張 灝

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原030024）

城市排澇計算方法研究

張 灝

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，太原030024）

通過將《山西省水文計算手冊》、GB/T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》、GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》中計算方法進(jìn)行結(jié)合，論述了城市排澇的計算方法及計算過程，在城市防洪排澇設(shè)計過程中，可供城市管網(wǎng)、滯洪區(qū)域規(guī)模、最大排泄流量進(jìn)行計算。

城市排澇；產(chǎn)流計算；管網(wǎng)排泄流量；水量平衡計算

1 排澇標(biāo)準(zhǔn)的確定

城市排澇設(shè)計應(yīng)先確定城市排澇標(biāo)準(zhǔn)。目前我國涉及城市防洪標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范有：GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》2014版和GB/T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》。兩者均為國家標(biāo)準(zhǔn)，但其對于城市內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期的規(guī)定并不相同，主要原因是兩者對于洪水歷時選取不同。依據(jù)GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》2014版，洪水歷時選取5～120min，而GB/T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》洪水歷時選取1～3d，為水利部門采用。因此在設(shè)計過程中，會存在排澇標(biāo)準(zhǔn)不一致的情況。當(dāng)兩者暴雨重現(xiàn)期不一致時，宏觀排澇工程規(guī)模依GB/T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》確定，而微觀的城市管網(wǎng)排泄能力計算，則按照《室外排水設(shè)計規(guī)范》確定。此時城市內(nèi)澇排泄體系可滿足市政要求，在局部建筑物及人群密集地區(qū)選取高標(biāo)準(zhǔn)，亦可滿足城市宏觀排澇標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。

2 城市排澇計算方法

城市排澇主要可劃分為降雨產(chǎn)流階段、內(nèi)澇排泄階段及蓄滯洪區(qū)承接階段3個階段，其中城市內(nèi)澇洪水可直接排入江河則無需考慮蓄滯洪規(guī)模。以上3個階段中，降雨產(chǎn)流階段需進(jìn)行內(nèi)澇洪量計算，內(nèi)澇排泄計算需確定內(nèi)澇排泄過程，蓄滯洪區(qū)承接階段需進(jìn)行蓄滯洪規(guī)模計算。

2.1 城市內(nèi)澇水量計算

城市內(nèi)澇洪水水量計算可按照徑流系數(shù)法進(jìn)行產(chǎn)流計算，匯流計算可采用等流時線方法進(jìn)行計算，當(dāng)資料具備時也可采用流域模型法進(jìn)行計算。

山西省目前采用 《山西省水文計算手冊》（以下簡稱《手冊》）方法進(jìn)行計算。由于《手冊》方法可推求凈雨過程，因此可先用其進(jìn)行計算，而后計算徑流系數(shù)進(jìn)行復(fù)核。

（1）首先按照《手冊》提供的圖集查出不同時長的特征雨量，并根據(jù)特征雨量值及下墊面產(chǎn)流條件進(jìn)行產(chǎn)流計算。在產(chǎn)流計算中，根據(jù)《手冊》對于城市化地區(qū)由于不透水面積加大，吸水率和導(dǎo)水率都會降低，建議降低使用表列變質(zhì)巖灌叢山地數(shù)值。

（2）在產(chǎn)流計算完成后，由于城市內(nèi)澇排泄受市政管網(wǎng)影響很大，不能采用《手冊》中的匯流模型進(jìn)行計算，故只以產(chǎn)流凈雨過程，根據(jù)過程時段長，簡化推求時段平均內(nèi)澇過程線。

2.2 城市內(nèi)澇排泄過程計算

城市內(nèi)澇排泄過程計算分為兩部分：一為管網(wǎng)排泄能力計算，二為城市排澇過程計算。

城區(qū)管網(wǎng)的最大排泄能力采用GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》中的雨水量計算公式。

雨水設(shè)計流量計算公式為：

式中 Qs為雨水設(shè)計流量 （L/s）；q為設(shè)計暴雨強(qiáng)度［L/（s·hm2）］；Ψ為徑流系數(shù)，根據(jù)城區(qū)規(guī)劃、道路狀況、綠化率等因素綜合確定；F為匯水面積（hm2）。

其中，q為依據(jù)經(jīng)驗公式求得的設(shè)計暴雨強(qiáng)度，與《手冊》中的設(shè)計暴雨強(qiáng)度含義不同，計算公式因各地市而異。《手冊》中的暴雨強(qiáng)度值分別統(tǒng)計了10min，60min，6h，24h，3d的暴雨強(qiáng)度，為實測暴雨等值線圖；而GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》中的設(shè)計暴雨強(qiáng)度是在考慮管網(wǎng)長度、暴雨強(qiáng)度之后的一個經(jīng)驗公式計算值。兩者含義完全不同。

根據(jù)城市管網(wǎng)最大排泄能力及時段平均內(nèi)澇過程線，將城市模擬為一座水庫進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)，推求城市內(nèi)澇排泄過程線。城市管網(wǎng)泄出過程線最大泄流能力不超過管網(wǎng)最大排泄量。

其計算方法可按照水庫靜庫容水量平衡方程式。

式中 I1、I2為Δt時段始、末入庫流量（m3/s）；O1、O2為Δt時段始、末出庫流量（m3/s）；V1、V2為Δt時段始、末水城市內(nèi)澇水量（萬m3）；Δt為計算時段（萬s）。

3 蓄滯洪規(guī)模計算

蓄滯洪規(guī)模計算過程是根據(jù)城市內(nèi)澇排泄過程及蓄滯洪區(qū)排泄能力進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計算。通過假定不同的蓄滯洪區(qū)泄流能力，確定合理的滯洪區(qū)域及泄洪能力。計算方法亦按照水庫靜庫容水量平衡方程進(jìn)行計算。

4 計算實例

首先確定排澇標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》確定城市部分密集區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，根據(jù)GB/T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》確定城市整體排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

以山西省某城市排洪過程為例，根據(jù)城市集水面積及《手冊》讀圖參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)流計算，計算成果如表1～表2。

表1 手冊讀圖參數(shù) 單位：mm

表2 產(chǎn)流計算成果

在計算過程中產(chǎn)流地類按照變質(zhì)巖灌叢山地數(shù)值降低30%采用。當(dāng)計算得出凈雨過程后，按照時段長度計算洪量，并計算時段內(nèi)平均流量。

根據(jù)計算所得的洪水過程線，通過城市管網(wǎng)最大排泄能力進(jìn)行泄流計算，該城市最大管網(wǎng)最大排泄能力為29.2m3/s。當(dāng)時段平均流量小于管網(wǎng)最大泄流能力時，按照時段平均流量進(jìn)行排泄，當(dāng)平均流量大于管網(wǎng)最大泄流能力時，按照時段管網(wǎng)排泄能力進(jìn)行排泄，多出部分累積至下一時段排泄。城市內(nèi)澇排泄過程成果如表3。

表3 城市管網(wǎng)排泄流量過程線

最后根據(jù)城市排泄流量及假定的滯洪區(qū)域排泄流量，按照水量平衡計算，可確定滯洪區(qū)域大小，可計算多種方案，按照城市占地，工程投資等其他指標(biāo)進(jìn)行方案比選。

5 結(jié)語

通過將GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》、GB/T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》及《山西省水文計算手冊》中關(guān)于城市內(nèi)澇的計算方法融合貫通，并簡單概化城市內(nèi)澇過程線，最終通過水量平衡方程可確定城市排洪渠道、城市滯洪體系的規(guī)模，初步確定城市排澇工程規(guī)模的目的。

［1］山西省水利廳.山西省水文計算手冊［K］.鄭州：黃河水利出版社，2011.

［2］GB/T50805—2012，城市防洪工程設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB50014—2006，室外排水設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］山西省水利水電勘測設(shè)計研究院.太榆退水渠改擴(kuò)建工程規(guī)劃［R］.2015.

［5］本書編寫組.水文水利計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

Urban drainage method research

ZHANG Hao
（Shanxi Hydroelectric Investigation,Design and Research Institute,Taiyuan 030024,China）

Through the combination of the calculation method in the Shanxi Province hydrology calculation manual， GB/T50805—2012 urban flood control engineering design specification， GB50014—2006 the outdoor drainage design specification，this paper discusses the calculation method and calculation process of urban drainage.It can be the reference for the calculation of city pipe network，detention basin scale and the maximum discharge flow to calculate in the process of urban flood control and drainage design.

urban drainage； runoff yield calculation；pipeline discharge flow； calculation of water balance

TU998.4

B

1672-9900（2015）06-0017-03

2015-08-25

張 灝（1981-），男（漢族），山西陽城人，工程師，主要從事工程水文及水資源規(guī)劃工作，（Tel）13546390109。