東港鎮勤新聯圩排澇模數計算方法初探

何文浩 呂曉威 紀 媛

(無錫市水利設計研究院有限公司， 江蘇 無錫 214023)

東港鎮勤新聯圩排澇模數計算方法初探

何文浩 呂曉威 紀 媛

(無錫市水利設計研究院有限公司， 江蘇 無錫 214023)

合理確定圩區排澇模數對于降低澇災損失具有重要意義。圩區內土地利用性質不同，產匯流機制和排澇標準也不同，但排澇模數計算方法基本一致。本文依據《江蘇省暴雨洪水圖集》材料，采用20年一遇最大24h暴雨設計，充分考慮圩內河道調蓄作用。以東港鎮為例，對勤新聯區排澇模數進行計算，同時對其他圩區的排澇模數計算提供借鑒。

圩區； 調蓄； 水面率； 排澇流量； 排澇模數

1 引 言

圩區地勢低洼，暴雨徑流難以自排，往往需要修建排澇泵站、涵閘輔助排澇。合理設置排澇動力、確定排澇模數，對提高城市排澇效率、降低澇災經濟損失意義重大。根據土地利用性質，將圩區分為城鎮圩區、農業圩區和混合圩區，其中農業圩區一般在農村，水面率高，調蓄能力大，耐淹性強。本文重點研究圩區產流最大流量、農業圩區排澇流量和排澇模數的計算方法，并以東港勤新聯圩為例進行計算。

2 計算方法

2.1 設計暴雨

排澇采用20年一遇最大24h暴雨設計，控制最大6h、最大1h同頻降雨河道不漫溢[1]。河道排澇模數與河道調蓄能力有關，同時河道調蓄能力決定了設計暴雨控制時段。為了適應各類排水河道，設計暴雨的控制時段一般取1h、6h、24h，根據《江蘇省暴雨洪水圖集》，采用“84圖集法”查算推求設計暴雨量。設計雨量過程按《江蘇省暴雨洪水圖集》中確定的最大24h設計雨型進行雨量分配。

2.2 設計凈雨

扣除降雨損失，即產流計算[2]。圩區下墊面分為四類：水面、居住區、水田、旱地(包括非耕地)。根據各下墊面的特征及不同的產流規律，分別進行產流計算[3]。

2.3 河道入流

圩區(包圍圈)按不同地類分別計算逐時產流量，水面產流依據水量平衡方程，應由降雨扣除水面蒸發計算[4]，為安全考慮，本文中未扣除水面蒸發量。逐時凈雨深按降雨過程分配[5]。

3 算 例

工程取東港鎮勤新聯圩作為典型設計，勤新聯圩位于無錫市錫山區東北部，北依大塘河，南臨張繆舍塘，屬農業圩區。圩區面積2.227km2，地面、高程3.00～4.70m(吳淞高程)。其中農業區占總面積的63%，居住區面積占總面積的37%，水面積率為12.06%。

排澇設計標準為20年一遇，采用最大24h暴雨設計。

3.1 設計點暴雨量

表1 圩區1h、6h、24h暴雨參數

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

3.2 設計最大面暴雨量

根據計算區域面積，查短歷時暴雨時間—面深關系曲線，得各歷時該區域點面折算系數K為1.0，根據點面折算系數求面雨量，見表2。

表2 圩區20年一遇點面雨量折算

3.3 面暴雨過程計算

依據《江蘇省暴雨洪水圖集》最大24h設計暴雨雨型分配表進行設計雨型分配，可得設計24h面暴雨過程，見表3。

表3 圩區20年一遇設計24h面暴雨過程計算

3.4 設計凈雨過程

3.4.1 居住區

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

表4 圩內居住區20年一遇設計凈雨過程

3.4.2 農業區

表5 圩內農業區20年一遇設計凈雨過程

續表

3.4.3 時段總徑流

居住區占圩區總面積的37%，農業區占總面積的63%，區域總面積F=2.227km2。計算各時段總徑流量Ii，其中Ii為各時段面凈雨量乘以流量系數Fc=F/(3.6Δt)=0.619，即Ii=RiFc，時段總徑流計算結果見表6。

表6 區域20年一遇凈雨徑流時段

3.5 設計洪水

設計洪水計算過程中，先計算瞬時單位線法的參數m1、m2，根據《江蘇省暴雨洪水圖集》，平原區m1=2.25(F/J)0.38，取m1=3.05、m2=0.5。

根據m1=3.05、m2=0.5，查表得平原區2h瞬時單位線，見表7。

表7 2h單位線

線性插值得該區域1h單位線，見表8。乘以時段總徑流量，錯開相加，即得設計洪水過程線。通過洪水推求計算結果可知，近期排水方案中區域20年一遇設計洪峰流量為17.46m3/s。

表8 1h單位線

3.6 調洪驗算

經現場踏勘復核后知，勤新聯圩地面高程3.00～4.70m?，F狀水面積0.267km2，水面積率12.06%。設計洪水為17.46m3/s，利用瞬時單位線成果進行調洪演算。由于圩內地面高程為3.00m，為增加調蓄庫容，將泵站的起排水位定為2.50m，對應庫容為48.36萬m3，限制最高水位為3.00m。

3.6.1 調洪演算公式

調洪演算公式如式(1)：

(1)

式中 Δt——t1～t2的時間間隔；

S1、q1——t1時庫容、出庫流量；

S2、q2——t2時庫容、出庫流量；

Q1、Q2——t1、t2時入庫流量。

3.6.2 工作曲線

調洪演算工作曲線計算見表9。

由表9可知，圩內規劃泵站的最大流量為4.8m3/s。

3.7 排澇模數

根據《無錫市排水(雨水)專項規劃(2012—2020)》中降雨量公式，設計流量計算如式(2)：

Qm=16.67φqF

(2)

式中q——設計排澇模數，m3/(s·km2)；

φ——徑流系數，按照《雨水規劃》綜合徑流系數取0.8；

F——匯水面積，km2。

圩內最大流量為4.8m3/s，該圩區的排澇模數為2.69m3/s/km2，滿足《錫山水系規劃》農業型圩區一般應達到2～2.4m3/s/km2的要求。

4 結 語

圩區排水有特殊性，設計排澇流量受水面率影響較大，通過水文分析計算可以定量確定設計排澇量，其計算方法對同類圩區排澇流量的計算有一定的借鑒價值。本文選取《江蘇省暴雨洪水圖集》匯流計算，適用于匯水面積不小于30km2的區域，計算過程中部分經驗參數的選取有一定局限性，還要考慮連續降水的可能性，合適選取暴雨的設計歷時。

表9 調洪演算過程

[1] 高成,劉俊,崔韓,等.城鎮圩區排澇模數計算方法及其與河道調蓄庫容關系研究[J].災害學,2008,23(3):7-9.

[2] 崔韓,劉俊,高成.圩區排澇模數計算方法研究[J].災害學,2008,23(2):15-18.

[3] 于暢,郝曼秋,高成,等.平原城市自排區排澇模數計算方法研究[J].水資源與水工程學報,2014(6):184-186.

[4] 侯云青,鄭雄偉,周芬,等.錢塘江河口地區城鎮圩區排澇模數計算方法研究[J].水利規劃與設計,2012(3):16-19.

[5] 周建康,朱春龍,羅國平.太湖流域小圩區設計排澇模數計算[J].中國給水排水,2004,20(12):64-66.

[6] 余錦地.圩區排澇計算方法比較分析[J].上海水務,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