城市河道排涝流量计算方法研究

冀 琨

（太原市城乡管理委员会 排水管理处，太原 030000）



城市河道排涝流量计算方法研究

冀 琨

（太原市城乡管理委员会 排水管理处，太原 030000）

［摘 要］本文通过区分城市排水和排涝，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

0　引 言

由于城市规模的不断扩大，城市现代化建设要求越来越高，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，使城市排水成为我国城市普遍的一个难题。因此，对城市河道排涝的研究成为我国广大学者研究的一个热点。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。而对排涝流量的计算，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。

1　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更具有现实意义。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，就是排涝设计者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见表1。

表1　城市排涝与排水比较分析表

2　洪峰流量计算的主要方法分析

2.1推理公式法的原理

计算公式为:

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

Qm为洪峰流量值，单位是立方米每秒（m3/s）；Ψ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，单位一般为毫米（mm）；F是流域的面积，单位是平方千米（km2）。如果进一步简化，将看作是降雨强度q，可得到公式Qm=ΨqF。

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，在客观科学评估的前提下运用计算来设计排水管网。

2.2地区经验公式的原理

这类方法较为简单，虽地域性较强，但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。其中，Qm为洪峰流量值，单位是立方米每秒（m3/s）；F是流域的面积，单位是平方千米（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。这种方法相较于推理公式法计算较为简单，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。

2.3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，不会引发城市洪涝灾害，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。因此，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来进行排水，在兼顾经济适用的情况下，合理地确定排涝量就有十分重要的意义。

计算公式:

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3种方法在实际应用中存在一定的差异。比如:推理公式法主要以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。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。

3　城市河道排涝流量实例分析

3.1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，通过历年暴雨的资料得知，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29 00多米，总汇水面积大约5.5平方千米，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:

如果重现期取5年，一小时降雨量取48.7～54.0毫米，雨停时道路无积水或不影响通行，按照公式Qm=ΨqF计算，则有不同汇流面积情况下要求主管道的流量见表2。

3.2河道控制水位计算

进一步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，从山区流出向东流入太原盆地。虎峪河流经面积约47 平方千米，流经长度约22千米，最大落差约1.1千米，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见表3。

表2　迎泽西大街管道汇流流量设计计算表

表3　虎峪河断面控制水位计算表

4　结 语

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成为影响城市发展的一个重要问题。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，以此为依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。

主要参考文献

［1］张芳，宋娟，金羽.城市排涝与城市排水网络关系研究［J］.中国水运月刊，2013（4）.

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［3］于凤存，王友贞，蒋尚明，等.基于设计暴雨强度城市河道排涝与管渠排水标准关系研究［J］灾害学，2015（1）.

［4］苏选军.西安市城市雨水与城市排涝流量计算比较研究［D］.西安：长安大学，2006.

doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.149

［中图分类号］TU998.4

［文献标识码］A

［文章编号］1673-0194（2016）12-0216-02

［收稿日期］2016-05-08