福建省城區排澇標準及計算方法

論文類型	技術與工程	發表日期	1999-02-01
來源	《中國給水排水》1999年第2期
作者	陳斌
摘要	陳斌? (福建省水利規劃院) 　　城市排澇是城市建設發展的一項重要工作，是水利部門與城建部門跨部門合作與協作的一門邊緣學科，也是城市水文學一個重要的組成部分。由于我國尚未有一個城市排澇規范，行業標準與學科側重點不同，因此引起爭議和探討的問題也較多。　　城建部門排水公式 ...

陳斌?
(福建省水利規劃院)

　　城市排澇是城市建設發展的一項重要工作，是水利部門與城建部門跨部門合作與協作的一門邊緣學科，也是城市水文學一個重要的組成部分。由于我國尚未有一個城市排澇規范，行業標準與學科側重點不同，因此引起爭議和探討的問題也較多。
　　城建部門排水公式以城市暴雨強度公式和雨水流量公式為主，水利部門則有推理公式法、瞬時單位線法等水文公式。兩部門在暴雨樣本選樣及采用的重現期上有較大差異，雨洪設計流量成果也不一樣。
　　一些給排水專業人員與水文規劃專業人員在城市排澇排水工作中，為沒有適當的城市排澇標準與方法，深感為難，故呼吁進行這方面工作。

1 城區排澇標準

　　福建省城區現行排澇標準及計算方法多移用原農村排澇的辦法。為確定福建省城區排澇標準，必須探討城建和水利部門各自采用的設計重現期銜接問題，保證用城建部門雨水管渠設計的小區域雨洪流量，能夠同按水利部門設計的大區域雨洪流量相容，使同一場暴雨能夠順利地從城區雨水管渠進入內河，最后匯集到排水口由排澇閘自排或由排澇站抽排至承泄區。可以從兩方面進行分析。
　　一是從短歷時暴雨資料分析。根據福州市區和政和城區歷年60 min暴雨資料，按照“年最大值法”和“年超大值法”的不同選樣方法，求出福州城區“年頻率曲線”H₆₀=41.0 mm，C_V=0.27，C_S=3.5 C_V；“次頻率曲線”H₆₀=31.0 mm， C_V=0.33,C_s=4C_V。求出政和城區“年頻率曲線”H₆₀=40.5 mm， C_V=0.35，C_S=3.5C_V；“次頻率曲線”H₆₀=29 mm，C_V=0.42，C_S=3.5C_V。根據同一設計暴雨量在二條曲線上查出的重現期值求出二者對應關系見表1。

**表1 60min設計暴雨量與重現期關系**
城建部門重現期Te(a)		0.333	0.5	1	2	5
福州城區	60min設計暴雨量（mm）	39.3	43.0	49.2	55.0	62.3
	水利部門重現期T(a)	2	2.69	4.85	9.09	21.28
	倍比數T/T_e	6.01	5.38	4.85	4.55	4.26
政和城區	60min設計暴雨量（mm）	37.9	42.8	50.8	58.8	68.3
	水利部門重現期T(a)	2.02	2.84	5	9.26	21.3
	倍比數T/T_e	6.07	5.68	5	4.63	4.26

　　二是根據設計流量成果分析。福州城區選擇匯流面積為2.17 km²的瓊東河片，城建部門福州市暴雨強度公式為：

　　i=(6.162+3.881lgT_e)/(t+1.774)^0.567

　　雨水設計流量公式為：

　　Q=100ΨiF/6?

　　政和城區選擇匯流面積為1.9 km²的林屯洋片，城建部門南平市區暴雨強度公式為：

　　q=1721.648(H+0.515lgT_e)/(t+5.596)0.665

　　雨水設計流量公式為：?

　　Q=ΨqF/10?
　　式中　q--設計暴雨強度，L/(s·hm²)
?　　　　i--設計暴雨強度，mm/min?
　　　　?t--降雨歷時，min?
　　　　?T_e--設計重現期，a?
　　　　?Q --雨水設計流量，m³/s?
　　　　?Ψ --徑流系數?
　　　　?F --匯流面積，km²

　　用水利部門推理公式計算的澇水流量分別點繪兩條曲線，根據同一設計流量在兩條曲線上查出的重現期值，求出二者對應關系見表2。

**表2 澇水設計流量與重現期關系**
城建部門重視期Te(a)		0.333	0.5	1	2	5
福州城區	澇水設計流量（m³/s)	8.27	9.88	12.6	15.5	19.5
	水利部門重現期T（a）	2.16	3.16	5.78	11.24	27.78
	倍比數T/Te	6.49	6.32	5.78	5.62	5.56
政和城區	澇水設計流量（m³/s)	11.2	12.7	15.3	17.8	21.3
	水利部門重視期T（a）	2.39	3.13	5.32	9.71	21.3
	倍比數T/Te	7.18	6.26	5.32	4.86	4.26

　　從以上兩方面探討結果可以認為，城建部門與水利部門采用的重現期只能有著大約相應或相當的關系。由于城建部門是進行較短歷時較小區域排水設計，水利部門是進行較長歷時較大區域排澇設計，大小流域雨洪特性不同，因此，不必要也不可能建立嚴格的對應關系。考慮到城建與水利部門選用重現期的通常習慣，采用以下大致關系，見表3。

**表3 重視期大致關系**
城建部門重現期Te(a)	0.333	0.5	1	2	5
水利部門重現期T（a）	2	3	5	10	20

　　根據福建省城區城市排水管道標準采用的設計重現期，綜合分析各城市雨洪特點及排澇設施現狀，綜合考慮城市排澇與雨水管道的排水標準大致關系，福建省各城區排澇重現期可采用3～5年一遇澇水不漫溢的城市排澇標準，條件較好的地區或重要地區可適當提高標準。

2 城區排澇計算方法

2.1 澇水流量計算
　　城市排澇要分區采用不同澇水流量計算方法。對城市小區，按各城市暴雨強度公式及流量公式計算。對山丘區和較大匯水面積的內河、溝渠采用水文公式。用水文公式計算時，要考慮城市化對澇水流量的影響。限于國內研究現狀，可暫以兩種方法論證：一是以城市化前后徑流系數變化來修正澇水流量；二是考慮城市化前后雨水入滲量不同，調整穩滲率f_c的數值。
2.2 山坡及小區來水與內河澇水疊加
　　城市澇片內的內河澇水、小區雨水及山坡匯水同在一較小的區域內，基本上都受同一天氣系統控制，同頻率組合機遇較大。但由于集水面積及集水距離的差異，需根據產匯流時間不同進行疊加。大家知道，采用水文公式如瞬時單位線法、推理公式法等能求得洪水三要素：洪峰流量、洪水總量和洪水過程線，不同區域的洪水通常是錯峰進行疊加的。而在城市小區里城市雨洪排水系統主要由一系列口徑不同的管路構成，各條管路設計洪峰流量是控制工程設計的重要參變量，設計洪水總量和洪水過程線形狀一般作用較小，因此，采用的城市暴雨強度公式及流量公式僅求出雨水設計流量。但是，應用城市暴雨強度公式及流量公式計算各個不同小區雨水設計流量時，也是錯峰進行疊加的。例如：對福州市城區瓊東河上段、中段、下段及整段和樹兜河上段、下段及整段應用城市暴雨強度公式及流量公式計算澇水流量成果見表4。

**表4 各小河澇水流量成果**
河段	F(km²)	L(m)	Q(m³/s)	i(mm/min)	t(min)
樹兜河上段	0.25	850	2.2	0.649	45.1
樹兜河下段	0.23	700	2.2	0.698	39.8
樹兜河整段	0.48	1550	3.3	0.504	70.0
瓊東河上段	1.25	1446	9.0	0.520	66.3
瓊東河中段	0.53	1050	4.4	0.601	51.5
瓊東河下段	0.39	1050	3.3	0.607	50.7
瓊東河整段	2.17	3546	12.6	0.420	96.1

　　從表4可以看出兩個或兩個以上小區雨水流量疊加不是簡單地把峰量相加，而是錯峰疊加，排水公式本身已考慮到這一點。
　　有些城郊山坡來水可通過開挖截洪溝，高水高排，避開市區直接排放入江。對城區排澇高水高排方案以政和縣城區為例。
　　政和縣城區地處山區河谷小盆地，七星溪主流自東向西從城區穿過，城區的老城區澇片排澇采取高水高排方案，以縣水電局附近地勢最高點為界，沿公路邊分別向東西方向布置排澇溝排水入七星溪。西排澇溝集水面積0.925 km²，長1.7 km，5年一遇設計流量12 m³/s，東排澇溝集水面積1.11 km²，長1.6 km，5年一遇設計流量15 m³/s。
2.3 小區雨水和內河澇水與外江水位組合方法
　　小區雨水和內河澇水與外江水位(大海潮位)如何組合，主要依據實測資料分析。如福州市城區排澇計算時，分析了閩江洪水和城區內澇遭遇情況，見表5。

**表5 福州城區內澇與閩江同期洪水遭遇情況**
洪水日期	竹歧水文站洪水		城區24h降雨（mm）			有無內澇
洪水日期	洪峰流量（m³/s)	重現期（a）	解放大橋站	赤橋站	思頂站	有無內澇
1961-06-03	26000	≈10	74.6	116	108	有
1962-06-29	27000	＞10				無
1968-06-19	294000	24	56.4	53.1	60.5	有
1982-06-19	25800	≈10				無
1984-06-02	25100	≈10				無
1992-07-07	30300	40	94.1	103	106	有

　　閩江下游洪水集中在4月-7月。竹岐水文站10年一遇洪水流量為2560m³/s。福州市城區防洪堤修建后，發生6次接近或超過10年一遇洪水，其中3次因同期城區降雨而發生嚴重內澇。所以，外江設計洪水標準選用10年一遇。
　　福州市城區8月-10月的內澇是由城區臺風暴雨產生大量降水又遇閩江下游不利潮型影響排水造成的。城區建堤后，發生在8月-10月的嚴重澇災共7次，其中4次遇到大潮，即1975年8月7日(農歷七月初一大潮)、1977年7月31日(農歷六月十六日大潮)、1992年8月31日(農歷八月初三大潮)、1996年8月1日(農歷六月十七大潮)。因此外江設計潮水位選用同期2年一遇的年最高潮位。
2.4 排澇水利計算方法
　　排澇水利計算主要是蓄排澇計算和水面線推算。?
　　一些澇片有滯洪容積，一些澇片需利用現有池塘洼地建蓄澇池。為確定排澇泵站裝機容量和排澇閘、排澇渠、蓄澇池規模，需進行蓄排澇計算，計算根據澇區設計洪水過程、外江水位過程、澇片滯洪容積關系或蓄澇池容積關系和泵站抽水流量及水閘泄水能力，以水量平衡方程式進行逐時段調節計算，求出澇片最高水位及相應蓄澇容積。如政和城區林屯洋澇片計算，泵站抽水流量為4、5、6m³/s，所需蓄澇池容積分別為1.98×10⁴m³、1.01×10⁴m³、0.27×10⁴m³，考慮到土地利用及蓄澇池的要求，選定抽水流量為5m³/s的方案，相應蓄澇池規模為45m×45m×45m。各個澇片一般都有排澇內河或溝渠，為確定各地點水位，需進行水面線推算。各地段水面高程加上一定的超高，就可確定城市規劃地面標高。??