匯流面積求取計算區域的雨水量。暴雨強度指單位面積上某一歷時降水的體積，用于室外排水設計的短歷時強降水。暴雨強度公式即為用于計算某一城市或某一區域暴雨強度的表達式：

q=1.67A（1+clgP）/（t+b）n

其中，q-設計降雨強度（L/S.100㎡）;

P=設計重現期（a）;

t=降雨歷時（min）;

A，b，c，n為當地降雨參數，各地根據地形氣候條件不同制定。

明確暴雨強度公式后，根據徑流系數和匯水面積計算雨水設計流量：

Q=ψqF

ψ：徑流系數 F：匯水面積（100㎡）

計算山地雨水量時，根據山地雨水排放特點，結合地形環境，對暴雨公式中設計參數逐項分析如下：

1、設計重現期

排水設計重現期是根據建筑物的重要程度、匯水區域性質、地形特點、氣象特征等因素確定。山區地形有坡度大、易短時形成暴雨、區域短時呈現積水特點、甚至因惡劣天氣引發地質災害，宜比普通建筑采用較大的重現期。借鑒湖南省坡面匯流計算方法，此方法多用于山地渠道防洪、開挖截洪溝、公路涵洞的洪水計算中，將排水區域集雨面概化為矩形，并假定山坡為均一坡度，按全面匯流計算（即在坡面匯流時間段內將最大凈降雨量乘以集雨面積作為山坡的洪峰流量）。相同區域雨水計算中，與室外排水計算法比較，略大于室外排水法重現期取3年時的雨水量。實際工程計算山地小區雨水量時，也應根據當地地形條件、氣候條件來考慮設計重現期的取值，并適當考慮防洪要求，山地雨水設計重現期的取值不宜小于3年。

2、折減系數

在城市雨水系統設計中，折減系數用于計算雨水流域的匯流時間，雨水管道的設計降雨歷時按t=t1+Mt2計算，其中：

t：降雨歷時（min）

t1：地面集水時間（min），一般選用5min-10min

M：折減系數，小區支管和接戶管：M=1;小區干管、暗管M=2，明溝M=1.2;

t2：排水管內雨水流行時間（min）

實際降雨過程中，雨水管道中的雨水并非一開始就達到滿流狀態，隨著降雨歷時增加，管道中會逐漸達到滿流狀態，實際管道內的雨水流行時間要大于按滿流設計計算的雨水流行時間;同時，當某一管段達到滿流時，其他管段尤其是上游管段很可能并非滿流狀態，上游管道存在空隙空間去儲存因下游滿流管段壓力回流的雨水量、減慢雨水流速，這種管道內空隙容量利用也增加了管道內雨水的流行時間。折減系數就是針對以上兩種情況對對雨水管道內流行時間進行修正，以便更切合實際的計算流量和管徑。由暴雨強度公式可知，暴雨強度與折減系數成反比關系，計算管道流行時間越長、暴雨強度越小。

對于山地雨水匯流而言，管道內空隙容量利用與地形坡度有密切關系，坡度越大上游管道的空隙容量越不容易被利用，雨水在管道內流行時間縮短，所以山地地區的折減系數應小于平原地區的折減系數。《室外排水設計規范》中陡坡暗管折減系數1.2，可作為計算參考。

3、徑流系數

徑流系數分為地表徑流系數和地下水徑流系數，地表徑流系數是指任意時段內的徑流深度（或徑流總量）與同一時段的降水深度（或降水總量）的比值，徑流系數說明了降水量轉化為徑流量的比例，反映了流域內自然地理要素對降水-徑流關系的影響，適用于地表雨水匯流計算。徑流系數根據下墊面性質取值，范圍在0.1-0.9之間，例如公園和綠地取值0.10-0.20、碎石路面取值范圍0.35-0.50、混凝土及瀝青路面取值0.85-0.95，下墊面性質極大影響了雨水徑流。

實際工程中，在不同坡度、不同下墊面類型下，雨水管網設計中徑流系數和集水時間都有相應的變化。坡度增大、集水時間減小、下墊面吸收的雨水量減小、徑流系數會增大。借鑒相關山地雨水系統模擬實驗結論，以水泥道路和綠地為例，在坡度15°左右，水泥道路的徑流系數約為0.85-0.99，大于規范取值范圍0.85-0.95;綠地在坡度15°左右，徑流系數約為0.12-0.42，大于規范取值范圍0.10-0.20;在山地雨水設計過程中，宜根據實際地形坡度變化對應下墊面類型合理增加徑流系數的取值。

結語：

綜上所述，在進行山地雨水排水設計時，宜從地形地貌、氣候條件、設計重現期、折減系數、徑流系數等多種因素考慮雨水量計算，尤其在容易發生地質災害、氣候惡劣地區，防止持續性降雨形成山洪泥石流。山地住宅小區可利用空閑場地進行綠化，將部分降雨匯流到綠地，綠地是一種天然的滲透設施、對雨水起到儲蓄、凈化作用，并節省綠地灌溉用水量;道路的墊層可采用透水性較好的天然級配石和無機料;坡地較大的空閑地區可設置層級式綠化平臺;這些做法可以增加雨水滲透，減少雨水徑流量，補充地下水資源、減少水澇、改變山區生態環境。

參考文獻：

[1]薛勤，何險峰.山地等價雨量[J].氣象科技.2013，41（04）.

[2]陳漢杰，劉曉鵬.小面積山坡洪水流量計算方法分析[J].廣東水利水電.2010，（11）.

[3]任伯幟，鄧仁建.城市地表雨水匯流設計及計算方法分析[J].中國給水排水.2016，（14）.

[4]符素華，劉寶元，吳敬東.北京地區坡面徑流計算模型的比較研究[J].地理科學，2002（5）.