邵丹娜,傅佩君

(1.杭州智慧給排水工程有限公司,浙江 杭州 310012;2.浙江綠城東方建筑設(shè)計(jì)有限公司,浙江 余姚 315400)

1 問題的提出

暴雨強(qiáng)度公式是城市防洪、排澇及排水規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)極其重要的設(shè)計(jì)參數(shù),其精確度直接影響工程安全、經(jīng)濟(jì)和合理性。目前 《給水排水設(shè)計(jì)手冊》發(fā)布的城市暴雨強(qiáng)度公式大多都是20世紀(jì)80年代以前編制的,公式中所采用的數(shù)據(jù)多在20世紀(jì)50年代至70年代之間,這些雨強(qiáng)公式大多建立在系列年份較短、代表性不足,精度較低的資料基礎(chǔ)上,有相當(dāng)一部分雨強(qiáng)公式的資料年數(shù)還不足10 a。而余姚城鄉(xiāng)工程技術(shù)研究所于1997完成了寧波地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式,其中余姚市暴雨強(qiáng)度公式分別采用年最大值法和年多個樣法,經(jīng)過十余年的推廣使用,經(jīng)驗(yàn)不斷積累,隨著城市化、現(xiàn)代化的加速推進(jìn),城市下墊面發(fā)生了很大的變化,改變了原有的雨洪徑流模式,近幾年來,在余姚發(fā)生的城市型水災(zāi)害也顯現(xiàn)出了一些新的特點(diǎn),暴雨公式的更新不是根據(jù)更新周期就可以確定的,而是需要在原始樣本中,比較分析任一時段內(nèi)大于全部歷史資料的最大值,宜進(jìn)行復(fù)核修訂。浙江省建設(shè)廳于2008年4月18日發(fā)文公布各城市暴雨強(qiáng)度公式,本次研究通過對更多系列降雨氣象資料的收集和分析,在根據(jù)對降雨資料進(jìn)一步的分析和研究后,在原公式的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步完善,采用了更精確反映短降雨歷時暴雨強(qiáng)度、降雨歷時及重現(xiàn)期之間的關(guān)系和規(guī)律,計(jì)算成果相對而言更加符合客觀實(shí)際。本文根據(jù)多年城市雨水排水工程設(shè)計(jì)、平時的觀察及工作實(shí)踐,就如何正確使用新暴雨強(qiáng)度公式,充發(fā)揮它的作用,提出幾點(diǎn)體會。

2 套用公式成果分析比較

余姚中心城大部分市政設(shè)施是20世紀(jì)90年代初期所建設(shè)的,余姚市當(dāng)時尚無暴雨強(qiáng)度公式,所以在做城市室外排水規(guī)劃設(shè)計(jì)和工程建設(shè)時,參考依據(jù)不足,大多數(shù)的設(shè)計(jì)院只能參照鄰近地區(qū)杭州或者寧波的暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算,由于設(shè)計(jì)人員往往受主觀因素影響,選用結(jié)果因人而異,在規(guī)劃、設(shè)計(jì)中經(jīng)常發(fā)生同一城市計(jì)算結(jié)果差異較大,基礎(chǔ)設(shè)施的投資規(guī)模不一致。對借用不同城市的暴雨強(qiáng)度公式,以2 a一遇各歷時設(shè)計(jì)流量進(jìn)行分析比較:

2.1 杭州暴雨強(qiáng)度公式

杭州暴雨強(qiáng)度公式如下:

2.2 寧波暴雨強(qiáng)度公式

寧波暴雨強(qiáng)度公式如下:

其中TE表示年多個樣法的重現(xiàn)期,i表示暴雨強(qiáng)度。

通過上述公式分別計(jì)算2 a一遇各歷時暴雨強(qiáng)度成果(見表1)。按2 a重現(xiàn)期20 min及120 min降雨強(qiáng)度考慮,A設(shè)計(jì)院用的杭州公式,2 a重現(xiàn)期20 min和120 min暴雨流量分別為196.45 L/(s?hm2)和58.32L/(s?hm2);而B設(shè)計(jì)院采用寧波公式,2 a重現(xiàn)期 20 min及 120 min暴雨流量 243.18 L/(s?hm2)和82.60 L/(s?hm2)。兩設(shè)計(jì)院提供的排澇、蓄洪設(shè)計(jì)水量分別相差23.78%、41.65%?？墒墙ㄔO(shè)行政管理部門在審批中也難以鑒別哪個是準(zhǔn)確的,當(dāng)?shù)赜譄o暴雨強(qiáng)度公式,無疑給管理工作者帶來困難,有部分工程省外設(shè)計(jì)院無任何根據(jù)套用了院所在地區(qū)的暴雨公式,導(dǎo)致排水管渠太大,造成浪費(fèi),或排水管渠偏小,產(chǎn)生積水或內(nèi)澇現(xiàn)象,而采用符合當(dāng)?shù)乜陀^實(shí)際的城市暴雨強(qiáng)度公式,為更好的解決城市排水管渠經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠、排水設(shè)施安全提供科學(xué)依據(jù)。

表1 2 a一遇各歷時設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度成果分析表 mm

3 地域差異分析

杭州市規(guī)劃建設(shè)新技術(shù)研究推廣中心和杭州智慧給排水工程有限公司在收集了浙江省700余個雨量站的自動雨量觀測資料的基礎(chǔ)上,采用年最大值進(jìn)行暴雨選樣配合耿貝爾頻率分布模型,科學(xué)推求了浙江省各城市新暴雨強(qiáng)度公式,浙江省建設(shè)廳于2008年4月18日以建設(shè)發(fā)[2008]89號“關(guān)于公布浙江省各城市暴雨強(qiáng)度公式的通知” 文件,經(jīng)過對相關(guān)文件的認(rèn)真學(xué)習(xí)和研討,余姚市的暴雨強(qiáng)度公式與周邊地區(qū)的暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行了地域性差異分析。

3.1 杭州新一代暴雨強(qiáng)度公式

杭州新一代暴雨強(qiáng)度公式如下:

3.2 寧波新一代暴雨強(qiáng)度公式

寧波新一代暴雨強(qiáng)度公式如下:

3.3 余姚新一代暴雨強(qiáng)度公式

余姚新一代暴雨強(qiáng)度公式如下:

其中TM表示年最大值法的重現(xiàn)期,i表示暴雨強(qiáng)度。

浙江新一代暴雨強(qiáng)度公式具有原理相同,統(tǒng)一采用了年最大值法配合耿貝爾分布模型推求公式分別計(jì)算2 a一遇各歷時暴雨強(qiáng)度成果,余姚與杭州、寧波的比較見表2。

表2 2 a一遇各歷時新一代暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算成果表 mm

由于余姚與杭州的氣候及地貌特征比較相近,故從表2可知,二者在30 min中設(shè)計(jì)暴雨量只相差3.89%。另外,寧波市地處北半球中緯地帶,東瀕東海,常因南北氣流和海洋性氣候的共同影響,特別是臺風(fēng)時節(jié)受到東風(fēng)波等熱帶天氣系統(tǒng)影響出現(xiàn)大的降水過程,計(jì)算成果相差12.85%。

經(jīng)地域性差異分析,結(jié)合城區(qū)排水管網(wǎng)和排澇泵站的運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn),90年代初期建設(shè)的一些雨水排水設(shè)施是鄰近地區(qū)或省外設(shè)計(jì)院引用所在地的暴雨強(qiáng)度公式,導(dǎo)致泵站和排水管網(wǎng)的建成標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模與實(shí)際需要的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模并不十分匹配。如果余姚采用寧波暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算當(dāng)?shù)氐挠炅?勢必會造成排水設(shè)施建設(shè)規(guī)模偏大,以至造成工程投資增大,運(yùn)營管理費(fèi)用提高等后果。

4 新一代暴雨強(qiáng)度公式的特點(diǎn)

近十幾年來余姚市的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,城市化的快速推進(jìn),城市建成區(qū)的范圍不斷擴(kuò)大。同時,氣候條件的不斷變化,部分極端氣象條件的顯現(xiàn),原有以地級城市為區(qū)域的暴雨強(qiáng)度公式已不能準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)室外排水管渠,因此,推廣應(yīng)用新一代暴雨強(qiáng)度公式勢在必行。我們在從事余姚市規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理中,通過推廣應(yīng)用及近幾年來實(shí)際暴雨的驗(yàn)證,新一代暴雨強(qiáng)度公式特點(diǎn):

(1)新一代暴雨強(qiáng)度公式在城市暴雨排水的規(guī)劃設(shè)計(jì)中所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)更加符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,使工程設(shè)計(jì)人員使用起來更加快捷、合理,避免了借用鄰近地區(qū)雨強(qiáng)公式造成的設(shè)計(jì)不合理使城市水浸街現(xiàn)象時有發(fā)生或投資浪費(fèi)的情況;

(2)年最值選樣方法物理意義明確,每年只選取各時段的最大值,樣本具有獨(dú)立性、代表性、一致性、系列的完整性,能客觀反映暴雨年變化趨勢,公式具有合理性、保證性、適用性和精確性;

(3)公式具有通用性,所需水文氣象資料的整編要求,與水文、氣象部門的整編要求基本相同,重現(xiàn)期的概念與水利、氣象、交通等部門得到高度統(tǒng)一,致使3部門水文成果、城市排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全協(xié)調(diào)一致;

(4)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期分析范圍應(yīng)擴(kuò)大到TM=2～100 a,即:2,3,5,10,20,30,50,100 a 8個重現(xiàn)期,重點(diǎn)放在TM≤20 a的重現(xiàn)期雨強(qiáng)的分析上,設(shè)計(jì)重現(xiàn)期提高到2 a一遇是合理的。

5 結(jié) 語

自然環(huán)境與人文環(huán)境的不斷變化要求我們用更科學(xué)的手段改善我們的生活環(huán)境。因此,就該項(xiàng)成果來看,在這種情況下建立符合當(dāng)?shù)乜陀^實(shí)際的新一代暴雨強(qiáng)度公式,則為優(yōu)化城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、提高城市防洪減災(zāi)能力等方面提供了科學(xué)的指導(dǎo)性依據(jù),計(jì)算過程簡單實(shí)用,研究成果易于普及。為了讓該項(xiàng)成果應(yīng)用更廣泛,產(chǎn)生更為良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益,應(yīng)當(dāng)立足不斷更新的技術(shù)和研發(fā)能力,在城區(qū)排水規(guī)劃設(shè)計(jì)中,結(jié)合排水水力計(jì)算,充分發(fā)揮余姚新暴雨強(qiáng)度公式的作用,使規(guī)劃設(shè)計(jì)成果更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。