南四湖濱湖澇洼區(qū)排水模數(shù)比較分析

劉　克，李同超，王　輝（.濟寧市黃淮水利勘測設(shè)計院，山東 濟寧 709；.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 5004）

南四湖濱湖澇洼區(qū)排水模數(shù)比較分析

劉克1，李同超2，王輝1
（1.濟寧市黃淮水利勘測設(shè)計院，山東 濟寧 272019；2.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014）

【摘要】針對濟寧市南四湖濱湖澇洼區(qū)萬福河以北地區(qū)和萬福河以南地區(qū)的排水模數(shù)進行比較，采用經(jīng)驗公式法進行計算，設(shè)計重現(xiàn)期為5年、10年和20年，并分析排水模數(shù)的影響因素。結(jié)果表明：南四湖濱湖地區(qū)排澇模數(shù)在流域面積小于1 000 km2時，隨著流域面積增加排澇模數(shù)急劇下降，當流域面積超過1 000 km2時，該地區(qū)的排澇模數(shù)趨于穩(wěn)定。萬福河北部地區(qū)較萬福河南部地區(qū)排澇模數(shù)較小，排澇區(qū)內(nèi)的溝塘均具有一定的調(diào)蓄能力，排澇模數(shù)受水面率影響顯著。

【關(guān)鍵詞】南四湖；澇洼區(qū)；排澇模數(shù)；排澇標準

南四湖濱湖洼地位于濟寧市的中西部，南四湖周圍及沿梁濟運河一帶，包括任城區(qū)、金鄉(xiāng)縣、嘉祥縣、微山縣的大部，魚臺縣的全部，鄒城市的白馬河下游，汶上縣、梁山縣的沿運一帶，面積2 160 km2，耕地面積14.93萬hm2。

南四湖形狀狹長，南北長約120 km，比降平緩，來水經(jīng)湖泊調(diào)蓄后，經(jīng)韓莊運河和不牢河，下泄入中運河，再南下排入駱馬湖。南四湖濱湖洼地位于南四湖流域下游。濱湖澇洼區(qū)屬于黃泛平原，地面比降在1/5 000～1/10 000，河道均峰低量大，由西向東流入南四湖。梁濟運河接納濟北及鄆城、梁山一帶來水，由北端匯入南四湖，地面比降在1/10 000～1/30 000之間，南四湖濱湖周圍地勢低洼，經(jīng)常處于蓄水位以下。

南四湖流域降水的主要影響因素是大氣環(huán)流中的季風環(huán)流，隨著季節(jié)變化而變化，夏季太平洋高壓暖流自南向北逐漸擴展，使得該流域降水量明顯增多，因此年內(nèi)降水具有夏季降水集中、強度大、歷時長、范圍廣且可連續(xù)發(fā)生，地域分配上呈由南至北不斷減少的特點。這種降水年際變化率大，表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性，而降雨量在年內(nèi)分配不均，常引起連澇連早，對南四湖流域的農(nóng)作物生長破壞嚴重。南四湖流域水文地質(zhì)條件復(fù)雜，萬福河南北地區(qū)排澇模數(shù)差異較大，因此需要對南四湖濱湖洼澇區(qū)排水模數(shù)進行比較分析，為以后的水利工程設(shè)計提供依據(jù)。

1　排澇標準

排澇標準是確定排澇流量及排水溝、閘、站等排澇工程規(guī)模的基本依據(jù)。一般有3種表達方式：一是以治理區(qū)內(nèi)發(fā)生一定重現(xiàn)期的暴雨，作物不受淹為標準；二是以排水區(qū)內(nèi)作物不受淹的保證率為標準；三是以某一定量暴雨或澇災(zāi)嚴重的典型年作為排澇設(shè)計標準。目前我國除澇設(shè)計中采用最為廣泛的是第一種排澇標準表達方式，也是我國《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》所推薦采用的方式，本文采用這種表述方式，以治理區(qū)內(nèi)發(fā)生一定重現(xiàn)期的暴雨時作物不受淹為標準。這種標準既規(guī)定了一定重現(xiàn)期的暴雨，也明確指出了在這種暴雨發(fā)生時農(nóng)作物不允許受澇，即當實際發(fā)生暴雨不超過設(shè)計暴雨時，農(nóng)田的淹水深度、淹水歷時應(yīng)不超過農(nóng)作物正常生長所允許的范圍。根據(jù)山東省發(fā)展和改革委員會、山東省水利廳聯(lián)合批準的《山東省淮河流域綜合規(guī)劃》，該地區(qū)排澇標準為5年一遇。

2　設(shè)計暴雨

排澇計算用點雨量即可，選用臨近的梁山閘作1967—2008年非汛期洪水資料，統(tǒng)計歷年11月至次年4月間最大24 h雨量，采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線進行適線，適線時以理論頻率曲線與經(jīng)驗頻率點據(jù)擬合較好為原則。適線結(jié)果均值為32.6mm，Cv=0.60，CS=3.5Cv。5年一遇設(shè)計暴雨為44.1mm。其中老萬福河面積較大，按點面關(guān)系折算面雨量值。施工期洪水前期影響雨量Pa取值20mm，根據(jù)湖西區(qū)萬福河以南地區(qū)次降雨徑流關(guān)系查R值。

扣除降雨損失，即產(chǎn)流計算。排澇區(qū)下墊面可以分為3類：水面、旱地、城鎮(zhèn)(包括非耕地)。根據(jù)各下墊面的特征及不同的產(chǎn)流規(guī)律，分別進行產(chǎn)流計算，總產(chǎn)流量為3種下墊面產(chǎn)流量之和。

1）水面：按水量平衡方程由降雨扣除水面蒸發(fā)推求產(chǎn)流量。

2）旱地：采用新安江三水源模型推求旱地產(chǎn)流量。

3）城鎮(zhèn)：劃分為不透水面積和透水面積兩部分分別計算產(chǎn)流量。不透水面積由降雨扣除洼地蓄水及蒸發(fā)，剩余部分全部為地表徑流。

3　排澇模數(shù)分析

設(shè)計排澇模數(shù)通常以單位排水面積上的最大排澇流量來表示，對其產(chǎn)生影響的因素主要有設(shè)計降雨、排水面積的大小和形狀、土壤性質(zhì)、作物組成和地面覆蓋、地面坡度、地下水位、排水溝網(wǎng)密度、河網(wǎng)的溝通和調(diào)節(jié)蓄水能力、排水溝底比降以及排澇模式等。由于排澇流量難以通過實測資料確定，所以在實際設(shè)計中常采用經(jīng)驗公式法計算設(shè)計排澇模數(shù)。

經(jīng)驗公式法的基本思想是，設(shè)計暴雨的徑流深度和排澇面積的變化對排澇模數(shù)的大小影響較明顯，通過建立二者與排澇模數(shù)的經(jīng)驗公式計算設(shè)計排澇模數(shù)，設(shè)計中常采用的公式為：

式中：M經(jīng)為設(shè)計排澇模數(shù)，m3/（s·km2）；F為設(shè)計控制的排澇面積，km2；R為設(shè)計暴雨的徑流深度，mm；K為綜合影響系數(shù) （反映河網(wǎng)調(diào)節(jié)程度、排水溝底比降、凈雨歷時及流域情況）；m為峰量指數(shù)或河槽調(diào)蓄系數(shù)；n為面積遞減指數(shù)。

南四湖濱湖澇洼區(qū)根據(jù)其水文地質(zhì)特點選取差異較大的萬福河南部區(qū)域與萬福河北部區(qū)域兩個地區(qū)進行自排方式的排澇模數(shù)比較。

根據(jù)該地區(qū)實際情況及以往設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計排澇模數(shù)為：

式中：R3為三日降雨徑流深，mm；F為流域面積，km2。

公式以最大流量作為設(shè)計依據(jù)，主要考慮了流域面積對匯流過程的影響，流域面積越大，排澇模數(shù)越小，如圖1所示。5年重現(xiàn)期的排澇模數(shù)最小，10年重現(xiàn)期次之，20年重現(xiàn)期的排澇模數(shù)最大；在流域面積小于1 000 km2時，圖中各重現(xiàn)期排澇模數(shù)急劇下降，當流域面積超過1 000 km2時，排澇模數(shù)趨于穩(wěn)定。萬福河北部地區(qū)與萬福河南部地區(qū)的排水方式、范圍等比較復(fù)雜，另外該地區(qū)的溝塘同時具有一定的溝通和調(diào)節(jié)蓄水能力，有的還與湖泊、洼地相連接，能起到排水容泄區(qū)的作用，排澇區(qū)的水面率較大，萬福河以北地區(qū)的排澇模數(shù)較小，必須根據(jù)排澇區(qū)內(nèi)的具體情況，分別計算確定設(shè)計排澇模數(shù)。

圖1萬福河以南和萬福河以北地區(qū)排澇模數(shù)對比

4　結(jié)語

本文采用經(jīng)驗公式法計算南四湖濱湖地區(qū)排澇模數(shù)，同時對萬福河以北地區(qū)和以南地區(qū)的排澇模數(shù)進行比較，得到以下結(jié)論：1）南四湖濱湖地區(qū)排澇模數(shù)在流域面積小于1 000 km2時隨著流域面積增加排澇模數(shù)急劇下降，當流域面積超過1 000 km2時該地區(qū)的排澇模數(shù)趨于穩(wěn)定；2）萬福河北部地區(qū)較萬福河南部地區(qū)排澇模數(shù)較小，排澇區(qū)內(nèi)的溝塘均具有一定的調(diào)蓄能力，排澇模數(shù)受水面率影響顯著。

（責任編輯 崔春梅）

【中圖分類號】TV122

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-07-0007-02

收稿日期：2015-04-10

作者簡介：劉克（1978—），男，工程師