出　　自： 《中國給水排水》 1998年第4期第28頁
發表時間： ： 1998-4

王洪云(天津市市政工程設計研究院)；陳金榮(中國市政工程華北設計研究院)

　　廣州市城市排澇總體規劃，是根據1992年12月《廣州市城市總體規劃》(2000年～2010年)，采用抵御20 年一遇暴雨的規劃標準來進行的。規劃排澇設施計算的主要內容是排澇河涌和調蓄水網的計算。
　　根據廣州市的地形特點和實際情況分成24個排澇流域，由于各個流域的地形、地面覆蓋情況和城市規劃用地功能不盡相同，因此經過分析采用了3種計算方法。

1 排澇規劃的計算

　　1.1 規劃排澇河涌的計算
　　1.1.1 河涌所在流域為規劃建成區
　　根據廣州市城市總體規劃，絕大部分建成區地勢比較平緩，且流域面積較小(河涌的服務面積)，一般<10k㎡，故采用城市水文學的公式模型來計算河涌的洪峰流量。即

　　式中 Q m ——河涌規劃斷面處的洪峰流量，m 3 /s
　　ψ——洪峰徑流系數
　　i p ——暴雨強度，mm/h
　　A——匯流面積，k㎡
　　i p =S p /τ np
　　S p ——暴雨雨力，mm/h
　　τ——匯流歷時，h
　　n p ——暴雨衰減指數
　　① 洪峰徑流系數ψ。嚴格地說，ψ應由下式確定:

　　式中 P=F+I a +SRO
　　SRO——地表徑流量
　　F——下滲量
　　I a ——初期損失量(填洼、截留等)
　　P——降雨量
　　上述參數的數據需要通過徑流模擬實驗及其統計結果一一得到，很難直接計算。本次為了簡化，根據廣州市已有建成區的特點，ψ值在0.6～0.75之間，但由于新規劃的建成區綠化標準提高，故ψ值選取不超過0.6。
　　② 匯流時間τ。τ一般定義為水質點從流域最遠點流達出口或設計點所需的匯流時間。由于很難直接量算，規劃中依據流域的地面情況和河涌情況，采用經驗公式來計算，即柯爾皮茨(kirpich)公式:

　　式中 τ——地面徑流匯流時間，min
　　L——流域長度，m
　　S——流域平均坡度
　　③ 暴雨雨力S p 。根據相應的匯流歷時，考慮與降雨同步，采用廣州市防洪排澇規劃資料《廣州地區設計雨型分析》中所提供的雨型，在設計暴雨最大24 h時程分配表中摘取相應歷時的降雨深度作為暴雨雨力。
　　④ 暴雨衰減指數n p 。就全國來講，n p 值因地區不同而異，但范圍大約在0.5～0.7，對于廣州地區經過實際推算和論證取定n p =0.67。
　　在廣州市排澇規劃中這種方法適用于芳村區、海珠區、珠江前航道以北至廣深鐵路之間的規劃建成區的排澇河涌計算。
　　在河涌各個規劃斷面的設計流量確定后，便可進行規劃斷面的計算。在設定的斷面水深或底寬的情況下，規劃斷面的各個參數便可確定。
　　1.1.2 河涌所在流域位于規劃空白區(山區或高丘區)
　　根據這些地區洪水形成的特性，結合廣州的暴雨資料和有關水文資料，采用小匯水面積(全流域的匯水面積<500k㎡)推理公式法來計算河涌的設計流量。
　　為了簡便起見，可以按所編PC-1500電算程序來進行計算，這種方法不僅可以計算出河涌任一斷面的設計洪峰流量，而且根據需要可以進行洪水過程線的推求和調洪的演算，使得洪峰流量在全流域上隨著時間的推移而變化的情況變得十分直觀，從而在排澇時充分利用河涌穿過具有調洪作用的水體，規劃河涌也因此而更經濟可行。
　　推理公式的電算程序是在輸入各個相關參數的數據后自動聯解其基本公式，聯解的方法是迭代法。推理公式的基本形式:

　　式中 Q m ——設計洪峰流量，m 3 /s
　　S p ——相應τ時段的暴雨雨力，mm /h
　　τ——匯流歷時，h
　　f——平均后損失率，mm/h
　　F——集雨面積，k㎡
　　n p ——相應于τ時段的暴雨衰減指數
　　L——干流河長，km
　　m——流域的匯流參數
　　J——涌河的干流坡降
　　從上述公式來看，需要確定的參數較多，現予簡述。
　　① 干流坡降J的確定。干流坡降J是河涌自分水線至規劃河流斷面的縱斷圖上按比降變化特征點分河段求出的綜合平均比降，可按下式采用加權平均法計算:

　　式中 Z 0 、Z 1 、Z 2 ……Z n-1 、Z n ——沿干流各比降變化特征點的地面高程
　　L 1 、L 2 ……L n ——各特征點間的距離
　　② S p 、n p 的確定。按照年最大24h的暴雨時程分配，可將匯流歷時τ分為1/6～1、1～6、6～24 h三個不同時段的計算公式來求得。
　　當6 h<τ<24 h時:

　　式中 H tp ——相應于t時刻的設計點暴雨量，mm
　　H tpm ——相應于t時刻的設計面暴雨量，mm
　　并且有以下的計算公式:

　　式中 ——暴雨均值，mm
　　K tp ——模比系數
　　α t ——點面暴雨量換算系數
　　還要特別注意，在計算時，除τ<6h，其S p 即H 1p 外，6 h<τ<24h的S p ＇與H 1pm 是不相等的，S p ＇只是為了利用H tp =S p ＇×τ 1-n p (6-24) 這種形式的暴雨公式而必須求出的虛擬的暴雨力，因此切不可把S p 與S p ＇混淆起來。
　　③ 集水區域特征參數θ的確定。θ值根據下式計算:

　　④ 點面換算系數α t 的確定。這次規劃中，由于廣州市位于珠江三角洲地區，屬于暴雨低區，所以相應于各降雨歷時的α t 可由暴雨低區的α t ——歷時——集水面積關系圖查得。
　　⑤ 匯流參數m的選定。m值對于推求最大洪峰流量Q m 非常重要，m值的偏差將直接導致Q m 的偏差，所以要求算得的θ值盡量反映實際地形情況。m值可以根據集水區域特征參數θ查暴雨徑流資料中的m-θ對數關系圖得到。
　　⑥ 暴雨均值H t 、變差系數C vt 、模比系數K tp 的確定。根據年最大各降雨歷時點暴雨統計參數(均值C v )等值線圖，查水文資料得到集水區域中心點的各降雨歷時暴雨參數H t 、C vt 值，然后根據各個C vt 值(C v1 、C v5 、C v24 、C v72 ，查暴雨徑流資料中C s =3.5C v 皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數K tp 值表得出各個K tp 值。應當指出:在本次規劃計算中由于設計頻率P=5%是定值(即均按20年一遇暴雨規劃)，因此對應各個歷時的K tp 值是常數，亦即K tp 只與設計暴雨的頻率有關。
　　有了以上的各個參數，采用對上述推理公式所編的PC—1500電算程序來進行洪峰流量及調洪的演算。值得注意的是因為電算程序是用迭代的方法來計算洪峰流量的，因此其迭代初值Q mo 應是>0的數，求得的Q m 與Q mo 的大小無關。
　　這種方法適用于珠江廣州河段前航道以北的沙河涌、車陂涌、烏涌、南崗涌等流域為規劃空白區地帶的計算，但河涌源頭的水庫在汛期下泄的流量應作為集中流量計入。
　　1.1.3 河涌所在流域上游為規劃空白區(山區或高丘區)，下游為規劃建成區
　　上游空白區(山區或高丘區)計算方法前面已述，確定下游的洪峰流量方法是以上游空白區與下游建成區分界線為界，該處河涌斷面按空白區計算方法得出的設計流量作為集中流量，在計算下一位于建成區內河涌斷面設計流量時，把這部分建成區的流量與集中流量累加得到，建成區的產流按前述第1種方法計算。
　　必須明確指出:建成區按城市水文學的方法計算時，應按相應的暴雨雨力來進行。而此時的雨力S p 與匯流歷時τ相對應，τ值為該斷面以上全按空白區推理公式法計算得出的τ值，然后根據τ值查廣州地區最大24 h雨型時程分配表，得出相應的S p 。如果τ值>9 h，則說明降雨已停(廣州地區20年一遇最大24 h的雨型時程分配情況表明降雨量全部集中在1～9 h內)，亦即這部分建成區在此時沒有流量匯入，河涌下游斷面也不應再擴大，這是該情況下河涌設計流量計算的關鍵，可以把這種情況下的計算手段命名為“同步組合疊加法”。這種方法適用于珠江前航道以北地區河涌較長、跨越空白區(山區或高丘區)和建成區后入珠江的情況。
　　1.2 調蓄河網的排澇計算
　　廣州市有很多河網交叉密布，河涌水域面積較大的水網，例如海珠區的新大圍，這些地區在規劃排澇設施時，必須充分考慮利用其水網的調蓄能力，壓縮排澇設施(排澇泵站及水閘)的規模。調蓄水網的調蓄容量計算方法:

　　式中 W——水網調蓄總容量，m 3
　　A——河網水域總面積，㎡
　　H m ——調蓄的最高水位，m
　　H 0 ——低潮位，m，(調蓄水位起點)
　　(H m 、H 0 均從潮型變化曲線資料中查得)
　　調蓄區的產流量計算方法有兩種:
　　1.2.1 規劃建成區調蓄產流量計算

　　式中 Q JT ——建成區入調蓄水網的產流量，m 3 /h
　　H p ——最大1 h降雨量，mm
　　ψ——徑流系數Z
　　APA——匯流面積，k㎡
　　1.2.2 農業區調蓄產流量計算

　　式中 Q NT ——農業區入調蓄水網的產流量，m 3 /h
　　S p ——年最大24 h暴雨雨力，mm/h
　　f——24 h平均降雨后損失率，mm/h
　　A——匯流面積，k㎡
　　產流量與調蓄容量比較后可知是否需要設排澇泵站來強排，若產流量大于調蓄容量，則根據兩者的差值來確定排澇泵站的裝機容量。

2 結束語

　　本文介紹的排澇規劃設計計算方法是根據廣州市的實際情況總結出來的，如應用到其它城市或村鎮的防洪排澇規劃計算中，則公式模型的地方參數應予修正，并相應地采用當地的暴雨資料、水文資料；有潮汐影響的還要應用潮位、潮型資料來考慮排澇計算。上述方法計算得出的成果準確性有其一定的局限性，原因在于計算中采用的暴雨是經過統計概化后的典型暴雨雨型，再者總體規劃階段不可能一一實測詳細的地形。但是，作為城市的總體排澇規劃控制計算是可行的。
　　作者通訊處:300051 天津市營口道239號 天津市市政工程設計研究院
　　(收稿日期 1998-01-08)