萍鄉(xiāng)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)城市防洪排澇水文分析

歐陽路

（江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司，江西 南昌 330000）

1 問題的提出

萍鄉(xiāng)市隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，下墊面條件隨之改變，暴雨也成為威脅該市安全的主要自然災(zāi)害之一。

為此文中在運(yùn)用新安江三水源模型計(jì)算城區(qū)產(chǎn)匯流的基礎(chǔ)上，將該市開發(fā)區(qū)劃分為農(nóng)村圩區(qū)、城鎮(zhèn)圩區(qū)及混合圩區(qū)并進(jìn)行了各代表性圩區(qū)2010、2020及2025年排澇模數(shù)的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與《萍鄉(xiāng)市“十四五”防洪規(guī)劃文本》（2021-2025）十分接近，也為城區(qū)防洪排澇及水資源利用提供了參考依據(jù)。

2 計(jì)算方法

2.1 典型暴雨過程

在萍鄉(xiāng)市城市防洪排澇水文計(jì)算前必須先在歷史觀測資料中選擇典型降雨過程，根據(jù)城市排澇規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)降水過程推算及產(chǎn)流估算，并據(jù)此計(jì)算城市排澇模數(shù)最小值。萍鄉(xiāng)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)歷次特大暴雨及水文過程中1998 年降水總量最大、強(qiáng)度最高，降雨特性與設(shè)計(jì)暴雨條件十分接近。所以選擇該區(qū)域1998 年7 月21 日9 時至7 月22 日9 時為典型暴雨過程。根據(jù)該區(qū)排澇規(guī)劃，必須推算出20年一遇點(diǎn)雨量；萍鄉(xiāng)市站具備1971-2020年短歷時雨量長系列統(tǒng)計(jì)資料，故以其為設(shè)計(jì)暴雨過程代表站，在計(jì)算出1、3、6、24 h 控制時段典型雨量縮放系數(shù)后，將1998年7月21日9時至7月22日9時的暴雨過程縮放為20年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程。

2.2 產(chǎn)流估算

應(yīng)用新安江三水源模型估算該區(qū)產(chǎn)流，并根據(jù)區(qū)域下墊面地理情況及水文，將其劃分為若干單元，將所計(jì)算的各面積單元流量過程疊加后便得到整個區(qū)域預(yù)報流量過程。萍鄉(xiāng)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)水文模擬過程中，產(chǎn)流為蓄滿產(chǎn)流，水源分為地表水、壤中水及地下徑流三種，匯流則分為河網(wǎng)匯流與坡面匯流兩種。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)下墊面條件，產(chǎn)流結(jié)果應(yīng)為非耕旱地、水面、水田及城鎮(zhèn)等下墊面之和。

2.3 排澇模數(shù)計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)排澇計(jì)算時將圩區(qū)劃分為城鎮(zhèn)圩區(qū)、農(nóng)村圩區(qū)及混合圩區(qū)，并將其中面積占比不足15%的城鎮(zhèn)圩區(qū)歸入農(nóng)村圩區(qū)。

農(nóng)村圩區(qū)排澇模數(shù)按下式計(jì)算：

式中：M1—圩區(qū)排澇模數(shù)設(shè)計(jì)值［m3/（s·km2）］；Rt—t 日暴雨對應(yīng)澇水量（mm）；k—圩區(qū)可調(diào)蓄水面率（%）；ΔZ—圩區(qū)溝塘預(yù)計(jì)降水深（mm）；T—圩區(qū)排澇歷時（d）。

城鎮(zhèn)圩區(qū)地面徑流主要通過管道排水系統(tǒng)排入河道內(nèi)，在確定城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)時要求河道應(yīng)能及時排出澇水，且在既有設(shè)計(jì)排水標(biāo)準(zhǔn)下不發(fā)生積水。

混合圩區(qū)則應(yīng)用加權(quán)平均思想，根據(jù)農(nóng)村圩區(qū)及城鎮(zhèn)圩區(qū)占比及排澇模數(shù)值，得到綜合排澇模數(shù)值，公式如下：

其中：M—綜合排澇模數(shù)［m3/（s·km2）］；M2—城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)［m3/（s·km2）］；a1、a2—農(nóng)村圩區(qū)面積及城市圩區(qū)面積占比（%）。

3 結(jié)果與分析

3.1 點(diǎn)雨量頻率

萍鄉(xiāng)市開發(fā)區(qū)站點(diǎn)雨量頻率分布結(jié)果具體見圖1?？刂茣r段1h內(nèi)降雨量期望值取41.50 mm、降雨量偏差系數(shù)取0.40、降雨量偏差系數(shù)與變差系數(shù)之比取二三十年一遇降雨量73.10 mm；控制時段3 h內(nèi)降雨量期望值取56.20 mm、降雨量偏差系數(shù)取0.40、降雨量偏差系數(shù)與變差系數(shù)之比取二三十年一遇降雨量98.90 mm；控制時段6 h 內(nèi)降雨量期望值取69.50 mm、降雨量偏差系數(shù)取0.40、降雨量偏差系數(shù)與變差系數(shù)之比取二三十年一遇降雨量122.30 mm；控制時段24 h 內(nèi)降雨量期望值取101.30 mm、降雨量偏差系數(shù)取0.40、降雨量偏差系數(shù)與變差系數(shù)之比取二三十年一遇降雨量178.30 mm。

比較此站1、3、6、24 h 控制時段典型雨量和設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量值得到相應(yīng)的縮放系數(shù)分別取1.445、0.667、1.773和2.001。按照同頻率縮放后可將該站1998 年7 月21 日9 時至7 月22 日9 時的典型暴雨過程縮放至20年一遇設(shè)計(jì)暴雨過程，并基于該24 h降水過程計(jì)算項(xiàng)目區(qū)產(chǎn)匯流。

3.2 產(chǎn)流計(jì)算

基于開發(fā)區(qū)20 年一遇24 h 設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量值，將項(xiàng)目區(qū)劃分為數(shù)個單元，結(jié)合各單元下墊面特征及產(chǎn)匯流規(guī)律計(jì)算產(chǎn)流及坡面匯流，其中面積最大的銀馬圩、回圩區(qū)、平原圩、城南圩四個單元24 h 設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)流計(jì)算結(jié)果見表1。根據(jù)表中產(chǎn)流計(jì)算結(jié)果可以看出，萍鄉(xiāng)市開發(fā)區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快后區(qū)域下墊面隨之改變，不透水路面增多、農(nóng)田面積減少，各代表性圩區(qū)產(chǎn)流量均呈增大趨勢，為此必須進(jìn)行排澇模數(shù)的調(diào)整。

表1 面積最大的圩區(qū)單元24 h設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)流計(jì)算結(jié)果表 （單位：mm）

3.3 排澇模數(shù)

3.3.1 城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)

基于開發(fā)區(qū)20年一遇暴雨過程及城鎮(zhèn)排水管道1年一遇排水能力，以0.70的徑流系數(shù)進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算，排澇模數(shù)應(yīng)不低于24 h內(nèi)澇水全部排出圩區(qū)河道的對應(yīng)值，即2.14 m3/（s·km2）。圩區(qū)排澇模數(shù)見表2。根據(jù)表中結(jié)果，隨著調(diào)蓄水面率的增大，當(dāng)預(yù)計(jì)降雨深相同時排澇模數(shù)呈減小趨勢；而當(dāng)調(diào)蓄水面率相同時排澇模數(shù)取值隨預(yù)計(jì)降雨深的增大而減小。

表2 城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)表 單位：m3/（s·km2）

3.3.2 農(nóng)村圩區(qū)排澇模數(shù)

根據(jù)所得到的萍鄉(xiāng)市開發(fā)區(qū)20年一遇24 h設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量值以及采用其典型農(nóng)業(yè)區(qū)產(chǎn)流模型所得到的20年一遇24 h暴雨入河徑流系數(shù)，可得到相應(yīng)的徑流深折算結(jié)果為142.50 mm。結(jié)合該區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，公式（1）中按照自排考慮的t取1 d，T取2 d；如果采用機(jī)排方式，則排水泵站開機(jī)時間應(yīng)為20 h/d，將泵站檢修等過程考慮進(jìn)去后，應(yīng)將式（1）計(jì)算結(jié)果乘1.3的系數(shù)以得到最終排澇模數(shù)。為保證暴雨過程中圩區(qū)調(diào)蓄庫容能及時騰空，溝塘所調(diào)蓄澇水量必須在3 d內(nèi)徹底排出，并使圩區(qū)內(nèi)河道水位均恢復(fù)至暴雨前水平。為此，農(nóng)村圩區(qū)排澇模數(shù)應(yīng)至少為0.89 m3/（s·km2）。針對不同可調(diào)蓄水面率及預(yù)計(jì)降水深度，應(yīng)用式（1）便可得到農(nóng)村圩區(qū)排澇模數(shù)。該市開發(fā)區(qū)農(nóng)村圩區(qū)排澇模數(shù)與城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)變動趨勢規(guī)律一致，但是農(nóng)村圩區(qū)排澇模數(shù)取值略小于城鎮(zhèn)圩區(qū)；這也說明，在城鎮(zhèn)化建設(shè)引起天然徑流排泄過程改變后，城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇應(yīng)作為該市排澇規(guī)劃的重點(diǎn)。

3.3.3 混合圩區(qū)排澇模數(shù)

根據(jù)所得到的該市開發(fā)區(qū)各典型圩區(qū)排澇模數(shù)及各圩區(qū)面積占比，應(yīng)用式（2）可以得到該市開發(fā)區(qū)2025年混合圩區(qū)排澇模數(shù)取值3.18 m3/（s·km2），該值比《萍鄉(xiāng)市“十四五”防洪規(guī)劃文本》（2021-2025）所規(guī)定的排澇模數(shù)3.04 m3/（s·km2）略大。

4 結(jié)論

計(jì)算萍鄉(xiāng)市開發(fā)區(qū)各典型圩區(qū)排澇模數(shù)得出，城市排澇模數(shù)取值主要受下墊面條件及水面率等因素影響，且計(jì)算結(jié)果也與《萍鄉(xiāng)市“十四五”防洪規(guī)劃文本》（2021-2025）基本吻合，計(jì)算結(jié)果可為萍鄉(xiāng)市開發(fā)區(qū)各圩區(qū)防洪排澇提供指導(dǎo)借鑒。