城市排水防澇工程水文問題淺談

殷麗

摘 要：近年來我國城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，已經(jīng)造成巨大經(jīng)濟(jì)、財(cái)產(chǎn)損失并嚴(yán)重影響了城市的正常安全運(yùn)行，受到了媒體、公眾和政府的高度重視。對此，應(yīng)當(dāng)積極建設(shè)城市排水防洪工程，以便有效的抵御城市內(nèi)澇，排除雨洪，保證城市良好發(fā)展。當(dāng)然，前提是有效解決水文問題。那么，如何做到這一點(diǎn)呢？文章將從雨洪給城市帶來的災(zāi)害展開，著重分析和探討城市排水防澇工程水文問題，希望能夠探尋行之有效的對策，以便良好建成排水防澇工程，避免城市受到洪澇災(zāi)害的影響。

關(guān)鍵詞：城市；排水防澇工程；水文問題

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0187-02

城市雨洪是造成城市洪澇災(zāi)害發(fā)生的根本原因，而興建排水防澇工程是有效防治或減輕洪澇災(zāi)害的有效舉措。所以科學(xué)、合理的建設(shè)城市排水防澇工程是非常必要的。而要想真正做到這一點(diǎn)，就需要相關(guān)負(fù)責(zé)人及工作人員對排水防澇工程壽命期內(nèi)的雨洪變化規(guī)律、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平等因素予以考慮，進(jìn)而設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及水文計(jì)算任務(wù)、產(chǎn)匯流計(jì)算等，以便有效解決水文問題，合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)排水防澇工程方案，以便更好的建設(shè)此工程，為有效防治防洪災(zāi)害創(chuàng)造條件。由此看來，在城市排水防洪工程建設(shè)之中切實(shí)有效的解決水文問題是非常重要的。

1 雨洪給城市帶來的災(zāi)害

參考相關(guān)資料及對近些年南方城市洪澇災(zāi)害發(fā)生情況的了解和分析，確定雨洪給城市帶來的災(zāi)害是非常大的，摧毀了人們賴以生存的家園，甚至威脅到人們的生命安全。

1.1 排水不夠及時(shí)造成的災(zāi)害

為了保證城市安排，在城市排水系統(tǒng)建設(shè)的過程中通常會對排水設(shè)計(jì)提出嚴(yán)格的要求，即：當(dāng)城市遭受暴雨侵襲時(shí)，要求城市地面必須是無積水狀態(tài)，也就是說城市地面積水深、積水歷都不超過允許值，如若超過這一允許值，就意味著城市地面存有積水，一旦積水增多，就會難以排水，最終引發(fā)洪澇災(zāi)害。假設(shè)集水區(qū)的排水能力為q，暴雨形成的某時(shí)刻洪水流量為Q，那么在Q≥q時(shí)，城市必然會遭遇排水不及時(shí)而引發(fā)的災(zāi)害；在Q≤q時(shí)，城市內(nèi)就不會出現(xiàn)因排水不及時(shí)而引發(fā)的災(zāi)害[1]。

1.2 內(nèi)澇造成的災(zāi)害

城市建設(shè)之中，為了避免洪澇災(zāi)害的發(fā)生，會要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行防洪設(shè)計(jì)的過程中一定要保證城市出現(xiàn)暴雨的時(shí)候，排水不暢的低洼區(qū)域不能出現(xiàn)淹水現(xiàn)象，也就是低洼地區(qū)的淹水深、淹水歷不可以超過最大的允許值，如若超出這一限值，那就意味著城市又發(fā)生洪澇災(zāi)害的可能。假設(shè)低洼地區(qū)的排水能力為q，暴雨形成的向低洼地區(qū)匯集的洪水過程為Q，那么在q≥Q時(shí)，低洼地區(qū)不會出現(xiàn)淹水現(xiàn)象，相應(yīng)的城市也不會出現(xiàn)洪澇災(zāi)害；在q≤Q時(shí)，低洼地區(qū)將會出現(xiàn)淹水現(xiàn)象，相應(yīng)的城市有出現(xiàn)洪澇災(zāi)害的可能，并且可能性較大。假設(shè)在歷時(shí)T內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)澇水量為V，那么他的函數(shù)式為：

V=W■-T調(diào)q

注：T調(diào)表示為調(diào)洪歷時(shí)；T調(diào)q表示為歷時(shí)T調(diào)內(nèi)的洪水量。

如若在某次暴雨發(fā)生時(shí)，出現(xiàn)了V>0的情況，就意味著城市將發(fā)生洪澇災(zāi)害，此時(shí)城市相關(guān)負(fù)責(zé)人，可以以此為依據(jù)，制定防洪方案，有效開展防洪工作，如轉(zhuǎn)移危險(xiǎn)區(qū)域的人員、實(shí)施排水設(shè)施等，以此來將洪澇災(zāi)害的破壞性降到最低。

1.3 工程失事率

從城市建設(shè)的角度來講，排水防澇工程的良好建設(shè)是非常必要的，能夠有效規(guī)避排水不及時(shí)或內(nèi)澇現(xiàn)象的發(fā)生，以此來降低防洪災(zāi)害發(fā)生的可能性。但是，要想真正做到這一點(diǎn)，需要降低排水防澇工程失事率。對此，在具體展開城市排水防澇工程建設(shè)的過程中應(yīng)當(dāng)注意增加排水能力或改變墊面條件。其中，在增加排水能力方面，假設(shè)將工程的排水能力從q增加到q'，那么在不改變集水區(qū)年最大流量的情況下洪澇量減少，相應(yīng)的工程失事率將大大降低；改變墊面條件方面，從理論的角度來講優(yōu)化墊面條件，是可以降低洪澇量的，但因?qū)嶋H工程排水過程中會受到滯蓄洪的作用，也會導(dǎo)致洪澇量增加[2]。所以，為了降低排水防澇工程的失事率，一般不單獨(dú)采用改變墊面條件這一舉措。

2 城市排水防澇工程水文問題的分析

2.1 排水防澇工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及水文計(jì)算任務(wù)

2.1.1 排水防澇工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

所謂排水防澇工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是指據(jù)此修建的工程規(guī)模能使排水不及時(shí)致災(zāi)率或內(nèi)澇致災(zāi)率或工程失事率減小到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平可以接受的數(shù)值。通常情況下，擴(kuò)大排水防澇工程的規(guī)模，可以增強(qiáng)其排水能力，進(jìn)而降低小排水不及時(shí)致災(zāi)率和內(nèi)澇致災(zāi)率，但是工程失事情況一旦發(fā)生，那么將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損傷。而明確排水防澇工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以以此為標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理的設(shè)定工程規(guī)模、排水能力、防澇能力等，提高工程的利用價(jià)值。為此，在具體展開城市排水防澇工程建設(shè)的過程中，首先要根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范、規(guī)定，明確排水防澇工程的排水標(biāo)準(zhǔn)、防澇標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 水文計(jì)算任務(wù)

參考相關(guān)資料及以往排水防澇工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定在排水防澇工程建設(shè)中要想切實(shí)有效的解決水文問題，就要確定集水區(qū)的設(shè)計(jì)洪水。為了做到這一點(diǎn)，通常可以采用兩種方法，其一是依據(jù)實(shí)測流量資料系列對設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行推算；其二是根據(jù)實(shí)測的暴雨資料，設(shè)計(jì)暴雨進(jìn)行推算，之后通過計(jì)算匯流，將設(shè)計(jì)暴雨轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)洪水。當(dāng)然，在此之前需要確定城市排水設(shè)計(jì)流量、防澇工程的規(guī)模及設(shè)計(jì)水位。其中，對于城市排水設(shè)計(jì)流量的確定，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)相關(guān)資料來繪制集水區(qū)的洪峰流量Qm頻率曲線，之后依據(jù)排水標(biāo)準(zhǔn)確定設(shè)計(jì)流量；對防澇工程規(guī)模的確定，則是設(shè)計(jì)人員依據(jù)相關(guān)資料來繪制城內(nèi)澇水量Vm的頻率曲線，之后依據(jù)防澇標(biāo)準(zhǔn)確定確定工程規(guī)模；對設(shè)計(jì)水位的確定，需要設(shè)計(jì)人員依據(jù)相關(guān)資料來繪制洪峰水位Hm的頻率曲線，再依據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)確定設(shè)計(jì)水位。

2.2 暴雨強(qiáng)度公式問題

城市排是防澇工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，可以確定集水區(qū)洪峰流量的公式為：

Qm=CIA

而根據(jù)等流時(shí)線概念，確定暴雨過程中形成的集水區(qū)匯水?dāng)嗝娴暮樗^程表示為：

由以上公式可以推導(dǎo)出暴雨過程形成的集水區(qū)斷面洪峰流量為：

這就意味著凈雨時(shí)段數(shù)m≥等流時(shí)面積塊數(shù)n，那么參與形成洪峰流量的是全部集水區(qū)面積和集水區(qū)最大回流時(shí)間內(nèi)最大凈雨量；m≤n，那么參與形成洪峰流量的是全部凈雨量和凈雨歷時(shí)最大的集水區(qū)面積。這充分說明了適用的集水區(qū)面積應(yīng)當(dāng)在合理的范圍內(nèi)，并且在洪峰流量設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)注意考慮雨峰、降雨損失、流域的調(diào)蓄作用等因素。

通常情況下，城市包括眾多的集水區(qū)，而在每個(gè)集水區(qū)都不舍自記雨量站并不現(xiàn)實(shí)。此種情況下要想做好每個(gè)集水區(qū)的設(shè)計(jì)暴雨，需要對一個(gè)雨量站點(diǎn)的同頻率不同歷時(shí)最大暴雨平均強(qiáng)度變化情況予以了解，利用數(shù)學(xué)公式表示為：

I=Sp/T或I=Sp/（T+b）n

由此可以推導(dǎo)出暴雨強(qiáng)度公式，即：

i=A'（1+C'lnP）/（b-T）n

根據(jù)此暴雨強(qiáng)度公式可以計(jì)算出城市暴雨發(fā)生時(shí)的暴雨強(qiáng)度，進(jìn)而評估暴雨的危害性，也可以為產(chǎn)匯流計(jì)算提供依據(jù)。

2.3 產(chǎn)匯流計(jì)算問題

城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)以設(shè)計(jì)洪水為依據(jù)，但由于城市集水區(qū)幾乎都缺乏實(shí)測流量資料，因此由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水就成為城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計(jì)中確定設(shè)計(jì)洪水的主要途徑。首先我們需要理解兩個(gè)名詞，即產(chǎn)流階段和回流階段。所謂產(chǎn)流階段，就是指降雨量轉(zhuǎn)換成凈雨量，會受到水量平衡的控制；而回流階段則是凈雨過程轉(zhuǎn)變?yōu)榧畢^(qū)洪水過程的物理階段。一般情況下，流域平面結(jié)構(gòu)和坡面平面結(jié)構(gòu)的水文過程是不同的，所以在此需要對城市集水區(qū)的產(chǎn)流和匯流的特點(diǎn)有一定了解。也就是（1）自然情況下形成的分水線是比較復(fù)雜的，容易受到人為因素的干擾；又因地下空間和地下管網(wǎng)的存在，地面與地下之間是有一定的聯(lián)系，相應(yīng)的水流直接相通。（2）一般情況下，城市洪澇災(zāi)害發(fā)生的主因是地面徑流，在計(jì)算城市積水區(qū)基本的產(chǎn)流量中應(yīng)當(dāng)著重分析降雨形成的地面凈雨。（3）分析城市積水區(qū)匯流應(yīng)當(dāng)將目光放在坡面匯流，可以忽略河網(wǎng)匯流，但是要明確集水區(qū)地下有管網(wǎng)，坡面通過受水口和檢查井與地下管網(wǎng)垂向串聯(lián)是集水區(qū)匯流的一大特點(diǎn)?？傊?，依據(jù)暴雨強(qiáng)度公式及城市集水區(qū)的產(chǎn)流和匯流的特點(diǎn)，可以有效的計(jì)算產(chǎn)匯流，為解決排水防澇工程水文問題提供重要依據(jù)。

3 結(jié)束語

基于本文一系列分析，確定城市排水防澇工程的良好建設(shè)是非常有意義的，可以避免因排水不及時(shí)、內(nèi)澇、工程實(shí)施而造成災(zāi)害。當(dāng)然，要想做到這一點(diǎn)也不是非常容易的。就以處理水文問題來說，影響水文問題的因素較多，需要明確排水標(biāo)準(zhǔn)、防澇標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)流量及工程規(guī)模，從而根據(jù)實(shí)測的暴雨資料將設(shè)計(jì)暴雨推求出來，之后再通過產(chǎn)匯流進(jìn)行分析和計(jì)算，最終設(shè)計(jì)洪水，最終有效解決水文問題?？傊?，城市排水防澇工程的建設(shè)具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉子龍.基于模型的城市排水防澇工程計(jì)算理論與技術(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]芮孝芳，蔣成煜，陳清錦，等.論城市排水防澇工程水文問題[J].水利水電科技進(jìn)展，2015（1）：42-48.