基于综合单位线法地下水设计洪水计算

张 杰

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635）

东莞市城市规划展览馆位于南城旗峰路西北侧，2014 年3月30 日和4 月3 日的强降雨均造成了严重涝灾及损失。考虑到区域没有足够的水文地质资料，本文拟利用综合单位线法对该区域地下水设计洪水进行分析，以期判断造成涝灾的主要原因。

1 综合单位线

在给定的流域上，单位时段内均匀分布的单位地面（直接）净雨量，在流域出口断面形成的地面（直接）径流过程线，称之为单位线[1]。广东省综合单位线法是通过对纳希瞬时单位线方法的深入研究，并汲取国内外经验，提出的一套具有广东特色的综合单位线。其选用了广东省内集水面积为30 km2～950 km2的50个水文站共639 场雨洪对应资料进行分析综合，资料使用到1983 年。产流分析采用初损后损法，汇流分析主要采用应用于线性系统识别的最小二乘法解算经验单位线，综合给出分类的以无因次单位线ui-xi表达的经验线型。并从实际条件出发，建立分区集水区域特征参数θ 与稳定的单位线滞时m1的关系[2-3]：

式中：ui为无因次单位线的纵坐标（比值）；xi为无因次单位线的横坐标（比值）；qi为时段单位线的纵坐标，m3/s；ti为时段单位线的横坐标，h；tp为时段单位线的上涨历时，h；W=F/3.6，相当于 1 mm 的净雨所形成的时段单位的总洪量，F 为流域面积，km2；Δt 为时间间隔，h；K 为无因次单位线的一阶原点矩；L 为河长，m；J 为河道比降。

2 东莞市规划展览馆概况

东莞市城市规划展览馆位于南城旗峰路西北侧，原市委党校地块内（见图1），占地面积为3.46 hm2，总建筑面积1.5 hm2，包括主展示区，公示办公楼及配套建筑。

图1 东莞市城市规划展览馆位置示意图

由于规划展览馆的主展示区设计在老党校的水塘下面，主展示区的东、西分别设下沉平台和人工湖，高程均低于地面。由于这种“下沉式”的结构，加上建设区雨水系统尚未完善，造成了施工场地特别是主展示区的内涝灾害。2014 年3 月30 日和4 月3 日的强降雨均造成了下沉平台处地下水喷涌和大量雨水从人工湖倒灌至主展示区负二层的严重涝灾及损失。

规划展览馆地表水汇水范围被南北面的两座小山、西面的东方华府和东面的旗峰路包围（见图2），地表水汇水面积为5 万m2。

图2 规划展览馆地表水汇水区域图

地下水汇水范围较大，根据历史1∶1000、1∶10000、现状1∶500 地形图及《东莞市规划展览馆拟建场地工程物探勘查报告》研究成果，虽然地形地貌与历史上相比发生较大变化，但地下水汇水范围基本不受影响，根据历史地形图对高程高于馆址历史高程的区域进行划分，地下水汇水面积为31.2 万m（2见图3）。

图3 规划展览馆地下水汇水区域图

3 地下水设计洪水

3.1 地下汇水基本参数

地下水主要是由一场降雨的后损下渗产生，本次计算按20 年一遇降雨过程与平均扣损二者的最小值作为地下净雨进行综合单位线计算。

根据本项目所在位置的五万分之一航测地形图量算，各项地理参数：

地下汇水面积：0.312 km2；坡降J=0.0435；集水区域特征参

本项目位于《广东省暴雨径流查算图表》分区的珠江三角洲分区，应采用珠江三角洲设计雨型，暴雨低区的αt-t-F 关系图，粤东沿海、珠江三角洲产流参数，广东省综合单位线滞时m1-Θ 关系图中的大陆低区（即B 线），III 号无因次单位线。考虑到地下径流的汇流时间长，单位线滞时m1=2.46。

适宜计算时段Δt=1/3 h。

3.2 单位线的计算

单位线上涨历时：

计算得到单位线：

3.3 设计洪水过程线

采用《广东省暴雨径流查算图表》中的经验值，最大24 小时，下渗量4.5 mm/h，其余时段2.7 mm/h；对比设计暴雨过程，若时段降雨量小于上述经验值，则全部下渗，若大于，则下渗量为经验值4.5 mm/h 或2.7 mm/h。

表2 下渗量计算表

采用单位线计算方法列表计算得到地下径流过程，见表3、图 4。

图4 地下径流过程线

表3 地下径流过程（p=5%） 单位：流量m3/s

3.4 地下水设计洪水合理性分析

由于渗流参数：渗透系数（k）、透水断面面积（A）、渗流总水头（h）以及渗流距离（L）等均不确定，因此无法采用达西定律进行复核。

本次地下水设计洪水采用能量守恒定律进行复核，根据机械能守恒公式:mgh=1/2mv2，可得v=(2gh)0.5，根据场地施工人员观察，地下水喷高在1.5 m 左右，可计算得v=5.4 m/s。根据现场查勘，4 个喷水口大小在0.01 m2～0.02 m2左右，可计算地下水喷水流量为0.216 m3/s～0.4322 m3/s。因此地下水综合单位线计算结果0.389 m3/s 是合理的。另外，根据东莞市城乡规划局最新水文地质勘查结果，极端天气场地地下水涌水量估算结果为713.82 m3/h（0.20 m3/s），小于综合单位线计算结果。

4 结论

通过分析广东省综合单位线法计算设计洪水的原理，提出应用该方法计算地下水设计洪水，经复核分析，结果可靠合理。