冀 琨

（太原市城鄉(xiāng)管理委員會 排水管理處，太原 030000）

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城市河道排澇流量計算方法研究

冀 琨

（太原市城鄉(xiāng)管理委員會 排水管理處，太原 030000）

［摘 要］本文通過區(qū)分城市排水和排澇，對城市排澇流量的計算方法進行了分析研究。以太原市迎澤西大街為研究對象，進行了排澇流量的計算。在此基礎上，對虎峪河的部分路段河道的控制水位進行了分析研究。

［關鍵詞］城市河道；排澇；流量計算

0　引 言

由于城市規(guī)模的不斷擴大，城市現(xiàn)代化建設要求越來越高，以及近年來大雨暴雨帶來的內澇問題日益凸顯，排澇設計不合理、沒有準確預測和估算大雨暴雨等帶來的流量劇增壓力，使城市排水成為我國城市普遍的一個難題。因此，對城市河道排澇的研究成為我國廣大學者研究的一個熱點。對于城市河道排澇的研究，能夠為城市排水管網(wǎng)的合理規(guī)劃設計奠定堅實的理論基礎，也是解決城市排水的必要基礎。只有徹底解決城市排澇的問題，才能保障人民財產(chǎn)人身安全，為城市的基礎設施建設提供必要的基礎。而對排澇流量的計算，是合理規(guī)劃城市排水管網(wǎng)的前提。因此，對于排澇流量的計算具有十分重要的意義。

1　城市排澇與排水的主要區(qū)別

城市主要解決的是歷時較長、積水面積較大的城市河道排水的問題。因此，相對于城市排水問題來講，解決排澇問題在中觀層面更具有現(xiàn)實意義。比如:1996年夏天8月初，虎峪河由于暴雨連降而導致水位劇增沖垮了河壩，洪水沖到了迎澤大街，造成了洪水災害，就是排澇設計者應當吸取的經(jīng)驗和教訓。盡管，我國對于城市排澇還沒有明確的標準，但是在管網(wǎng)設計等方面應當依據(jù)一定的標準進行。城市排澇和排水的區(qū)別見表1。

表1　城市排澇與排水比較分析表

2　洪峰流量計算的主要方法分析

2.1推理公式法的原理

計算公式為:

其中，x∈（0.275，0.280），是一個可變系數(shù)，根據(jù)實際情況可以進行大小的調節(jié)，一般選取中間數(shù)為系數(shù)，比如:取0.278。

Qm為洪峰流量值，單位是立方米每秒（m3/s）；Ψ為洪峰流量徑流系數(shù)；t為各處洪流的匯流時間；Ht是時段最大的凈雨，單位一般為毫米（mm）；F是流域的面積，單位是平方千米（km2）。如果進一步簡化，將看作是降雨強度q，可得到公式Qm=ΨqF。

洪峰流量的計算中，徑流系數(shù)分為部分流域面積和全部流域面積兩種不同的情況區(qū)分計算，根據(jù)具體實際情況進行。一般來講，這種計算方法適合小流域洪峰情況下的城市排水管網(wǎng)設計，不適合南方平原地帶城市的設計，而較適合北方降雨量較小的城市。但是，隨著近幾年北方強降雨天氣的增加，暴雨天氣帶來的危害威脅較之于以前有加大的趨勢，在排水管網(wǎng)的設計中，應當根據(jù)實測數(shù)據(jù)資料進行綜合分析，在客觀科學評估的前提下運用計算來設計排水管網(wǎng)。

2.2地區(qū)經(jīng)驗公式的原理

這類方法較為簡單，雖地域性較強，但也得到了廣泛的應用。我國各城市普遍習慣采用的公式為:Qm=KFn。其中，Qm為洪峰流量值，單位是立方米每秒（m3/s）；F是流域的面積，單位是平方千米（km2）；K是地區(qū)系數(shù)，具體到某個城市，根據(jù)以往的實際情況來判斷確定；n是指數(shù)系數(shù)，同樣根據(jù)具體實際經(jīng)驗判斷來確定。這種方法相較于推理公式法計算較為簡單，精度要求較低。但由于地區(qū)差異大，所以在及時應用中對于K和n確定需要很多以往的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)來進行必要的支撐。此類方法普遍應用于規(guī)模較小、人口相對稀少的城市，在排水管網(wǎng)的設計中精度要求也不是很高，不至于引發(fā)洪澇災害。

2.3調蓄計算法

一般來講，按照最大洪峰來設計城市排水管網(wǎng)能力，不會引發(fā)城市洪澇災害，但是，考慮到投資和經(jīng)濟效益，那樣的話，就會投資巨大，造成資源的浪費。因此，考慮河道的蓄水能力是十分有必要的，特別是城市中地勢較低的排水區(qū)，積水不能自然排放，需要設計合理的排澇泵來進行排水，在兼顧經(jīng)濟適用的情況下，合理地確定排澇量就有十分重要的意義。

計算公式:

其中，V2、V1為計算時段末、始的河道蓄水量，q為假設的排水能力，Q1，Q2為計算始末的入流流量。在實際的計算中，蓄水量低于起調水位的蓄水量則不排水，因為河道有一定的蓄水能力。

上述的3種方法在實際應用中存在一定的差異。比如:推理公式法主要以自然形成的小流域河道排水計算洪峰流量來進行排澇能力設計，但計算的結果在一定程度上偏小，所以實際應用中應根據(jù)城市河道的具體情況調節(jié)放大系數(shù)。推理法比較直接簡單，省略了很多水文地理方面的考慮，直接采用了流量最大的計算作為依據(jù)設計，所以應用也較為廣泛。

3　城市河道排澇流量實例分析

3.1排澇流量計算

太原市迎澤西大街東起迎澤橋西，西到南寒廣場西客站，長約5公里，道路規(guī)劃寬度70米，其中機動車道寬31米的雙向十車道，是太原市標志性、景觀性、交通性的現(xiàn)代化道路，是太原市的主干道之一。但是，由于迎澤西大街位于太原市西南部的萬柏林區(qū)，地勢相對較低，通過歷年暴雨的資料得知，此地段是歷年夏季暴雨頻發(fā)期洪水災害較為嚴重的地段，部分地段積水高達70多厘米，給城市交通等帶來了諸多的問題。迎澤西街從迎澤橋西到迎澤西大街千峰路口長約29 00多米，總匯水面積大約5.5平方千米，是積水最為嚴重的地段之一。

根據(jù)給排水設計手冊，確定太原市短歷時的最大強度公式為:

如果重現(xiàn)期取5年，一小時降雨量取48.7～54.0毫米，雨停時道路無積水或不影響通行，按照公式Qm=ΨqF計算，則有不同匯流面積情況下要求主管道的流量見表2。

3.2河道控制水位計算

進一步選取虎峪河下元河段到迎澤橋西河段作為分析對象進行研究。虎峪河位于太原西山，北面鄰接玉門河，南面則是與九院沙河相鄰，流經(jīng)大虎峪、小虎峪河龍灣等地，從山區(qū)流出向東流入太原盆地?；⒂恿鹘?jīng)面積約47 平方千米，流經(jīng)長度約22千米，最大落差約1.1千米，由西向東流入汾河。特別是1996年夏季8月的暴雨沖毀河岸淹沒迎澤大街，引發(fā)了城建系統(tǒng)和相關領域學者的極大關注。因此，在確定暴雨天氣排澇流量的情況下，有必要對虎峪河關鍵路段的控制水位進行進一步的分析研究。只有將排澇流量與河道控制水位緊密結合，才能從本質上解決排澇的問題，以免洪災重現(xiàn)和發(fā)生。

利用公式z=▽-lj-0.3計算虎峪河的斷面控制水位見表3。

表2　迎澤西大街管道匯流流量設計計算表

表3　虎峪河斷面控制水位計算表

4　結 語

隨著城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，現(xiàn)代化設施的不斷完善，城市基礎設施建設中的排水排澇系統(tǒng)成為影響城市發(fā)展的一個重要問題。因此，通過對城市排水排澇的流量計算方法研究，確定排水排澇暴雨天氣的流量和河道控制水位，以此為依據(jù)進行城市排水排澇管網(wǎng)和泵站系統(tǒng)的規(guī)劃設計具有十分重要的意義。

主要參考文獻

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doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.149

［中圖分類號］TU998.4

［文獻標識碼］A

［文章編號］1673-0194（2016）12-0216-02

［收稿日期］2016-05-08