市政排水與水利排澇關(guān)系的研究

周江宜

安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司綜合設(shè)計(jì)院 安徽合肥 230601

城市暴雨災(zāi)害是我國(guó)城市建設(shè)發(fā)展中常見的一種自然災(zāi)害，具有發(fā)生頻率高、影響范圍廣、影響力深遠(yuǎn)的特點(diǎn)。尤其是在夏季，城市暴雨災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、人們生活的穩(wěn)定產(chǎn)生了制約。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段實(shí)行的城市管理發(fā)展體制，我國(guó)有關(guān)市政部門開始注重對(duì)市區(qū)管道排水管理。我國(guó)水利部門則是主要管理河流道路防洪排澇總體規(guī)劃。這兩個(gè)部門應(yīng)用的是不同的暴雨選樣方法。在水務(wù)一體化的演進(jìn)發(fā)展下，市政部門和水利部門排澇管理關(guān)系變得日益密切。為了更好地實(shí)現(xiàn)城市排澇治理，需要結(jié)合市政部門和水利部門自身的優(yōu)勢(shì)，不斷摸索探討出水利排澇和市政排水重現(xiàn)期的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系[1]。

1 市政排水和區(qū)域排澇比較

城市排水系統(tǒng)的組成，包括市政給排水體系和區(qū)域排澇體系。其中，市政排水系統(tǒng)運(yùn)行，主要是排放自然降雨。利用雨水排放系統(tǒng)，收集降雨以及路面降雨，匯集到某個(gè)區(qū)域，通過(guò)泵站過(guò)濾以及分散，實(shí)現(xiàn)排放。在建設(shè)前，要依據(jù)區(qū)域暴雨強(qiáng)度，進(jìn)行雨水流量計(jì)算，進(jìn)而確定管道以及泵站建設(shè)規(guī)模。區(qū)域排澇：此體系主要解決江河湖排澇問題。因?yàn)楸┯陼?huì)使得河流產(chǎn)生較大的表面徑流，從上山或者路面，匯集到相應(yīng)的河道內(nèi)，由河道自行調(diào)蓄。利用控制水閥或排澇泵站，實(shí)現(xiàn)河道水的分散處理。若外河水位保持不變，則需要邊蓄水邊進(jìn)行排放。區(qū)域河道排澇體系的構(gòu)建，對(duì)于水量的計(jì)算，是按照明渠恒定流預(yù)測(cè)降雨標(biāo)準(zhǔn)以及邊界條件等。

2 計(jì)算方法

2.1 短歷時(shí)暴雨計(jì)算

在進(jìn)行短歷時(shí)暴雨計(jì)算時(shí)，可將相關(guān)數(shù)值帶入到設(shè)計(jì)暴雨公式中。根據(jù)室外排水規(guī)范有關(guān)規(guī)定，可利用水文學(xué)計(jì)算公式：Qm=F·q·Ψ。其中F代表匯水面積，hm2；q代表暴雨強(qiáng)度；Ψ代表綜合徑流系數(shù)。本文主要以佛山市南海區(qū)為研究對(duì)象，采用該地區(qū)的暴雨公式進(jìn)行短歷時(shí)暴雨計(jì)算，能得到q=167A/（t+b）n的計(jì)算公式，式子中t為降雨時(shí)間和匯流時(shí)間總和，min。排水重現(xiàn)期下相關(guān)參數(shù)n、b、A可通過(guò)以下計(jì)算公式來(lái)確定：n=0.68-0.031ln（P-0.59）；b=10.54-0.8ln（P-0.69）；A=18.25-0.09ln（P-0.8）。在確定暴雨計(jì)算表達(dá)式后，還要設(shè)計(jì)暴雨雨型。當(dāng)前城市暴雨主要應(yīng)用的暴雨設(shè)計(jì)雨型方法包括模式雨型法、均勻雨型法和Huff法等，其中市政排水中應(yīng)用較普遍的為均勻雨型法。Huff法計(jì)算結(jié)果容易受到歷時(shí)因素影響，當(dāng)存在歷時(shí)選擇不當(dāng)問題時(shí)，將無(wú)法保證結(jié)算結(jié)果有效性。模式雨型法在計(jì)算暴雨瞬時(shí)強(qiáng)度和雨量積累量方面都是逐步推導(dǎo)出來(lái)的。對(duì)于市政排水和暴雨歷時(shí)資料相對(duì)缺乏的城市來(lái)講，更傾向于使用模式雨型，綜合比較，本文可選用模式雨型方法。設(shè)計(jì)模式雨型主要體現(xiàn)出以下特點(diǎn)：一是表明暴雨平均強(qiáng)度及最強(qiáng)降水時(shí)段的規(guī)律性，對(duì)于雨峰時(shí)段的暴雨平均強(qiáng)度及公式計(jì)算的強(qiáng)度來(lái)講是一致的，能對(duì)其進(jìn)行同頻率控制；二是模式雨型能反映出由小到大在減小的暴雨強(qiáng)度變化過(guò)程；三是雨峰位置能根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y料確定，反映當(dāng)?shù)卮蠖鄶?shù)暴雨的情況。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，本文將雨峰位置選擇在暴雨歷時(shí)的0.4位置處。設(shè)定模式雨型強(qiáng)度變化過(guò)程歷時(shí)為t0，降雨量為Ha，雨峰前的降雨瞬時(shí)強(qiáng)度曲線Ia，峰后曲線為Ib，歷時(shí)tb，累積降雨量為Hb，能得出 ta/r=tb/（1-r）[2]。

2.2 排澇演算

排澇演算采用MIKE11水動(dòng)力模型開展。Mike11是一款多功能的一維水動(dòng)力學(xué)軟件包，以求解圣維南方程組作為理論基礎(chǔ)，并帶有對(duì)流擴(kuò)散，水質(zhì)生態(tài)，泥沙傳輸，降雨徑流，洪水預(yù)報(bào)，實(shí)時(shí)操作及潰壩模擬等多種模塊。MIKE11中一維非恒定流，采用Abbott六點(diǎn)隱式格式求解方程組，該離散格式并不在每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)同時(shí)計(jì)算水位和流量，而是按順序交替計(jì)算水位或流量，分別稱為h點(diǎn)和Q點(diǎn)。Abbott六點(diǎn)隱式格式無(wú)條件穩(wěn)定，可以在相當(dāng)大的Courant數(shù)下保持計(jì)算穩(wěn)定，輸入輸出及操作界面均為可視化，功能較強(qiáng)大。MIKE11排澇演算具體通過(guò)模型模擬文件將河網(wǎng)、斷面、邊界以及參數(shù)4個(gè)文件鏈接起來(lái)組合成一個(gè)水動(dòng)力模型。河網(wǎng)文件需要設(shè)置河道屬性（河道名、上下游端點(diǎn)里程、河道類型、河道流向、與其他河道連接信息以及斷面最大間距等），斷面文件中河名、里程以及TOPID需要與河網(wǎng)文件的河道相對(duì)應(yīng)，輸入斷面寬、高等尺寸信息后自動(dòng)計(jì)算得到水力參數(shù)、過(guò)流面積以及水力半徑等數(shù)據(jù)。邊界文件主要設(shè)置河道上游邊界的入流量Q或旁側(cè)入流的流量Q、下游邊界的水位H或者Q/h邊界。參數(shù)文件主要是設(shè)置初始水位流量值、河床糙率以及增加結(jié)果輸出（如流速、河道蓄水量、水工建筑物、過(guò)流斷面等）等。模擬文件除了集合各文件信息外還需設(shè)置模擬方法、時(shí)間步長(zhǎng)和輸出結(jié)果形式等[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

文章根據(jù)市政排水與水利排澇重現(xiàn)期的差異問題進(jìn)行了具體的分析，根據(jù)實(shí)際情況給出了A城市市政排水與水利排澇重現(xiàn)期之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)階段城市規(guī)劃發(fā)展中的排澇工作要比排水工作更為重要，因此暴雨的設(shè)計(jì)要充分考慮河道排澇計(jì)算設(shè)計(jì)發(fā)展的總體要求，實(shí)現(xiàn)城市河道排澇效果符合一般設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，排水和排澇的重現(xiàn)期之間存在一定的銜接關(guān)系，且在某種條件下，這種銜接關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換。文章在對(duì)某城區(qū)排水與排澇設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期關(guān)系，得到了不同排水設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期所對(duì)應(yīng)的排澇設(shè)計(jì)暴雨最佳重現(xiàn)期，旨在為該地區(qū)的排水防澇提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)支持。