江淮丘陵區排澇計算分析

摘要：安徽省潛山市屬于典型的江淮丘陵區，以季風氣候為主，雨熱同期，一直以來是洪澇災害頻發地。為分析該區域的排澇流量，基于潛山市地形特點、排澇現狀及存在問題，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和中心城區排澇模數。結果表明：潛山市中心城區，即中心城區片、規劃河西新區片和黃鋪工業新區片排澇模數分別為11.2，9.1，9.5 m3/（s·km2）；各圩口設計自排排澇模數為1.29～1.64 m3/（s·km2），抽排排澇模數為0.69～0.80 m3/（s·km2）。研究成果可為潛山市排澇規劃設計提供參考。

關鍵詞：排澇模數； 平均排除法； 潛山市; 江淮丘陵區

中圖法分類號：TU992

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.12.012

文章編號：1006-0081（2024）12-0060-05

0 引 言

中國是農業大國，農業經濟是國民經濟發展的重要基礎和基本保障［1］，澇災治理直接關系著國家糧食安全，如何防澇、治澇是當前及今后急需解決的難題之一。排澇分析計算是治澇規劃的基礎性工作。目前國外排澇計算方法與國內基本類似，主要有經驗公式法［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］針對平原河網地區汛期內澇難題，分別采用平均排除法和EPASWMM水文水動力模型對區域排澇模數進行分析，研究發現兩種方法均有各自優點，可根據平原河網地區實際情況進行合理運用。唐明等［7］針對常規的平均排除法在特殊工況下排澇模數偏小問題，提出蓄澇水面率和暴雨歷時2個參數的耦合效應計算方法，并采用MIKE模型對該方法可靠性進行驗證，該方法可有效解決短歷時集中強降雨區域設計排澇流量的計算難題。張騰輝［8］通過降雨-徑流關系對蘇州市運糧河城區和農村進行分析計算，為宿州市城市排澇規劃設計提供參考。羅文兵等［9］結合耦合SCS和MIKE11各自優點，建立排區尺度的澇水產匯流模型，該模型能準確模擬排區澇水產匯流過程，一定程度上可科學評估承泄區水位變化對排澇流量的影響。

江淮丘陵地區主要以季風氣候為主，雨熱同期，一直以來都是洪澇災害頻發地，主要是因為區域地勢平坦，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，境內河流主要屬于潛水、皖水流域［11-12］，一般每年6月進入梅雨季節，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，強度大、歷時長。鑒于此，本文以潛山市為例，根據《安徽省暴雨參數等值線圖、山丘區產匯流分析成果和山丘區中小面積設計洪水計算辦法》中的“24 h降雨時程分配”，計算分析潛山市中心城區和各圩區相應排澇標準下的排澇流量，旨在為潛山市城市排澇規劃設計提供參考。

1 研究區概況

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。圩區分別為黃泥鎮七湖圩及太子圩，王河鎮洋蕩圩、三保圩、梅湖圩、西聯圩及白水圩，黃鋪鎮天井圩、竹蕩圩，梅城鎮合西圩、朱湖圩及石堰圩，油壩鄉同合圩、桑樹圩及中聯圩，余井鎮余井圩等。圩內排澇水系較為豐富，溝渠較多。中心城區主要分為中心城區片、河西新區片和黃鋪工業新區片。研究區見圖1。

1.2 暴雨洪水特性

潛山市屬亞熱帶季風氣候區，根據潛山市氣象站資料統計，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月進入梅雨季節，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，其特點是強度大、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，建設年代久遠，年久失修、設備老化，不能安全運行。

（3） 部分圩口無排澇站，內澇頻繁。

（4） 部分自排閘排澇能力不足，圬工結構、機電設備老化等。

（5） 圩內大部分排澇溝淤積嚴重、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 圩區排澇

排澇流量是排澇計算分析的關鍵，目前常用的排澇流量計算方法主要有排澇模數經驗公式法、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為設計排澇模數，m3/（s·km2）；Q為設計排澇流量，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為設計暴雨量，mm；C為旱荒地徑流系數，取0.6；h水蓄為水田滯蓄水深，取50 mm；h溝蓄為溝塘調蓄水深，自排時不考慮，抽排時取500 mm；T為排澇天數，d，自排取1 d，抽排取3 d；t為日排澇小時數，h，自排取24 h，抽排取 22 h。

2.2 城區排澇

由于城區水文情勢和防洪要求與農排區存在較大差異，其計算方法也有所不同。城市化的發展增加了城市的不透水面積，徑流系數比農排區大，剖面匯流速度快，匯流時間短，因此，城市的產匯流機制與農排區有明顯的區別［14-15］。根據《安徽省水文手冊》中對江淮丘陵區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排澇流量，具體計算步驟如下。

（1） 依據《安徽省水文手冊》，查得工程區最大24 h設計雨型。

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

（3） 根據各時段降雨值和區域綜合徑流系數，計算各時段設計凈雨量。

（4） 根據排區面積和各時段設計凈雨量，計算排區內設計來水過程線。

3 計算結果分析

3.1 圩區排澇

根據GB 50201-2014《防洪標準》，參照區域相關規劃設計，各圩口自排排澇標準采用10 a一遇最大24 h暴雨平均24 h排出，抽排標準采用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計排澇流量，各圩口設計自排排澇模數為1.29～1.64 m3/（s·km2），抽排排澇模數為0.69～0.80 m3/（s·km2），計算成果見表1。

3.2 城區排澇

3.2.1 設計暴雨

根據潛山市城區西側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計暴雨，成果見表2。將本次設計暴雨計算成果與安徽省水利水電勘測設計院1984年、1995年編制的暴雨參數等值線圖進行比較，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，導致設計暴雨也比圖集小。考慮到實測暴雨系列較長，代表性較好，設計暴雨采用實測成果。

3.2.2 設計凈雨

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

3.2.3 排澇模數

根據設計凈雨過程，城區采用20 a一遇24 h降雨逐小時排除，保證地面不受淹，綜合現狀和規劃城區范圍內不同設計水面率，相應20 a一遇排澇模數為9.5～11.2 m3/（s·km2），計算成果見表5。

4 結 論

通過對潛山市城區與圩區相應設計標準下的排澇流量進行計算可知：中心城區片、規劃河西新區片和黃鋪工業新區片排澇模數分別為11.2，9.1，9.5 m3/（s·km2）；各圩口設計自排排澇模數為1.29～1.64 m3/（s·km2），抽排排澇模數為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，在今后治澇中應堅持高水高排、低水低排、外圍的山洪撇離（不入圩內）的治澇原則，合理規劃設計，全面提升潛山市防洪排澇能力，提出以下建議。

（1） 各圩口應以自排為主、機排為輔，盡可能通過自排閘搶排，同時對各圩口排澇溝渠水系聯通，主要溝渠清淤、拓寬、護砌，部分配套建筑物改造，使澇水及時排至自排閘及排澇站。

（2） 對排澇標準不足、現狀陳舊不安全的現有排澇閘、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） 排澇站設計應以集中建站為主，局部分散小站為輔。

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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