撫州市孝義港下游段整治改造工程設計排澇流量確定

蔣小寶

(新余市水利電力建筑工程有限公司，江西 新余 338025)

1 概 述

城市內澇已經成為影響城市發展、居民生產生活安全的災害之一。我國每年都有較多的城市發生內澇災害，造成重大的經濟損失和人員傷亡[1-3]。因此，對城市內澇采取治理措施是十分重要的。確定合理的設計排澇流量對排澇工程設計的合理性有較大影響[4-6]。目前，較為常用的排澇流量確定方法主要包括徑流系數法、降水扣損法等。結合撫州市孝義港下游段整治改造工程實例，采用不同方法對排澇流量進行確定，為工程設計提供參考。

2 澇區基本情況

中洲堤內現狀澇水以自排為主。孝義港流域內部分地勢低洼，區域內澇水主要由堯家咀閘、汪家閘、韓家閘等4座自排閘及5座自排穿堤涵管排出。中洲堤為一閉合圩堤，堤線全長31.12 km，圩堤堤內面積24.14 km2。當撫河高水位，中洲堤內澇水無法自排出去時，中洲堤內澇水由斗門電排站、中洲圍電排站及汪家電排站電排出去。區域內有3個電排站，排澇總面積24.14 km2，本次工程主要對斗門電排站進行改建。

在中洲圩內自孝橋鎮建成區以下，雨水首先進入孝義港孝橋鎮西側的人工渠段，然后沿上堯坊、下堯坊北行，在嶺上楊家南面進入主排水渠向西，行至西鄧村東面時，分為兩支：一支為天然主渠向北行，經喻家村、湖田湯、菱湖辛南等地流向下游的中洲電排站、饒家嘴自排閘等地；另一支為人工渠向西偏北流向斗門電排站。所以，本次所分析的排水范圍為斗門電排站以上匯入各渠段雨水所形成的澇水。按1∶1萬地形圖量算結果，本期工程所涉范圍的集雨面積為11.6 km2。其中，水田、水面面積約為7.8 km2(約為總面積的1/3)，其余為道路、街區、旱地面積約為3.8 km2。

3 設計排澇流量

3.1 澇區設計凈雨量

由表1可知，P=10%年最大三日設計暴雨為241.3 mm，P=10%年最大一日設計暴雨量為146.2 mm。

凈雨量計算一般采用兩種方法：①徑流系數法；②降水扣損法。

3.1.1 徑流系數法計算凈雨量

根據江西省特點，3-7月份系江西省雨季，4-6月份為主汛期，根據鄱陽湖區水雨情特點，也將主排澇期定于4-7月份。在主汛期，一般在最大一日暴雨或最大三暴雨發生之前，下墊面的含水量都較大，因此造成降水產流量也較大。根據經驗分析，年徑流系數一般在0.50～0.60間，而汛期一次性暴雨的徑流系數最大可達0.90左右，最大三日降水可在0.78～0.88間取值。

綜合分析，本次最大一日、最大三日暴雨的徑流系數均按0.84取值，由此求得P=10%頻率下相應的凈雨量分別為122.8和202.7 mm。

3.1.2 降水扣損法計算凈雨量

區域內降水發生的損失主要有蒸發、下墊面截留、下滲等幾部分。

據資料統計，主汛期降雨日蒸發量一般在2～6 mm。本次按3 mm/d計，則一日蒸發量為3 mm，三日蒸發量為9 mm。扣除蒸發后，P=10%最大一日、最大三日的雨量分別為143.2和232.3 mm。

下墊面的截留和下滲量，根據經驗估算，最大三日降水在水田、養殖水面(統稱水面)中按50 mm計，旱地、街區等(統稱陸地)按15 mm計。而最大一日暴雨對應的截留量，水面、陸地分別按25和10 mm計。

本期工程排澇區域水面面積約占2/3，陸地面積約為1/3。降水扣損法凈雨量計算過程見表1。

表1 降水扣損法凈雨量計算過程與成果表

3.1.3 凈雨量采用成果

根據上述分析結果，兩種方法計算所得的最大一日凈雨量基本一致，最大三日凈雨量相差僅4%。因此，本次設計凈雨量擬取徑流系數法成果，即P=10%最大一日凈雨量為122.8 mm，最大三日凈雨量202.7 mm。

3.2 設計排澇流量

本期工程排澇片區集水面積11.6 km2。排澇區內以農村面積為主，上游地區為孝橋鎮鎮區，人口較密集。泵站設計標準主要按10年一遇最大3日暴雨3日排至不淹重要設施；同時，也要考慮上游孝橋鎮人口密集區的具體情況，在考慮按上述標準的同時，也考慮最大一日暴雨所形成排澇流量，對于有關涉水建筑物過水能力的影響。

據分析，本期工程排澇區內的來水量主要由降水、堤外滲入、人類活動廢污水排放等3部分組成。

中洲圩已經通過除險加固處理，堤防的防滲效果較好，從外河滲入堤內的水量有限，本次可忽略不計。

本期排澇范圍內上游區是孝橋鎮，人口較密，也有眾多機構、企業等；同時也存在一些散居農戶。經調查，在人口聚居區的居民生活排水以及機構與企業的污水排放，均按城區規劃進行截污收集，交由污水處理廠進行處理。可見，區域內人類活動的污水不進入雨水管線，因此也不納入本次的排水總量中。

因此，本期工程所要考慮的排水水量，僅需考慮雨水水量的排出。

依據上述分析所得的凈雨量，來水面積按11.6 km2計，由此求得最大一日暴雨的產水量為142.5×104m3，最大三日暴雨的產水量為235.1×104m3。

考慮到排澇機組、電力供電等所有不確定因素，按一般經驗，機組日運行小時數取22 h。依此計算，得到最大一日暴雨、最大三日暴雨對應的時段平均流量分別為18.0和9.90 m3/s。

在工程改造時，斗門電排站擬按9.90 m3/s考慮。對應最大一日暴雨的排澇流量為18.0 m3/s，在工程布置時，考慮讓主渠進行適當分流。

4 施工洪水

按照施工組織設計要求，施工設計洪水標準采用5年一遇。根據撫河枯水期洪水特性及施工設計安排，確定施工期為10月份至次年2月份。

施工期存在防洪與排澇兩項任務。施工期防洪主要指斗門電排站施工時受外河(即撫河干流)的洪水位的影響；施工排澇是指圩內降水所形成的澇水流量。因此，分別對外洪、內澇兩項指標進行分析計算。

4.1 施工期防洪

根據“五河”治理報告撫河篇的成果，施工期時段與本項目同期，即為10月份至次年2月份，洪水標準也同為P=20%。

因此，斗門電排站施工期設計外水位擬直接采用“五河”治理報告的水面線成果，經插值計算，可求得斗門電排站所在斷面撫河P=20%的設計洪水位為33.80 m。

4.2 圩內施工期排澇

在目前情況下，全省沒有任何一處水文測站所控制范圍的地形及下墊面情況與本工程所在區域相似。所以，本工程區內的施工期來水量，無法采用實測流量進行分析計算。

工程區系平原地形，雨水的產匯流過程較為緩慢，大雨發生后，一般不會形成“高而尖”的洪水過程。對于此類地形的區域大雨所成形的徑流的描述，常見方式為分析“總產水量”的大小。

根據撫河枯水期洪水特性及施工安排，確定施工期為10月份至次年2月份，采用不跨期、獨立選樣法求得施工期最大一日暴雨，P=20%最大一日暴雨為60.6 mm。

采用徑流系數法計算相應的產水量，徑流系數采用與最大暴雨產水量一致的0.75。本期工程對應的集雨面積為11.6 km2，由此求得相應的產水量為52.7×104m3，對應的日均流量為6.10 m3/s。

有關成果詳見表2。

表2 施工期廖家灣站10月份至次年2月份最大一日暴雨頻率計算成果表

5 結 論

為了改善撫州市孝義港下游片區防洪排澇現狀，降低洪澇災害對城市運行的影響，擬采取工程手段進行治理。合理確定設計排澇流量是保證工程設計安全、合理的前提，因此采用徑流系數法、降水扣損法兩種方法分別計算。結果表明，徑流系數法計算結果與實際情況較為切合，其計算結果作為設計排澇流量。考慮到施工期在10月份至次年2月份之間，利用該方法確定施工期洪水特征，可為施工安全預警提供參考。