城区排洪河道设计洪峰流量的计算方法-张孟晓

1城区水文特征1.1城区产汇流1）产流条件：城市化后不透水面积的增加致使初损量和稳定下渗率均有不同程度的减少，径流系数明显增大，势必造成径流量的增加。2）汇流条件：现代城市的硬化地面使降落的雨水迅速汇流至雨水排水系统。排水系统化（完善的雨水排放系统）和河流渠道化（河道的疏导整治）共同使城区雨水汇流速度明显加快，洪峰流量增大，洪水过程陡涨，洪水总量增加。1.2城区降雨量现代城市各种因素的综合作用，使城市温度偏高，产生了“雨岛效应”和“热岛效应”，使城区形成暴雨的几率增加，降雨量增大。1.3流域面积城区防洪保护区一般是分流域治理，每个流域的汇水面积较小，大部分都在15km2以内，汇流时间较短［1］。2常用洪峰流量计算公式2.1水利部门的推理公式[2]1）计算公式：Qm=0.278ΨSPτnF（1）τ=0.278LmQ1/4mJ1/3（2）式中：Qm为设计洪峰流量，m3/s；Ψ为洪峰流量径流系数；SP为设计频率暴雨雨力，mm/h；τ为流域汇流时间，h；F为流域面积，km2；n为暴雨衰减指数；L为主河槽长度，km；m为汇流参数；J为主河槽坡降。2）假定条件：（1）认为降雨和产流在流域上的分布和时程上的分配都是均匀的。（2）认为流量出口断面处所形成的最大流量是由降雨强度决定的，而且是由产流和汇流两个阶段形成的。（3）不考虑流量形成中流域面积的分配形式和流域的调蓄作用，认为暴雨和形成洪水为同频率。（4）假定流域上各点的水力条件相同[3]。3）适用条件：适用于流域面积＜500km2的区域；不适用于岩溶、泥石流及各种人为措施影响严重的地区[4]。由此可见，它不适合用作城区排洪河道设计洪峰流量计算。主要原因在于：产流阶段，其设计净雨和稳渗流率的推导是基于天然河流的降雨—径流关系推求的，而城区受到人为措施影响严重，改变了自然状态下的产流规律；汇流阶段，公式中流域汇流时间τ的计算也是基于自然状态情况下的汇流规律推求的，与城区条件不相适应；洪峰流量径流系数Ψ同流域汇流时间τ、平均下渗滤等参数相关，因此也不适合城区的暴雨洪水的洪峰流量计算。如果采用此公式计算，将导致：计算的稳渗流率较实际偏大而使设计净雨偏小即洪峰流量偏小；计算的流域汇流时间τ较实际偏大而使设计洪峰流量偏小；计算洪峰流量径流系数Ψ较实际偏小而使设计洪峰流量偏小。2.2市政部门雨水流量公式[5]1）计算公式：Q=φqF=167A1（1+C1gP）（t+b）nφF（3）城区排洪河道设计洪峰流量的计算方法张孟晓，陈春光，陈哲，李朝明（西南交通大学土木工程学院，四川成都610031）摘要：当前常用的计算城区河道设计洪峰流量的公式主要有水利部门的推理公式和市政部门的雨水流量计算公式，但城区的产汇流条件和设计标准与上述两公式的假设条件均不相适应。通过分析现代城区的产汇流特征，提出了城区排洪河道设计洪峰流量计算方法的推导方式。在一定假设条件下，将城区排洪河道洪峰流量由管渠流量和坡面汇流量组成，按实际规律对上述两公式进行调整。最后并通过彭州市城区内某排洪河道实例计算，验证了推导公式的合理性。关键词：城区河道；洪峰流量；重现期；排洪河道中图分类号：TV12文献标识码：A文章编号：1004-4655（2008）06-0036-02第6期（总第136期）2008年12月CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo.6（SerialNo.136）Dec.2008收稿日期：2008-07-15·36·t=t1+mt2=t1+mΣL60v（4）式中：Q为雨水设计流量，L/s；φ为径流系数；q为设计降雨强度，L/（s·hm2）；F为汇水面积，hm2；P为设计降雨重现期，a；t为降雨历时，min；t1为地面集水时间，min；t2为管渠内雨水流行时间，min；m为延缓系数；A1，C，n，b为地方暴雨参数；v为管渠雨水流动速度，m/s。2）假定条件：（1）降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的，降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变。（2）汇水面积随集流时间增长的速度为常数[6]。3）适用条件：适用汇水面积较小（一般＜100km2）、集水时间在60～120min的城镇或工厂的雨水管渠或排洪沟渠的设计雨水排放问题[6]。它不适合用于城区排洪河道设计洪峰流量计算。主要原因在于：在重现期选取上，与水利部门的防洪标准相差很大（防洪标准一般50a一遇以上，雨水重现期一般取1a）；暴雨强度公式的推求和水利部门的推求方法存在差别（水利部门公式按照年最大值法推求，雨水流量公式采用年多个样法推求）；对于设计雨型、汇水面积的假设条件也同实际存在差别。所以采用此公式计算城区排洪河道的设计洪峰流量将产生：暴雨重现期偏大，使设计降雨强度偏大，导致设计洪峰流量偏大；降雨强度在设计暴雨时段内是变化的，将导致降雨强度偏大也即是设计洪峰流量偏大；汇水面积