山地雨水量计算分析

文/税莲 中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 重庆 400016

山地特殊的地形条件，容易呈现降雨集中、雨型急促、降雨历时短、雨水径流量大，极易短时形成暴雨。按照国家暴雨标准定义，站点24 小时降水量≥50mm 称为暴雨，但对于我国西部新疆及四川的山地区域，一般日降雨量≥25mm 的天气足以构成地质灾害，因此新疆将日降雨量≥24mm 作为暴雨标准，而四川甘孜、阿坝地区将日降雨量≥25mm作为暴雨标准；暴雨标准因山区地形和气候条件作了较大调整，亦印证了山地雨水产流与平原地区的显著差异。

在常规的室外雨水设计中，通常采用暴雨强度公式和汇流面积求取计算区域的雨水量。暴雨强度指单位面积上某一历时降水的体积，用于室外排水设计的短历时强降水。暴雨强度公式即为用于计算某一城市或某一区域暴雨强度的表达式：

q=1.67A(1+clgP）/（t+b）n

其中，q-设计降雨强度（L/S.100 m2）；

P=设计重现期（a）；

t=降雨历时（min）；

A,b,c,n 为当地降雨参数，各地根据地形气候条件不同制定。

明确暴雨强度公式后，根据径流系数和汇水面积计算雨水设计流量：

Q=ψqF

ψ：径流系数 F：汇水面积（100 m2）

计算山地雨水量时，根据山地雨水排放特点，结合地形环境，对暴雨公式中设计参数逐项分析如下：

1、设计重现期

排水设计重现期是根据建筑物的重要程度、汇水区域性质、地形特点、气象特征等因素确定。山区地形有坡度大、易短时形成暴雨、区域短时呈现积水特点、甚至因恶劣天气引发地质灾害，宜比普通建筑采用较大的重现期。借鉴湖南省坡面汇流计算方法，此方法多用于山地渠道防洪、开挖截洪沟、公路涵洞的洪水计算中，将排水区域集雨面概化为矩形，并假定山坡为均一坡度，按全面汇流计算（即在坡面汇流时间段内将最大净降雨量乘以集雨面积作为山坡的洪峰流量）。相同区域雨水计算中，与室外排水计算法比较，略大于室外排水法重现期取3年时的雨水量。实际工程计算山地小区雨水量时，也应根据当地地形条件、气候条件来考虑设计重现期的取值，并适当考虑防洪要求，山地雨水设计重现期的取值不宜小于3年。

2、折减系数

在城市雨水系统设计中，折减系数用于计算雨水流域的汇流时间，雨水管道的设计降雨历时按t=t1+Mt2计算，其中：

t：降雨历时（min）

t1：地面集水时间（min），一般选用5min-10min

M：折减系数,小区支管和接户管：M=1;小区干管、暗管M=2，明沟M=1.2；

t2：排水管内雨水流行时间（min）

实际降雨过程中，雨水管道中的雨水并非一开始就达到满流状态，随着降雨历时增加，管道中会逐渐达到满流状态，实际管道内的雨水流行时间要大于按满流设计计算的雨水流行时间；同时，当某一管段达到满流时，其他管段尤其是上游管段很可能并非满流状态，上游管道存在空隙空间去储存因下游满流管段压力回流的雨水量、减慢雨水流速，这种管道内空隙容量利用也增加了管道内雨水的流行时间。折减系数就是针对以上两种情况对对雨水管道内流行时间进行修正，以便更切合实际的计算流量和管径。由暴雨强度公式可知，暴雨强度与折减系数成反比关系，计算管道流行时间越长、暴雨强度越小。

对于山地雨水汇流而言，管道内空隙容量利用与地形坡度有密切关系，坡度越大上游管道的空隙容量越不容易被利用，雨水在管道内流行时间缩短，所以山地地区的折减系数应小于平原地区的折减系数。《室外排水设计规范》中陡坡暗管折减系数1.2，可作为计算参考。

3、径流系数

径流系数分为地表径流系数和地下水径流系数，地表径流系数是指任意时段内的径流深度（或径流总量）与同一时段的降水深度（或降水总量）的比值，径流系数说明了降水量转化为径流量的比例，反映了流域内自然地理要素对降水-径流关系的影响，适用于地表雨水汇流计算。径流系数根据下垫面性质取值，范围在0.1-0.9 之间，例如公园和绿地取值0.10-0.20、碎石路面取值范围0.35-0.50、混凝土及沥青路面取值0.85-0.95，下垫面性质极大影响了雨水径流。

实际工程中，在不同坡度、不同下垫面类型下，雨水管网设计中径流系数和集水时间都有相应的变化。坡度增大、集水时间减小、下垫面吸收的雨水量减小、径流系数会增大。借鉴相关山地雨水系统模拟实验结论，以水泥道路和绿地为例，在坡度15°左右，水泥道路的径流系数约为0.85-0.99，大于规范取值范围0.85-0.95；绿地在坡度15°左右，径流系数约为0.12-0.42，大于规范取值范围0.10-0.20；在山地雨水设计过程中，宜根据实际地形坡度变化对应下垫面类型合理增加径流系数的取值。

结语：

综上所述，在进行山地雨水排水设计时，宜从地形地貌、气候条件、设计重现期、折减系数、径流系数等多种因素考虑雨水量计算，尤其在容易发生地质灾害、气候恶劣地区，防止持续性降雨形成山洪泥石流。山地住宅小区可利用空闲场地进行绿化，将部分降雨汇流到绿地，绿地是一种天然的渗透设施、对雨水起到储蓄、净化作用，并节省绿地灌溉用水量；道路的垫层可采用透水性较好的天然级配石和无机料；坡地较大的空闲地区可设置层级式绿化平台；这些做法可以增加雨水渗透，减少雨水径流量，补充地下水资源、减少水涝、改变山区生态环境。