城市河道排涝流量计算方法研究

城市河道排涝流量计算方法研究1

（太原市城乡管理委员会 排水管理处 冀琨）

【摘要】：通过对城市排水和排涝的区别，对城市排涝流量的计算方法进行了分析研究。以太原市迎泽西大街部分为研究对象，进行了排涝流量的计算。在此基础上，对虎峪河的部分路段河道的控制水位进行了分析研究。 【关键词】：城市河道 排涝 流量计算

前言

由于城市规模的不断扩大，对于城市现代化建设要求的提高以及近年来大雨暴雨带来的内涝问题日益凸显，排涝设计不合理、没有准确预测和估算大雨暴雨等带来的流量剧增压力，使得城市排水成为我国城市普遍的一个头痛的难题，所以，对于城市河道排涝的研究成为我国广大学者研究的一个热点问题。对于城市河道排涝的研究，能够为城市排水管网的合理规划设计奠定坚实的理论基础，也是解决城市排水的必要基础。只有彻底解决城市排涝的问题，才能保障人民财产人身安全，为城市的基础设施建设提供必要的基础。进一步地，对于排涝流量的计算，是合理规划城市排水管网的前提。因此，对于排涝流量的计算具有十分重要的意义。

一、城市排涝与排水的主要区别

城市主要解决的是历时较长，积水面积较大的城市河道排水的问题。因此，相对于城市排水问题来讲，解决排涝问题在中观层面治理排洪更具有现实的意义。比如，1996年夏天8月初，虎峪河由于暴雨连降而导致水位剧增冲垮了河坝，洪水冲到了迎泽大街，造成了洪水灾害，就是我们排涝设计应当吸取的经验和教训。尽管，我国对于城市排涝还没有明确的标准，但是在管网设计等方面应当依据一定的标准进行。城市排涝和排水的区别如下表1-1所示：

表1-1城市排涝与排水比较分析表

项目 排水 排涝 分析对象 城市排水 河道排水 分析范围 小面积 大面积 重现期（年） 0.5--5 5--20 暴雨定位 短时间 长时间 外河水位 不考虑 重点考虑 二、主要方法分析

（一）推理公式法的原理 计算公式为，Qm?x?HttF

}，是一个可变系数，根据实际情况可以进行大其中， x?{0.275???0.280小的调节，一般选取中间数为系数，比如，取0.278。

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冀琨（1972.11—），男（汉），山西榆次人，经济师，主要进行城市给排水方面的研究。

3mQm为洪峰流量值，单位是立方米每秒

s；?为洪峰流量径流系数；t为各

处洪流的汇流时间；Ht是时段最大的净雨，单位一般取毫米；F是流域的面积，单位是平方公里Km2。如果进一步简化，将xHt看作是降雨强度q，可得到公式， tQm??qF

洪峰流量的计算中，径流系数分为部分流域面积和全部流域面积两种不同的情况区分计算，根据具体实际情况进行。一般来讲，这种计算方法适合小流域洪峰情况下的城市排水管网设计，不适合南方平原地带城市的设计，而较适合北方降雨量较小的城市。但是，随着近几年北方强降雨天气的增加，暴雨天气带来的危害威胁较之于以前有加大的趋势，在排水管网的设计中，应当根据实测数据资料进行综合分析，客观科学评估的前提下使用计算来设计排水管网。

（二）地区经验公式的原理

这类方法较为简单，但地域性较强，因此，也得到了广泛的应用。我国各城市普遍习惯采用的公式为：

Qm?KFn

3m其中，Qm为洪峰流量值，单位是立方米每秒

s；F是流域的面积，单位

是平方公里Km2；K是地区系数，具体到某个城市，根据以往的实际情况来判断确定；n是指数系数，同样根据具体实际经验判断来确定。这种方法相对于推理

公式法计算较为简单，所以精度要求较低。但由于地区差异大，所以在及时应用中对于K和n确定需要很多以往的经验和数据来进行必要的支撑。此类方法普遍应用于规模较小，人口相对稀少的城市，在排水管网的设计中精度要求也不是很高，不至于引发洪涝灾害。

（三）调蓄计算法

一般来讲，按照最大洪峰来设计城市排水管网能力，不至于引发城市洪涝灾害，但是，考虑到投资和经济效益，那样的话，就会投资巨大，造成资源的浪费。所以考虑河道的蓄水能力是十分有必要的。特别是城市中地势较低的排水区，积水不能自然排放，需要设计合理的排涝泵用来进行排水，在兼顾经济适用的情况下，合理的确定一个排涝量就有十分重要的意义。

计算公式，V2?V1?Q1?Q2?t?q?t 2其中，V2,V1为计算时段末、始的河道蓄水量，q为假设的排水能力，Q1,Q2为计算始末的入流流量。在实际的计算中，蓄水量低于起调水位的蓄水量则不排水，因为河道有一定的蓄水能力。

上述的三种方法在实际应用中存在一定的差异。比如，推理公式法主要用于自然形成的小流域河道排水计算洪峰流量来进行排涝能力设计，但计算的结果在

一定程度上偏小，所以实际应用中应根据城市河道的具体情况调节放大系数。但是，推理法比较直接简单，省略了很多水文地理方面的考虑，直接采用了流量最大的计算作为依据设计，所以应用也较为广泛普遍。

三、实例分析

（一）排涝流量计算

太原市迎泽西大街东起迎泽桥西，西到南寒广场西客站，长约5公里，道路规划宽度70米，其中机动车道宽31米的双向十车道，是太原市标志性、景观性、交通性的现代化道路，是太原市的主干道之一。但是，由于迎泽西大街位于太原市西南部的万柏林区，地势相对较低，通过理念暴雨的资料得知，此地段是历年夏季暴雨频发期洪水灾害较为严重的地段，部分地段面积水高达70多厘米，给城市交通等带来了诸多的问题。迎泽西街从迎泽桥西到迎泽西大街千峰路口长约2900多米，总汇水面积大约5.5平方公里，是积水最为严重的地段之一。

根据给排水设计手册，确定太原市短历时的最大强度公式为，

q?1446.22（1?0.867lgT)，如果重现期取五年，一小时降雨量取48.7—54.0mm，0.796(t?5)雨停时道路无积水或不影响通行，按照公式Qm??qF计算，则有不同汇流面积情况下要求主管道的流量如下表3-1所示：

表3-1迎泽西大街管道汇流流量设计计算表

名称 区域1 区域2 区域3 区域4 区域5 区域6 区域7 区域8 汇流面积(hm2) 125 103 59 72 45 52 31 29 降雨强度L/(s·hm2) 144.08 144.08 144.08 144.08 144.08 144.08 144.08 144.08 径流系数 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 管道流量（m2/s） 11.72 9.66 5.54 6.75 4.23 4.88 2.92 2.72 （二）河道控制水位计算

进一步地，选取虎峪河下元河段到迎泽桥西河段作为分析对象进行研究。虎峪河位于太原西山，北面邻接玉门河，南面则是与九院沙河相邻。流经大虎峪、小虎峪河龙湾等地，从山区流出向东流向进入太原盆地。虎峪河流经面积约47平方公里，流经长度约22公里，最大落差约1.1千米，平均纵坡约25.1—16.3‰，由西向东流入汾河。特别是1996年夏季8月的暴雨冲毁河岸淹没迎泽大街，引发了城建系统和相关领域学者的极大关注。因此，在确定暴雨天气排涝流量的情况下，有必要对虎峪河关键路段的控制水位进行进一步的分析研究。只有将排涝流量与河道控制水位紧密结合，才能从本质上解决排涝的问题，以免洪灾重现和发生。

利用公式z???lJ?0.3计算虎峪河的断面控制水位如下表3-2所示：

表3-2虎峪河断面控制水位计算表 断面名称 断面1 断面2 断面3 断面4 断面5 断面6 断面7 断面8 地面高程（m） 3.8 4.1 3.9 3.5 3.7 4.1 3.5 3.3 排水长度（m） 1300 1200 960 1700 1300 850 2100 1100 坡降 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 断面控制水位（m） 2.47 2.46 1.87 2.97 2.40 1.74 3.67 1.81 四、结论

随着城镇化步伐的不断加快，现代化设施的不断完善，城市基础设施建设中的排水排涝系统完善成为制约城市发展水平的一个瓶颈问题。因此，通过对城市排水排涝的流量计算方法研究，确定排水排涝暴雨天气的流量和河道控制水位，以此为根据进行城市排水排涝管网和泵站系统的规划设计具有十分重要的意义。

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