淺談城市排澇的計算方法

張功義

（安徽省六安市水利水電規劃設計院 六安市 237000）

1 問題的提出

隨著城鎮化進程加快，城市排澇問題日益突出，特別是近年來北京、深圳等城市強降雨暴露出城市排澇能力不足等問題，已引起國家對城市排澇問題高度重視，國務院辦公廳國辦發〔2013〕23 號“國務院辦公廳關于城市排水防澇設施建設工作的通知”中明確提出，用10年左右的時間，建成較為完善的城市排水防澇工程體系，住建部、水利部分別布置治澇規劃的編制工作。城市治澇工程中一個核心問題是城市排澇的計算方法，目前有水利部門和住建部門兩套計算方法，分屬水利和住建兩個部門，其行業標準和學科側重不同，水利部門一般為長歷時（24 h），城建部門為短歷時（2 h），且兩種方法計算成果差別較大，就目前而言，城市排澇是采用水利部門方法還是住建部門方法，國家及相關部門還沒有明確規定，應根據排澇區具體情況，分析確定采用不同的方法，筆者結合自身工作實際，就城市排澇計算方法作一簡要介紹。

2 城市排澇的標準

因城市排澇的計算方法不同，采用的排澇標準也不同，目前有水利部門和城建部門兩套標準，水利部門采用的年最大24 h（長歷時）暴雨重視期（24 h暴雨24 h 排出），一般為10～30年設計暴雨，特別重要城市也可取50年，根據住建部門最新的《室外排水設計規范GB 50014-2006》（2014年版），提出了城市雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期，均為短歷時暴雨重視期，內澇防治設計重現期大于雨水管渠設計重現期。雨水管渠設計重現期一般為2～10年，特別重要的可達30～50年；城市內澇防治設計重現期一般為20～100年，不同的城市特別選用不同的標準。雖然上述兩個部門的標準不同，但對城市排澇總的目標一致，即確保城市地面不被淹（地面積水15 cm 以內）。

3 城市排澇計算方法及適用條件

城市排澇首先應進行排澇分區，排澇分區劃分主要根據現狀排澇溝渠、承泄區及地形情況確定，對已完成城市排水規劃的，可直接采用其排澇分區成果。城市排澇應根據各排澇區的情況分別確定不同的排澇計算方法。目前城市排澇區主要有兩種情況。

3.1 排澇區由排水管渠直接排入承泄區

對排水管渠直接排入承泄區的排澇區，應選擇住建部門計算方法，即采用住建部門室外雨水流量推理公式：Q=qΨF

式中 Q——雨水設計流量（L/s）；

q——設計暴雨強度（L/s/hm2）；

Ψ——徑流系數；

F——匯水面積（hm2）。

設計暴雨強度計算公式如下：

式中 P——雨水管渠設計重現期；

t——降雨歷時（nin）；

A1、C、n、b——均為參數，根據統計方法計算確定。

目前各市均有各自的暴雨強度公式，可直接采用。

這里需要注意的是，排澇區如面積較小（2 km2以內）可直接采用上述推理公式計算。但如果排澇面積超過2 km2，應采用數學模型法計算雨水設計流量。在初步規劃階段可將排澇面積較大的區域劃分成較小的單元按雨水流量計算公式分塊計算，最后進行疊加，這種疊加不是單一的峰值疊加，而是根據各個計算單元考慮匯流時間不同采用鋒峰疊加。

3.2 排澇區或排水管渠先排入城市天然排水溝渠，再排入承泄區

排澇區或排水管渠先排入城市天然排水溝渠，再由天然排水溝渠通過排澇閘或排澇泵站，排入承泄區。這種排澇區究竟采用哪種計算方法，應根據排澇區面積及地形情況分別確定。

（1）排澇區面積較小（2 km2以內），且地形較平坦。可直接采用上述室外雨水流量推理公式，也可以采用水利部門的平均排除法（24 h 暴雨24 h 排出）。

平均排除法計算公式如下：

式中 M——設計排澇模數（m3/s/km2）；

ad、at——排澇區地面率、溝塘率，ad+at=1；

Rd——24 h 設計暴雨所產生的凈雨（mm）；

P——24 h 設計暴雨（mm）；

E——溝塘水面蒸發量（mm）；

ht——溝塘蓄澇水深（mm）；

t——1 d 排水時間（22～24 h）。

（2）排澇區面積較小（2 km2以內），且地形條件為丘陵區。可優先采用水利部門計算方法中的各地區中、小面積設計洪水計算辦法或水量平衡法，也可采用住建部門室外雨水流量推理公式。

關于中、小面積設計洪水計算方法各地都有具體計算辦法，如安徽省有山丘區中、小面積設計洪水計算辦法（簡稱84 辦法）。

水量平衡法計算公式如下：

式中 Qt、qt——排澇區某時刻來水和排出流量（m3/s）；

Vt——排澇區某時刻蓄水容積（萬m3）；

△t——時段（h）。

當max（Vt，t=1、2、3…）≠Vm時，則調整qt+1，進行試算，直至滿足max（Vt，t=1、2、3…）＝Vm，此時所求的排澇流量Q=max（qt，t=1、2、3…）。

（3）排澇面積較大且地形平坦。優先采用水利部門計算方法中的綜合單位線法或水量平衡法。若采用室外雨水流量推理公式，由于排澇面積較大，劃分單元較多，由于多單元流量疊加可能造成干管設計流量或出口設計流量誤差較大，應綜合分析比較各種方法成果后確定最終成果。

綜合單位線法計算公式如下：

式中 r（i）——第i 時段凈雨量，n 為凈雨時段數；

u（j）——第j 時段單位線，m 為單位線時段數。

綜合單位線可查閱各省暴雨洪水圖集或水文手冊等。

（4）排澇面積較大的，地形條件為丘陵區。優先采用水利部門計算方法中的各地區中、小面積設計洪水計算辦法，也可以采用水量平衡法。若采用室外雨水流量推理公式，由于多單元流量疊加可能造成干管設計流量或出口設計流量誤差較大，應綜合分析比較各種方法成果后確定最終成果。

（5）對老城區已建成雨水管網的區域。應直接采用上述室外雨水流量推理公式。原有的雨水管渠設計重現期較低，一般都在1～2年，應按新的《室外排水設計規范GB 50014-2006》（2014年版）提高設計重現期，重新復核排澇流量，但值得注意的是，如排澇區面積較大，應劃分成若干個單元分塊計算，然后錯峰疊加。

關于城市排澇溝渠分段設計流量，可根據排澇溝渠匯水范圍分塊錯鋒疊加求得，出口排澇閘設計流量，采用排水溝渠末端設計流量。如排水溝渠出口需興建排澇泵站，應考慮排澇溝渠及其它蓄水區的調蓄作用，采用水量平衡法進行調節計算，求得排澇泵站設計排澇流量，一般排澇泵站排澇設計流量均小于排澇閘設計流量。

如安徽省六安市為省轄市，城區規劃面積120 km2，城區匯水面積196.08 km2，在編制六安市防洪排澇規劃時，根據地形特點及水系分布共劃分為9個排澇區，每個排澇區又劃分若干個單元，根據各排澇區情況，分別采用不同的計算方法，計算排澇流量，如附表所示。

附表 溢洪道各級庫水位下泄流量試驗值

六安市防洪排澇規劃已通過安徽省水利廳組織的專家評審，目前正在按規劃分期實施排澇工程，部分排澇泵站及排澇涵閘已建成投產，并發揮效益。

4 結語

以上簡要介紹了城市排澇的各類計算方法，一般來說，住建部門的室外雨水流量推理公式計算方法，適用于排澇面積小于2 km2排澇區。但值得注意的是，暴雨強度公式應盡量使用本城市的，且過去的各市的暴雨強度公式一般都是采用年多次暴雨也稱年多個樣法分析統計求得，目前城市雨水管渠設計重現期均提高到2年以上，應采用歷年暴雨年最大值法，重新修訂暴雨強度公式。

目前水利部門適用城市排澇的計算方法主要有平均排除法、綜合單位線法、水量平衡法和各地區中小面積設計洪水計算辦法。平均排除法主要用于排澇面積較小的且地形平坦的排澇區，該方法計算過程較簡單，在采用平均排除法時，對自排的排澇涵閘一般不考慮溝塘及水面調蓄作用，對抽排泵站應充分考慮溝塘及水面調蓄作用，避免排澇泵站裝機偏大而造成不必要的浪費；綜合單位線法適宜排澇區地形平坦且排澇面積較大的區域；水量平衡法對各種類型排澇區均可采用，但對有溝塘調蓄排澇區，該方法計算成果更精確。各地區中小面積設計洪水計算辦法主要用于地形為丘陵地貌，有天然的排水溝渠的排澇區。對同一排澇區可采用多種方法計算的，應對每種計算方法成果進行對比分析，分析中重點考慮本市及周邊地區已建排澇工程實際運用情況，合理選定。實際工作中用綜合單位線法、中小面積設計洪水計算辦法計算的設計流量均為洪峰流量，如確定排澇閘及排澇泵站等建筑物設計流量時應適當進行削峰處理，避免設計流量偏大造成不必要的浪費。