城市排水防澇工程水文問題淺談

殷麗

摘 要：近年來我國城市內澇災害頻發，已經造成巨大經濟、財產損失并嚴重影響了城市的正常安全運行，受到了媒體、公眾和政府的高度重視。對此，應當積極建設城市排水防洪工程，以便有效的抵御城市內澇，排除雨洪，保證城市良好發展。當然，前提是有效解決水文問題。那么，如何做到這一點呢？文章將從雨洪給城市帶來的災害展開，著重分析和探討城市排水防澇工程水文問題，希望能夠探尋行之有效的對策，以便良好建成排水防澇工程，避免城市受到洪澇災害的影響。

關鍵詞：城市；排水防澇工程；水文問題

中圖分類號：TU992 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0187-02

城市雨洪是造成城市洪澇災害發生的根本原因，而興建排水防澇工程是有效防治或減輕洪澇災害的有效舉措。所以科學、合理的建設城市排水防澇工程是非常必要的。而要想真正做到這一點，就需要相關負責人及工作人員對排水防澇工程壽命期內的雨洪變化規律、經濟社會發展水平等因素予以考慮，進而設計標準及水文計算任務、產匯流計算等，以便有效解決水文問題，合理規劃與設計排水防澇工程方案，以便更好的建設此工程，為有效防治防洪災害創造條件。由此看來，在城市排水防洪工程建設之中切實有效的解決水文問題是非常重要的。

1 雨洪給城市帶來的災害

參考相關資料及對近些年南方城市洪澇災害發生情況的了解和分析，確定雨洪給城市帶來的災害是非常大的，摧毀了人們賴以生存的家園，甚至威脅到人們的生命安全。

1.1 排水不夠及時造成的災害

為了保證城市安排，在城市排水系統建設的過程中通常會對排水設計提出嚴格的要求，即：當城市遭受暴雨侵襲時，要求城市地面必須是無積水狀態，也就是說城市地面積水深、積水歷都不超過允許值，如若超過這一允許值，就意味著城市地面存有積水，一旦積水增多，就會難以排水，最終引發洪澇災害。假設集水區的排水能力為q，暴雨形成的某時刻洪水流量為Q，那么在Q≥q時，城市必然會遭遇排水不及時而引發的災害；在Q≤q時，城市內就不會出現因排水不及時而引發的災害[1]。

1.2 內澇造成的災害

城市建設之中，為了避免洪澇災害的發生，會要求設計人員在進行防洪設計的過程中一定要保證城市出現暴雨的時候，排水不暢的低洼區域不能出現淹水現象，也就是低洼地區的淹水深、淹水歷不可以超過最大的允許值，如若超出這一限值，那就意味著城市又發生洪澇災害的可能。假設低洼地區的排水能力為q，暴雨形成的向低洼地區匯集的洪水過程為Q，那么在q≥Q時，低洼地區不會出現淹水現象，相應的城市也不會出現洪澇災害；在q≤Q時，低洼地區將會出現淹水現象，相應的城市有出現洪澇災害的可能，并且可能性較大。假設在歷時T內產生內澇水量為V，那么他的函數式為：

V=W■-T調q

注：T調表示為調洪歷時；T調q表示為歷時T調內的洪水量。

如若在某次暴雨發生時，出現了V>0的情況，就意味著城市將發生洪澇災害，此時城市相關負責人，可以以此為依據，制定防洪方案，有效開展防洪工作，如轉移危險區域的人員、實施排水設施等，以此來將洪澇災害的破壞性降到最低。

1.3 工程失事率

從城市建設的角度來講，排水防澇工程的良好建設是非常必要的，能夠有效規避排水不及時或內澇現象的發生，以此來降低防洪災害發生的可能性。但是，要想真正做到這一點，需要降低排水防澇工程失事率。對此，在具體展開城市排水防澇工程建設的過程中應當注意增加排水能力或改變墊面條件。其中，在增加排水能力方面，假設將工程的排水能力從q增加到q'，那么在不改變集水區年最大流量的情況下洪澇量減少，相應的工程失事率將大大降低；改變墊面條件方面，從理論的角度來講優化墊面條件，是可以降低洪澇量的，但因實際工程排水過程中會受到滯蓄洪的作用，也會導致洪澇量增加[2]。所以，為了降低排水防澇工程的失事率，一般不單獨采用改變墊面條件這一舉措。

2 城市排水防澇工程水文問題的分析

2.1 排水防澇工程設計標準及水文計算任務

2.1.1 排水防澇工程的設計標準

所謂排水防澇工程的設計標準，是指據此修建的工程規模能使排水不及時致災率或內澇致災率或工程失事率減小到當時經濟社會發展水平可以接受的數值。通常情況下，擴大排水防澇工程的規模，可以增強其排水能力，進而降低小排水不及時致災率和內澇致災率，但是工程失事情況一旦發生，那么將會造成嚴重的經濟損傷。而明確排水防澇工程設計標準，可以以此為標準，科學合理的設定工程規模、排水能力、防澇能力等，提高工程的利用價值。為此，在具體展開城市排水防澇工程建設的過程中，首先要根據國家相關規范、規定，明確排水防澇工程的排水標準、防澇標準、安全標準。

2.1.2 水文計算任務

參考相關資料及以往排水防澇工程建設經驗，確定在排水防澇工程建設中要想切實有效的解決水文問題，就要確定集水區的設計洪水。為了做到這一點，通常可以采用兩種方法，其一是依據實測流量資料系列對設計洪水進行推算；其二是根據實測的暴雨資料，設計暴雨進行推算，之后通過計算匯流，將設計暴雨轉變為設計洪水。當然，在此之前需要確定城市排水設計流量、防澇工程的規模及設計水位。其中，對于城市排水設計流量的確定，需要設計人員根據相關資料來繪制集水區的洪峰流量Qm頻率曲線，之后依據排水標準確定設計流量；對防澇工程規模的確定，則是設計人員依據相關資料來繪制城內澇水量Vm的頻率曲線，之后依據防澇標準確定確定工程規模；對設計水位的確定，需要設計人員依據相關資料來繪制洪峰水位Hm的頻率曲線，再依據安全標準確定設計水位。

2.2 暴雨強度公式問題

城市排是防澇工程規劃設計的過程中，可以確定集水區洪峰流量的公式為：

Qm=CIA

而根據等流時線概念，確定暴雨過程中形成的集水區匯水斷面的洪水過程表示為：

由以上公式可以推導出暴雨過程形成的集水區斷面洪峰流量為：

這就意味著凈雨時段數m≥等流時面積塊數n，那么參與形成洪峰流量的是全部集水區面積和集水區最大回流時間內最大凈雨量；m≤n，那么參與形成洪峰流量的是全部凈雨量和凈雨歷時最大的集水區面積。這充分說明了適用的集水區面積應當在合理的范圍內，并且在洪峰流量設計上應當注意考慮雨峰、降雨損失、流域的調蓄作用等因素。

通常情況下，城市包括眾多的集水區，而在每個集水區都不舍自記雨量站并不現實。此種情況下要想做好每個集水區的設計暴雨，需要對一個雨量站點的同頻率不同歷時最大暴雨平均強度變化情況予以了解，利用數學公式表示為：

I=Sp/T或I=Sp/（T+b）n

由此可以推導出暴雨強度公式，即：

i=A'（1+C'lnP）/（b-T）n

根據此暴雨強度公式可以計算出城市暴雨發生時的暴雨強度，進而評估暴雨的危害性，也可以為產匯流計算提供依據。

2.3 產匯流計算問題

城市排水防澇規劃設計應以設計洪水為依據，但由于城市集水區幾乎都缺乏實測流量資料，因此由設計暴雨推求設計洪水就成為城市排水防澇規劃設計中確定設計洪水的主要途徑。首先我們需要理解兩個名詞，即產流階段和回流階段。所謂產流階段，就是指降雨量轉換成凈雨量，會受到水量平衡的控制；而回流階段則是凈雨過程轉變為集水區洪水過程的物理階段。一般情況下，流域平面結構和坡面平面結構的水文過程是不同的，所以在此需要對城市集水區的產流和匯流的特點有一定了解。也就是（1）自然情況下形成的分水線是比較復雜的，容易受到人為因素的干擾；又因地下空間和地下管網的存在，地面與地下之間是有一定的聯系，相應的水流直接相通。（2）一般情況下，城市洪澇災害發生的主因是地面徑流，在計算城市積水區基本的產流量中應當著重分析降雨形成的地面凈雨。（3）分析城市積水區匯流應當將目光放在坡面匯流，可以忽略河網匯流，但是要明確集水區地下有管網，坡面通過受水口和檢查井與地下管網垂向串聯是集水區匯流的一大特點。總之，依據暴雨強度公式及城市集水區的產流和匯流的特點，可以有效的計算產匯流，為解決排水防澇工程水文問題提供重要依據。

3 結束語

基于本文一系列分析，確定城市排水防澇工程的良好建設是非常有意義的，可以避免因排水不及時、內澇、工程實施而造成災害。當然，要想做到這一點也不是非常容易的。就以處理水文問題來說，影響水文問題的因素較多，需要明確排水標準、防澇標準、安全標準，進而確定設計水位、設計流量及工程規模，從而根據實測的暴雨資料將設計暴雨推求出來，之后再通過產匯流進行分析和計算，最終設計洪水，最終有效解決水文問題。總之，城市排水防澇工程的建設具有較高的現實意義。

參考文獻：

[1]劉子龍.基于模型的城市排水防澇工程計算理論與技術研究[D].北京工業大學，2015.

[2]芮孝芳，蔣成煜，陳清錦，等.論城市排水防澇工程水文問題[J].水利水電科技進展，2015（1）：42-48.