江淮丘陵區(qū)排澇計算分析

摘要：安徽省潛山市屬于典型的江淮丘陵區(qū)，以季風(fēng)氣候為主，雨熱同期，一直以來是洪澇災(zāi)害頻發(fā)地。為分析該區(qū)域的排澇流量，基于潛山市地形特點(diǎn)、排澇現(xiàn)狀及存在問題，分別采用平均排除法和最大24 h雨型洪水流量時程分配法計算各圩區(qū)和中心城區(qū)排澇模數(shù)。結(jié)果表明：潛山市中心城區(qū)，即中心城區(qū)片、規(guī)劃河西新區(qū)片和黃鋪工業(yè)新區(qū)片排澇模數(shù)分別為11.2，9.1，9.5 m3/（s·km2）；各圩口設(shè)計自排排澇模數(shù)為1.29～1.64 m3/（s·km2），抽排排澇模數(shù)為0.69～0.80 m3/（s·km2）。研究成果可為潛山市排澇規(guī)劃設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：排澇模數(shù)； 平均排除法； 潛山市; 江淮丘陵區(qū)

中圖法分類號：TU992

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.12.012

文章編號：1006-0081（2024）12-0060-05

0 引 言

中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和基本保障［1］，澇災(zāi)治理直接關(guān)系著國家糧食安全，如何防澇、治澇是當(dāng)前及今后急需解決的難題之一。排澇分析計算是治澇規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作。目前國外排澇計算方法與國內(nèi)基本類似，主要有經(jīng)驗公式法［2］、水量平衡法［3］、單位線法［4］和實測流量法［5］等方法。曾臺衡等［6］針對平原河網(wǎng)地區(qū)汛期內(nèi)澇難題，分別采用平均排除法和EPASWMM水文水動力模型對區(qū)域排澇模數(shù)進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)兩種方法均有各自優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)平原河網(wǎng)地區(qū)實際情況進(jìn)行合理運(yùn)用。唐明等［7］針對常規(guī)的平均排除法在特殊工況下排澇模數(shù)偏小問題，提出蓄澇水面率和暴雨歷時2個參數(shù)的耦合效應(yīng)計算方法，并采用MIKE模型對該方法可靠性進(jìn)行驗證，該方法可有效解決短歷時集中強(qiáng)降雨區(qū)域設(shè)計排澇流量的計算難題。張騰輝［8］通過降雨-徑流關(guān)系對蘇州市運(yùn)糧河城區(qū)和農(nóng)村進(jìn)行分析計算，為宿州市城市排澇規(guī)劃設(shè)計提供參考。羅文兵等［9］結(jié)合耦合SCS和MIKE11各自優(yōu)點(diǎn)，建立排區(qū)尺度的澇水產(chǎn)匯流模型，該模型能準(zhǔn)確模擬排區(qū)澇水產(chǎn)匯流過程，一定程度上可科學(xué)評估承泄區(qū)水位變化對排澇流量的影響。

江淮丘陵地區(qū)主要以季風(fēng)氣候為主，雨熱同期，一直以來都是洪澇災(zāi)害頻發(fā)地，主要是因為區(qū)域地勢平坦，降雨量大，河流速度較緩，洪水易滯留［10］。潛山市處于長江中下游北岸，境內(nèi)河流主要屬于潛水、皖水流域［11-12］，一般每年6月進(jìn)入梅雨季節(jié)，陰雨連綿，同時受南北冷暖氣流交鋒的影響，形成大暴雨及特大暴雨，強(qiáng)度大、歷時長。鑒于此，本文以潛山市為例，根據(jù)《安徽省暴雨參數(shù)等值線圖、山丘區(qū)產(chǎn)匯流分析成果和山丘區(qū)中小面積設(shè)計洪水計算辦法》中的“24 h降雨時程分配”，計算分析潛山市中心城區(qū)和各圩區(qū)相應(yīng)排澇標(biāo)準(zhǔn)下的排澇流量，旨在為潛山市城市排澇規(guī)劃設(shè)計提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

潛山市地處安徽省西南部，大別山東南麓。西北與岳西縣、舒城縣毗鄰，東北與桐城市接壤，東南與懷寧縣相鄰，西南同太湖縣交界，全市總面積1 686.03 km2。潛山市主要有16個圩口和1個中心城區(qū)。圩區(qū)分別為黃泥鎮(zhèn)七湖圩及太子圩，王河鎮(zhèn)洋蕩圩、三保圩、梅湖圩、西聯(lián)圩及白水圩，黃鋪鎮(zhèn)天井圩、竹蕩圩，梅城鎮(zhèn)合西圩、朱湖圩及石堰圩，油壩鄉(xiāng)同合圩、桑樹圩及中聯(lián)圩，余井鎮(zhèn)余井圩等。圩內(nèi)排澇水系較為豐富，溝渠較多。中心城區(qū)主要分為中心城區(qū)片、河西新區(qū)片和黃鋪工業(yè)新區(qū)片。研究區(qū)見圖1。

1.2 暴雨洪水特性

潛山市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，根據(jù)潛山市氣象站資料統(tǒng)計，潛山市多年平均年降水量1 381 mm，降水量年際間變化較大，最大年降水量是1954年的2 373 mm，最小年降水量是1978年的766 mm。一般每年6月進(jìn)入梅雨季節(jié)，陰雨連綿，同時受南北冷暖氣流交鋒的影響，形成大暴雨及特大暴雨，其特點(diǎn)是強(qiáng)度大、歷時長。

1.3 排澇主要問題

潛山市排澇存在問題主要有以下幾個方面。

（1） 部分圩口排澇體系不完善，排水水系洪澇不分、高低不分。

（2） 部分排澇站排澇能力不足，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，年久失修、設(shè)備老化，不能安全運(yùn)行。

（3） 部分圩口無排澇站，內(nèi)澇頻繁。

（4） 部分自排閘排澇能力不足，圬工結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備老化等。

（5） 圩內(nèi)大部分排澇溝淤積嚴(yán)重、排水不暢；部分地塊排澇水系不通，澇水不能及時排出。

2 排澇流量計算方法

2.1 圩區(qū)排澇

排澇流量是排澇計算分析的關(guān)鍵，目前常用的排澇流量計算方法主要有排澇模數(shù)經(jīng)驗公式法、平均排除法、單位線法和水量平衡法等［13］。潛山市主要以圩區(qū)為主，且各圩口面積均小于50 km2，適用于平均排除法。計算公式如下：

式中：q為設(shè)計排澇模數(shù)，m3/（s·km2）；Q為設(shè)計排澇流量，m3/s；F為圩口面積，km2；F水田為水田面積，km2；F旱荒地為旱荒地面積，km2，包括旱地及非耕地；F溝為溝塘面積，km2；P為設(shè)計暴雨量，mm；C為旱荒地徑流系數(shù)，取0.6；h水蓄為水田滯蓄水深，取50 mm；h溝蓄為溝塘調(diào)蓄水深，自排時不考慮，抽排時取500 mm；T為排澇天數(shù)，d，自排取1 d，抽排取3 d；t為日排澇小時數(shù)，h，自排取24 h，抽排取 22 h。

2.2 城區(qū)排澇

由于城區(qū)水文情勢和防洪要求與農(nóng)排區(qū)存在較大差異，其計算方法也有所不同。城市化的發(fā)展增加了城市的不透水面積，徑流系數(shù)比農(nóng)排區(qū)大，剖面匯流速度快，匯流時間短，因此，城市的產(chǎn)匯流機(jī)制與農(nóng)排區(qū)有明顯的區(qū)別［14-15］。根據(jù)《安徽省水文手冊》中對江淮丘陵區(qū)24 h降雨時程分配成果，采用最大24 h雨型洪水流量時程分配法計算城區(qū)排澇流量，具體計算步驟如下。

（1） 依據(jù)《安徽省水文手冊》，查得工程區(qū)最大24 h設(shè)計雨型。

（2） 將各時段設(shè)計雨型占比分別乘以區(qū)域設(shè)計暴雨值，得到24 h時段的降雨量。

（3） 根據(jù)各時段降雨值和區(qū)域綜合徑流系數(shù)，計算各時段設(shè)計凈雨量。

（4） 根據(jù)排區(qū)面積和各時段設(shè)計凈雨量，計算排區(qū)內(nèi)設(shè)計來水過程線。

3 計算結(jié)果分析

3.1 圩區(qū)排澇

根據(jù)GB 50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，參照區(qū)域相關(guān)規(guī)劃設(shè)計，各圩口自排排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇最大24 h暴雨平均24 h排出，抽排標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇最大3 d暴雨3 d排至作物耐淹水深。按平均排除法綜合分析計算各圩口設(shè)計排澇流量，各圩口設(shè)計自排排澇模數(shù)為1.29～1.64 m3/（s·km2），抽排排澇模數(shù)為0.69～0.80 m3/（s·km2），計算成果見表1。

3.2 城區(qū)排澇

3.2.1 設(shè)計暴雨

根據(jù)潛山市城區(qū)西側(cè)潛水左岸潛山水文站1952～2020年共69 a的年最大1 h，24 h，1 d雨量資料系列，采用P-Ⅲ頻率曲線排頻，計算潛山水文站不同頻率設(shè)計暴雨，成果見表2。將本次設(shè)計暴雨計算成果與安徽省水利水電勘測設(shè)計院1984年、1995年編制的暴雨參數(shù)等值線圖進(jìn)行比較，見表3。通過對比可知：實測暴雨均值與圖集相差很小，Cv值均比圖集小，導(dǎo)致設(shè)計暴雨也比圖集小?？紤]到實測暴雨系列較長，代表性較好，設(shè)計暴雨采用實測成果。

3.2.2 設(shè)計凈雨

根據(jù)《安徽省水文手冊》降雨時程分配成果，參照相關(guān)城市中心區(qū)、一般規(guī)劃區(qū)綜合徑流系數(shù)取值，計算城區(qū)各分區(qū)10，20 a一遇設(shè)計凈雨過程線（圖2～3），降雨時程分配見表4。

3.2.3 排澇模數(shù)

根據(jù)設(shè)計凈雨過程，城區(qū)采用20 a一遇24 h降雨逐小時排除，保證地面不受淹，綜合現(xiàn)狀和規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)不同設(shè)計水面率，相應(yīng)20 a一遇排澇模數(shù)為9.5～11.2 m3/（s·km2），計算成果見表5。

4 結(jié) 論

通過對潛山市城區(qū)與圩區(qū)相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下的排澇流量進(jìn)行計算可知：中心城區(qū)片、規(guī)劃河西新區(qū)片和黃鋪工業(yè)新區(qū)片排澇模數(shù)分別為11.2，9.1，9.5 m3/（s·km2）；各圩口設(shè)計自排排澇模數(shù)為1.29～1.64 m3/（s·km2），抽排排澇模數(shù)為0.69～0.8 m3/（s·km2）。潛山市屬于典型的江淮丘陵地帶，圩口眾多，在今后治澇中應(yīng)堅持高水高排、低水低排、外圍的山洪撇離（不入圩內(nèi)）的治澇原則，合理規(guī)劃設(shè)計，全面提升潛山市防洪排澇能力，提出以下建議。

（1） 各圩口應(yīng)以自排為主、機(jī)排為輔，盡可能通過自排閘搶排，同時對各圩口排澇溝渠水系聯(lián)通，主要溝渠清淤、拓寬、護(hù)砌，部分配套建筑物改造，使?jié)乘皶r排至自排閘及排澇站。

（2） 對排澇標(biāo)準(zhǔn)不足、現(xiàn)狀陳舊不安全的現(xiàn)有排澇閘、站更新改造，對易淹、易澇且無排澇閘、站的圩口新建排澇閘、站。

（3） 排澇站設(shè)計應(yīng)以集中建站為主，局部分散小站為輔。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 羅富政.發(fā)展中大國的農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營與農(nóng)業(yè)發(fā)展［J］.湖南師范大學(xué)社會科學(xué)學(xué)報，2018，47（6）：47-55.

［2］ 劉建強(qiáng)，張在剛，巴勇強(qiáng).淺談根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗公式法推求洪峰流量均值［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2015（1）：66，68.

［3］ 楊靜波，文宏展，楊嵐.無實測資料河流逐月水量估算方法適用性研究［J］.水文，2024，44（1）：37-43.

［4］ 許營營，王金星，侯東儒，等.廣義單位線在山洪模擬中的適用性分析［J］.水文，2024，44（1）：9-16.

［5］ 張歐陽，熊明.基于實測流量成果的生態(tài)流量計算方法［J］.人民長江，2017，48（增2）：61-64.

［6］ 曾臺衡，謝文俊，曹國良.平原河網(wǎng)地區(qū)城市排澇泵站設(shè)計流量分析方法研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2021（9）：44-47.

［7］ 唐明，許文斌，周涵杰，等.基于關(guān)鍵參數(shù)耦合效應(yīng)的城市排澇設(shè)計方法［J］.水資源保護(hù)，2022，38（2）：17-24.

［8］ 張騰輝.宿州市運(yùn)糧河排澇流量分析與計算［J］.江淮水利科技，2020（3）：45-46.

［9］ 羅文兵，王修貴，史德亮，等.平原湖區(qū)外江水位變化對排澇流量的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（15）：126-132.

［10］ 馬方平.江淮丘陵區(qū)中小河流治理方案探討［J］.中國防汛抗旱，2012，22（2）：53-54.

［11］ 徐文英.潛山縣城區(qū)河道整治的對策與建議［J］.江淮水利科技，2009（5）：16-17.

［12］ 徐益馨.潛山市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的問題及對策［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2020（17）：224-225.

［13］ 北京川流科技開發(fā)中心，費(fèi)永法，呂潔，等.治澇水文計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2020.

［14］ 熊凡，李沛鴻，袁逸敏，等.基于GIS和組合賦權(quán)的城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估 ［J］.人民長江，2023，54（8）：60-66.

［15］ 程遙，紀(jì)彭.深圳市“4·11”暴雨洪水分析 ［J］.水利水電快報，2022，43（5）：8-11，19.

Analysis of drainage calculation in Jianghuai Hilly Area：

a case study of Qianshan City in Anhui Province

Abstract：

Qianshan City in Anhui Province is a typical area in the Jianghuai Hilly Area，with a monsoon climate and rain comes in parallel with hot spell，which has always been prone to flood disasters.In order to analyze the drainage flow in this region，based on the terrain characteristics，current drainage situation and existing problems of Qianshan City，the average exclusion method and the maximum 24 hour rainfall flood flow time distribution method were used to calculate the drainage modulus of each polder area and urban area respectively.The results showed that the drainage modulus of the urban area （the central urban area，the planned Hexi New Area and the Huangpu Industrial New Area） was 11.2，9.1，9.5 m3/（s·km2） respectively，the self-drainage modulus of each polder was from 1.29 to 1.64 m3/（s·km2），and the pumping drainage modulus was from 0.69 to 0.80 m3/（s·km2）.The calculation results can provide a reference for the urban drainage planning and design of Qianshan City.

Key words：

drainage modulus； average exclusion method； Qianshan City； Jianghuai Hilly Area