1、1城市排涝河道设计流量的近似计算摘 要：随着近几年一些大中城市因为暴雨致使城市排水系统瘫痪的事件，引起了全社会对城市内涝的密切关注。城市排涝河道的设计是否合理对于城市抵抗暴雨起着至关重要的作用。因此，本文通过对城市排涝河道设计流量的近似计算，以求为城市排涝河道更好的抵抗暴雨提供一些参考。 关键词：城市；排涝河道；流量；近似计算 中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号： 通常情况下，由于对城市排涝河道一定重现期的涝水流量缺乏相关的实测资料，排涝河道的流域面积又比较小，因而在编制城市防洪规划通常没有有效的办法。目前，水利部门和市政部门在设计河道流量时，分别会采用地区经验或推理公式法与室外排
2、水公式法，然而，这几种计算方法都存在一定程度的弊端。 1 计算城市河道流量所采用大方法存在的弊端 1.1 地区经验公式法和推理公式法 地区经验公式法或推理公式法一般比较适合用在汇流时间比较长、没有组织的排水系统上，针对其适用的特点来说，与城市河道排涝没有多大关系。我们都知道，城市的排水系统都是由有序的管道组成，当遇到洪水来临时，城市排水的各级管道都会发挥功效，通过有序的分流，将洪水经泵站排入近水体或分排到附近的河道之中。很显然，相比于有2序的管网排水，运用这种计算河道流量的方法是非常不合理的，究其根本原因，就是因为这种计算方法对城市排水管网产汇流方式的变化和城市下垫面的变化考虑不全。 1.2
3、室外排水公式法存在的弊端 1.2.1 对河道的调蓄能力考虑不周 虽然利用室外排水公式法可以对城市内各个干管排水的流量进行设计计算，但是该方法对最终排水河道的流量设计考虑不周。究其原因，大概是考虑到了河道有比较强的蓄水调整能力，而且从城市各个排水管道流入到河道中的水量又存在不同步的特点。然而，相比于城市排水管道来说，河道的水流形态及断面情况更为复杂，所以，推求河道流量的设计必须从实际情况出发，综合各方面因素考虑。 1.2.2 重现期的概念有所不同 在城市设计排水的时候，其暴雨强度公式中通常采用多个样本对重现期进行判定，也就是说，从每年选择 68 个不同历时的降雨最大值，将超过资料中 34 倍的降
4、雨最大值进行长年统计分析。这种方法能够对小重现期内的暴雨规律进行有效的统计，但是针对城市防洪的标准，这样通过统计每年当中最大暴雨降雨量作为城市防洪河道的设计标准进行分析，容易造成对每年第二或第三次最大暴雨降雨量的忽略，使得重现期的结果偏大，而且，导致对于重现期的预测偏小。当然，每个城市都可以从当地气象部门的统计资料中获取关于这两种重现期之间的关系。 1.2.3 泵站扬程的选择存在误差 城市防洪规划给出的河道最高设计水位是市政部门在计算雨水泵站3扬程时通常采用的重要依据，但是该依据中关于河道的最高设计水位，是通过计算规划流量通过河道的流量。然而，规划河道最高水位的设计对城市产汇流形式的不同考虑不
5、全，势必会对其设计的河道最高水位产生一定的影响，进而对泵站遇到洪水时的排水能力造成制约。 2 城区排涝河道设计流量的近似计算 对于城市雨水泵站设计和城市防洪规划成果的准确性来说，对城区排涝河道设计流量进行准确的计算非常关键。目前，在我国一般是水利部门负责对城市防洪规划进行编制，而市政部门或规划部门负责对城市排水（雨水）规划进行编制。因为城市排水（雨水）规划和城市防洪规划之间有着紧密的联系，所以，这两种关于城市防、排水的规划方案应保证有效的沟通。在依据城市排水（雨水）规划的基础上进行城市河道的设计流量，通过对各方面因素的综合考虑，利用河道对水的调蓄能力的技术基础上，对城区排涝河道设计流量做出比较
6、准确的计算。下面就通过对一种已知河道沿线不同出水口设计流量，进而对河道不同断面设计流量进行近似估算的方法进行介绍。 众所周知，衢江是流经浙江省衢州市城区的主干河道，其全长为257.9km，流域的面积为 11477km，其中在衢州市中心城区有白沙溪、菊花溪等 8 条内河汇入衢江。原本城市排水（雨水）规划是将衢江作为城市防洪及排涝的河道，规划其设计的防洪标准是 50 年一遇，同时，设计的城区排涝标准为 10 年一遇。新的城区防洪体系的规划，将白沙溪等内河作为了城市排涝的主干河道使用，其主要的目的就是使城区内的排水（雨水）能排放到城外的防洪河道衢江之中。 在新的城区排水（雨4水）规划中，中心城区建设
7、了 16 座强排水泵站，通过这些强排水泵站将城市中的雨水排到衢江当中。而且对汇入衢江的强排水泵站的流量和位置进行了相关的设计，对每条河道的断面及河道的纵坡都有所熟悉。具体的计算原理是：针对沿衢江干流所取的每个不同断面，将每个强排泵站水量流到该断面的时间进行计算。同时，根据实际经验，将每次暴雨来临时，强排泵站排水的开车时间定为 4 小时，然后以 4 小时为单位从该断面上游将按顺序截取的强排泵站进行叠加，从而可以获得一个系列的设计流量，就可以说是流经该断面的最大设计流量就是其中最大的流量。 然后按照此种方式，将会得到每个泵站的最大设计流量。 2.1 计算假设 2.1.1 河道中的每两个泵站之间的水
8、力坡降和河道纵坡保持平行，而且每两个相邻泵站之间的水流量保持恒定均匀。 2.1.2 河道上的强排泵站要满载负荷且同时开启运行。 2.2 计算步骤 2.2.1 河道水流速度的计算 （1） 式中：v 为水流速度（m/s） ； R 为水力半径，单位为 m； N 为粗糙系数。 根据公式（1） ，可以分别计算出衢江及各条内河水流的流速（假设5河道的水深为 3m）： 2.2.2 对每个断面最大设计流量的计算 在衢江最终点的目标下，对 4 小时内一系列强排泵站流量进行叠加之后，计算得到相应的一系列的流量为：7.15、21.8、31.2、44.53、86.8、91.2、104、84.6、81.8、87.3、9
9、3.3、95.6、99.3、105.2、104.4、109.5、115.3、120、127.3、150.3、152.8、156.8、158.8、166.5、169.5、169.7、181.7（单位都为m/s） ，通过对这些数据的筛选，最终确定衢江终点处最大的设计流量为 181.7 m/s。通过这种方法的重复使用，依次对衢江沿线几个主要控制的断面进行相关计算，就可得到该控制断面的最大设计流量。2.2.3 结果分析 经过以上计算方法得到的衢江各控制断面的设计流量，在通过已知的河道断面面积的基础上，就可以比较容易得到水流流经该控制断面的流速。如果计算得出的流速普遍超过刚开始假设的 0.60 m/s，
10、就证明当初假设的河道的深度过大，从而影响流速普遍超过假设流速，这也说明河道沿线的强排水泵站设计的 4 小时运行流量过小。为了更好的使设计得出的结果均衡，就要将假设的河道深度减少，这样，这个差距就有不断的缩小，直至计算到的水流的流速普遍与假设的水流速度接近为止，这样，就可以得到河道可调水量及计算水面线的根据。 6相对于理论计算方法的理想假设，普通城市更多是在雨水汇入排涝河道时依靠自流实现排涝的。可以通过暴雨强度公式推算得到自流出水口的设计流量，其设计计算的过程相对于泵站的水流量设计要复杂，但是，本文提出的近似计算方法仍对其有借鉴的意义。 3 总结 城市排水系统作为保障城市居民生命财产安全的重要基
11、础设施，水利部门与城市市政部门应当就城市防、排水系统的规划进行密切的沟通与交流，而且，相关部门应当予以重视，密切配合市政部门展开城市排水工作的建设和维护。同时，城市排水河道设计流量作为城市排水系统的重要一环，市政部门与水利部门应当就所使用的相关计算方法进行探索，对发现的问题和弊端进行深入的思考。通过综合各种影响城市排水的因素进行考虑，为城市更好、更有效的抵抗暴雨或洪灾贡献力量。 参考文献： 1高学珑，陈奕，唐丽虹.非平原城市排洪规划技术路线研究J.中国给水排水，2008（15）. 2 刘兴坡.基于 SWMM 的滨海城市河道防洪能力核算方法J.中国给水排水，2012（03）. 3 陈鑫，马细霞.郑州市市区设计洪水计算方法探讨J.城市道桥与防洪，2007（03）. 4 陈斌.福建省城区排涝标准及计算方法J.中国给水排水，1999（02）. 75 李汉印，鲁航线;采用“总量核算法”解决城市河道排水水力计算问题J.给水排水，2001（08）. 作者简介：李四发（1978- ） ，男，工程师，大学本科，主要从事水利水电工程设计工作。
