排澇模數(shù)法的精度探究

龔 勛，陳 鵬，李亞云，陳 婷，辛 欣

(1.惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516000；2.三峽大學水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002)

排澇模數(shù)法的精度探究

龔 勛1，陳 鵬2，李亞云2，陳 婷2，辛 欣2

(1.惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516000；2.三峽大學水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002)

影響小流域最大排澇量精度的因素有很多，一方面，由于測量數(shù)據(jù)的誤差，也就是洪水資料的可靠性，代表性和一致性，這些因素會導致統(tǒng)計參數(shù)的偏差，從而影響設計洪水的精度；另一方面，目前國內推求小流域最大排水量的方法有很多，相互之間也存在差異。本文以潞市水閘和豐山水閘為研究區(qū)，通過排澇計算，比較經驗公式法以及平均排除法求得的最大排澇流量與設計值之間的誤差。

排澇模數(shù)；經驗公式法；平均排除法；設計洪水

澇災自古以來就威脅著人類生命和財產安全，是一種地域性廣泛的自然災害。排澇工程的建立，也是人民生活安定以及社會經濟穩(wěn)定發(fā)展的關鍵因素。由此，開展對排澇模數(shù)計算方法的一些探究，有效控制澇災損失，合理確定排澇工程規(guī)模，具有重要的現(xiàn)實意義。

關于排澇模數(shù)法，許多水利研究者在我國廣大地域進行了很多研究工作。其中，平均排除法相對來說方法較為便捷，所需資料比較少，適用于以農田為主的平原區(qū)排澇計算，但由于沒有考慮河道的調峰作用，將其直接應用于城市圩區(qū)的排澇計算時結果偏小[1]，因此經常用于集水面積較小的平原地區(qū)。經驗公式法充分考慮了流域的調蓄作用以及流域面積對匯流過程的影響，更加適用于大尺度平原區(qū)以及河網區(qū)的農田排澇計算。這兩種方法主要通過求得研究區(qū)的最大流量或者平均流量推求排澇模數(shù)[2-3]，對資料要求不高，也有一定的精度，故而在我國得到了充分的認可。本文借助湖北省鐘祥市潞市水閘、豐山水閘進行驗證計算，對這兩種方法的精度進行一系列的探究。

1 研究區(qū)水文氣象條件

1.1 潞市水閘

潞市閘位于鐘祥市漢江左岸潞市堤18+400處，工程興建于1972年11月，1974年10月完工，是一座三孔穿堤排水閘。該排水閘的主要任務是排泄潞市135 km2的洪水，潞市閘的設計排澇流量為105.0 m3/s。其建筑物由閘室段和穿堤的三節(jié)洞身組成，全長33.5 m。結構型式為混凝土直墻半圓拱，單孔凈寬3.0 m，直墻高2.5 m，拱半徑1.5 m，閘底板為鋼筋混凝土結構，厚0.8 m，總寬14.4 m，閘底板高程44.5 m(吳淞高程)，洞身為干砌條石拱涵，凈高 4.0 m。閘首位于大堤臨漢江面，鋼筋混凝土結構，上設閘門、啟閉臺、以及工作橋等。連接外江為消力池，漿砌石結構，長10.0 m，厚0.8 m。緊接0.3 m厚干砌塊石護底，高程44.5 m，長4.0 m。兩岸為漿砌石八字直墻，上接漿砌扭面。

潞市閘自建成以來，為排除潞市22個村的漬水，解除洪澇災害發(fā)揮了重要作用，為當?shù)氐慕洕l(fā)展作出了一定貢獻。

潞市閘保護農田3866.7 hm2，22個村，157個村民小組，7717戶，35 000人，固定資產6200萬元，工農業(yè)總產值5000萬元，潞市閘正常運行意義重大，一旦失事，直接危及區(qū)內的人民生命財產安全，將直接影響當?shù)氐慕洕ㄔO發(fā)展。

鐘祥市屬于亞熱帶季風氣候，總的特點是四季分明，氣候濕潤，雨量充沛，雨熱同季，并且日照時間長，年平均日照數(shù)在1800～2300 h，年日照率為84%。年平均氣溫為16 ℃，最熱時間是七月份，最低一般是一月份。歷年最高氣溫40 ℃，歷年最低氣溫達到零下10 ℃，多年平均風速為3.4 m/s。

夏季暴雨形成并受西太平洋副熱帶高壓和印緬低壓系統(tǒng)的影響，年降水量在800～1100 mm。降雨大部分集中在4～10月份，占全年降水量的80%～90%，年降雨日數(shù)88～120 d之間。

根據(jù)湖北省水文水資源局2008年編制的《湖北省暴雨徑流查算圖表》，查表計算得出潞市閘閘址處各暴雨特征值見下表1。

表1 潞市閘閘址處暴雨特征值計算 mm

1.2 豐山水閘

豐山閘位于鐘祥市漢江左岸豐樂堤11+300處，工程興建于1963年3月，1964年6月完工，是一座三孔穿堤自排水閘，保護區(qū)面積160 km2，豐山閘的設計排澇流量為120.0 m3/s。閘室結構型式為直墻半圓拱，單孔凈寬4.0 m，直墻高3.0 m，拱半徑2.0 m，閘底板為鋼筋混凝土結構，厚0.8 m，凈寬12.0 m，總寬18.0 m，閘底板高程46.5 m，凈高5 m。閘首為鋼筋混凝土結構，上設閘門、啟閉臺及工作橋等。外江進口設為漿砌石八字直墻，上接漿砌扭面，底板為漿砌石護底，將進水渠與涵閘連接，內渠護底高程46.5 m。消力池為110#混凝土澆筑，底板高程45.0 m，長18.7 m，厚0.7 m。

豐山閘自建成以來，為排除保護區(qū)20個村的漬水，解除洪澇災害發(fā)揮了重要作用，為當?shù)氐慕洕l(fā)展做出了一定貢獻。

豐山閘保護農田5333.3 hm2，20個村，55 000人，固定資產4200萬元，工農業(yè)總產值4000萬元，豐山閘一旦失事，直接危及區(qū)內的人民生命財產安全，將直接影響豐樂鎮(zhèn)的經濟建設發(fā)展。

根據(jù)湖北省水文水資源局2008年編制的《湖北省暴雨徑流查算圖表》，查表計算得出豐山閘閘址處各暴雨特征值見表2。

表2 豐山閘閘址處暴雨特征值計算 mm

2 排澇流量復核

2.1 經驗公式法

表3 流域設計點暴雨量的計算

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB 50288-1999)，采用排澇模數(shù)經驗公式法計算排澇區(qū)最大排水流量[4-6]。其計算公式為：

q=KRmFn

(1)

式中 ：q為設計排澇模數(shù)，m3/(s·km2)；F為排水溝設計斷面所控制的排澇面積，km2；R為設計徑流深，mm；K為綜合系數(shù)，反映河網配套程度、排水溝坡度、降雨歷時及流域形狀等因素；m為峰量指數(shù)，反映洪峰與流量的關系；n為遞減指數(shù)，反映排澇模數(shù)與面積的關系。

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB 50288-1999)及流域區(qū)統(tǒng)計分析成果，潞市閘排澇面積135 km2，K值取0.0135，m值取1.0，n值取-0.201，計算得出潞市閘最大排澇流量Q為119.5 m3/s。

可知10 a一遇三日暴雨標準，潞市閘最大排澇流量為119.5 m3/s，略大于原設計值105.0 m3/s。同理可得豐山閘最大排澇流量為138.7 m3/s，略大于原設計值120.0 m3/s。

2.2 平均排除法

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB 50288-1999)，采用排澇模數(shù)平均排除法計算排澇區(qū)最大排水流量。其計算公式為：

(2)

式中：qw為水田設計排澇模數(shù)，m3/(s·km2)；P為歷時為T的設計暴雨量,mm；h1為水田滯蓄水深,mm；ET為歷時為T的水田蒸發(fā)量,mm；F為歷時為T的水田滲漏量,mm；T為歷時,d。

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB 50288-1999)及流域區(qū)統(tǒng)計分析成果，潞市閘排澇面積135 km2，h1值取20 mm，ET值取2，F(xiàn)值取2，計算得出潞市閘最大排澇流量111.1 m3/s，約等于原設計值105.0 m3/s。同理,可得豐山閘最大排澇流量為131.7 m3/s，略大于原設計值120.0 m3/s。

本文運用經驗公式法和平均排除法計算潞市水閘和豐山水閘的排澇模量，求得的排澇流量與設計值比較匯總情況見表4。

表4 經驗公式法和平均排除法計算結果 m3·s-1

3 結 語

通過計算分析，經驗公式法所計算的排澇流量與設計值之間的誤差明顯大于平均排除法。依據(jù)水利部規(guī)劃設計總院1989年對《金堤河流域設計洪澇水分析報告》的審查意見，經驗公式法適合于尺度較大的地區(qū)，當流域尺度較小，會有可能出現(xiàn)排澇模數(shù)稍微偏大的現(xiàn)象。而對于平均排除法，更加適用于給水面積較小的平原區(qū)的圩區(qū)排澇設計。在流域面積偏小的情況下，選擇平均排除法計算排澇模量偏安全。此外，經驗公式法的機理是通過建立排澇模數(shù)的大小與設計徑流深和排區(qū)面積的大小之間的關系，而平均排除法是將相應設計標準的凈雨量在規(guī)定的排澇時間內平均排除；在做實際項目的時候，依據(jù)不同模式排澇計算對應的相應排澇機理(如平原排澇和山區(qū)防洪、不同尺度的排澇計算)，用多種方法對比分析，選擇合適的方法和正確的參數(shù)進行研討計算。

[1] 崔韓,劉俊,高成.圩區(qū)排澇模數(shù)計算方法研究[J].水利學報，2007(增刊1)：461-464.

[2] 詹道江,葉守澤.工程水文學[M].北京:中國水利水電出版社,2004.

[3] 于暢,郝曼秋,高成，等.平原城市自排區(qū)排澇模數(shù)計算方法研究[J].水資源與水工程學報,2014,25(6):184-192.

[4] 國家質量技術監(jiān)督局,中華人民共和國建設部.GB/T 50288-1999 灌溉與排水工程設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,1999.

[5] 中華人民共和國水利部.SL 4-2013 農田排水工程技術規(guī)范[S].北京: 中國水利水電出版社,2013.

[6] 吳持恭.水力學[M].北京:高等教育出版社,1982.

The research on accuracy of drainage modulus

GONG Xun1，CHEN Peng2，LI Yayun2，CHEN Ting2，XIN Xin2

(1.HuizhouCityHuayuWaterResourcesandHydropowerEngineeringInvestigationCo.,Ltd,Huizhou516000,China；2.SchoolofHydraulic&EnvironmentalEngineering,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

There are a lot of factors influencing the accuracy of the maximum drainage capacity in small watershed. On one hand, because of the error of the data, which is flood data including reliability, representative and consistency, these factors could lead to deviation of statistical parameters, which and affect the precision of design flood. On the other hand, there were a lot of the current domestic new methods to determine the maximum displacement of small watershed has a lotin our country. They were different from there are also differences between each other. Taking the article based on Lushi and Fengshan sluice as the research area, this article compared the difference between the degined maximum drainage and calculated value through empirical formula method and average method.

drainage modulus; empirical formula method; average exclusive method; design flood

龔 勛(1986-)，男，助理工程師，從事農業(yè)水文方面的研究工作。E-mail:20757783@qq.com

TV122

A

2096-0506(2015)06-0036-03