排涝模数法的精度探究

龚 勋，陈 鹏，李亚云，陈 婷，辛 欣

(1.惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516000；2.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

排涝模数法的精度探究

龚 勋1，陈 鹏2，李亚云2，陈 婷2，辛 欣2

(1.惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516000；2.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

影响小流域最大排涝量精度的因素有很多，一方面，由于测量数据的误差，也就是洪水资料的可靠性，代表性和一致性，这些因素会导致统计参数的偏差，从而影响设计洪水的精度；另一方面，目前国内推求小流域最大排水量的方法有很多，相互之间也存在差异。本文以潞市水闸和丰山水闸为研究区，通过排涝计算，比较经验公式法以及平均排除法求得的最大排涝流量与设计值之间的误差。

排涝模数；经验公式法；平均排除法；设计洪水

涝灾自古以来就威胁着人类生命和财产安全，是一种地域性广泛的自然灾害。排涝工程的建立，也是人民生活安定以及社会经济稳定发展的关键因素。由此，开展对排涝模数计算方法的一些探究，有效控制涝灾损失，合理确定排涝工程规模，具有重要的现实意义。

关于排涝模数法，许多水利研究者在我国广大地域进行了很多研究工作。其中，平均排除法相对来说方法较为便捷，所需资料比较少，适用于以农田为主的平原区排涝计算，但由于没有考虑河道的调峰作用，将其直接应用于城市圩区的排涝计算时结果偏小[1]，因此经常用于集水面积较小的平原地区。经验公式法充分考虑了流域的调蓄作用以及流域面积对汇流过程的影响，更加适用于大尺度平原区以及河网区的农田排涝计算。这两种方法主要通过求得研究区的最大流量或者平均流量推求排涝模数[2-3]，对资料要求不高，也有一定的精度，故而在我国得到了充分的认可。本文借助湖北省钟祥市潞市水闸、丰山水闸进行验证计算，对这两种方法的精度进行一系列的探究。

1 研究区水文气象条件

1.1 潞市水闸

潞市闸位于钟祥市汉江左岸潞市堤18+400处，工程兴建于1972年11月，1974年10月完工，是一座三孔穿堤排水闸。该排水闸的主要任务是排泄潞市135 km2的洪水，潞市闸的设计排涝流量为105.0 m3/s。其建筑物由闸室段和穿堤的三节洞身组成，全长33.5 m。结构型式为混凝土直墙半圆拱，单孔净宽3.0 m，直墙高2.5 m，拱半径1.5 m，闸底板为钢筋混凝土结构，厚0.8 m，总宽14.4 m，闸底板高程44.5 m(吴淞高程)，洞身为干砌条石拱涵，净高 4.0 m。闸首位于大堤临汉江面，钢筋混凝土结构，上设闸门、启闭台、以及工作桥等。连接外江为消力池，浆砌石结构，长10.0 m，厚0.8 m。紧接0.3 m厚干砌块石护底，高程44.5 m，长4.0 m。两岸为浆砌石八字直墙，上接浆砌扭面。

潞市闸自建成以来，为排除潞市22个村的渍水，解除洪涝灾害发挥了重要作用，为当地的经济发展作出了一定贡献。

潞市闸保护农田3866.7 hm2，22个村，157个村民小组，7717户，35 000人，固定资产6200万元，工农业总产值5000万元，潞市闸正常运行意义重大，一旦失事，直接危及区内的人民生命财产安全，将直接影响当地的经济建设发展。

钟祥市属于亚热带季风气候，总的特点是四季分明，气候湿润，雨量充沛，雨热同季，并且日照时间长，年平均日照数在1800～2300 h，年日照率为84%。年平均气温为16 ℃，最热时间是七月份，最低一般是一月份。历年最高气温40 ℃，历年最低气温达到零下10 ℃，多年平均风速为3.4 m/s。

夏季暴雨形成并受西太平洋副热带高压和印缅低压系统的影响，年降水量在800～1100 mm。降雨大部分集中在4～10月份，占全年降水量的80%～90%，年降雨日数88～120 d之间。

根据湖北省水文水资源局2008年编制的《湖北省暴雨径流查算图表》，查表计算得出潞市闸闸址处各暴雨特征值见下表1。

表1 潞市闸闸址处暴雨特征值计算 mm

1.2 丰山水闸

丰山闸位于钟祥市汉江左岸丰乐堤11+300处，工程兴建于1963年3月，1964年6月完工，是一座三孔穿堤自排水闸，保护区面积160 km2，丰山闸的设计排涝流量为120.0 m3/s。闸室结构型式为直墙半圆拱，单孔净宽4.0 m，直墙高3.0 m，拱半径2.0 m，闸底板为钢筋混凝土结构，厚0.8 m，净宽12.0 m，总宽18.0 m，闸底板高程46.5 m，净高5 m。闸首为钢筋混凝土结构，上设闸门、启闭台及工作桥等。外江进口设为浆砌石八字直墙，上接浆砌扭面，底板为浆砌石护底，将进水渠与涵闸连接，内渠护底高程46.5 m。消力池为110#混凝土浇筑，底板高程45.0 m，长18.7 m，厚0.7 m。

丰山闸自建成以来，为排除保护区20个村的渍水，解除洪涝灾害发挥了重要作用，为当地的经济发展做出了一定贡献。

丰山闸保护农田5333.3 hm2，20个村，55 000人，固定资产4200万元，工农业总产值4000万元，丰山闸一旦失事，直接危及区内的人民生命财产安全，将直接影响丰乐镇的经济建设发展。

根据湖北省水文水资源局2008年编制的《湖北省暴雨径流查算图表》，查表计算得出丰山闸闸址处各暴雨特征值见表2。

表2 丰山闸闸址处暴雨特征值计算 mm

2 排涝流量复核

2.1 经验公式法

表3 流域设计点暴雨量的计算

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-1999)，采用排涝模数经验公式法计算排涝区最大排水流量[4-6]。其计算公式为：

q=KRmFn

(1)

式中 ：q为设计排涝模数，m3/(s·km2)；F为排水沟设计断面所控制的排涝面积，km2；R为设计径流深，mm；K为综合系数，反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素；m为峰量指数，反映洪峰与流量的关系；n为递减指数，反映排涝模数与面积的关系。

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-1999)及流域区统计分析成果，潞市闸排涝面积135 km2，K值取0.0135，m值取1.0，n值取-0.201，计算得出潞市闸最大排涝流量Q为119.5 m3/s。

可知10 a一遇三日暴雨标准，潞市闸最大排涝流量为119.5 m3/s，略大于原设计值105.0 m3/s。同理可得丰山闸最大排涝流量为138.7 m3/s，略大于原设计值120.0 m3/s。

2.2 平均排除法

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-1999)，采用排涝模数平均排除法计算排涝区最大排水流量。其计算公式为：

(2)

式中：qw为水田设计排涝模数，m3/(s·km2)；P为历时为T的设计暴雨量,mm；h1为水田滞蓄水深,mm；ET为历时为T的水田蒸发量,mm；F为历时为T的水田渗漏量,mm；T为历时,d。

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-1999)及流域区统计分析成果，潞市闸排涝面积135 km2，h1值取20 mm，ET值取2，F值取2，计算得出潞市闸最大排涝流量111.1 m3/s，约等于原设计值105.0 m3/s。同理,可得丰山闸最大排涝流量为131.7 m3/s，略大于原设计值120.0 m3/s。

本文运用经验公式法和平均排除法计算潞市水闸和丰山水闸的排涝模量，求得的排涝流量与设计值比较汇总情况见表4。

表4 经验公式法和平均排除法计算结果 m3·s-1

3 结 语

通过计算分析，经验公式法所计算的排涝流量与设计值之间的误差明显大于平均排除法。依据水利部规划设计总院1989年对《金堤河流域设计洪涝水分析报告》的审查意见，经验公式法适合于尺度较大的地区，当流域尺度较小，会有可能出现排涝模数稍微偏大的现象。而对于平均排除法，更加适用于给水面积较小的平原区的圩区排涝设计。在流域面积偏小的情况下，选择平均排除法计算排涝模量偏安全。此外，经验公式法的机理是通过建立排涝模数的大小与设计径流深和排区面积的大小之间的关系，而平均排除法是将相应设计标准的净雨量在规定的排涝时间内平均排除；在做实际项目的时候，依据不同模式排涝计算对应的相应排涝机理(如平原排涝和山区防洪、不同尺度的排涝计算)，用多种方法对比分析，选择合适的方法和正确的参数进行研讨计算。

[1] 崔韩,刘俊,高成.圩区排涝模数计算方法研究[J].水利学报，2007(增刊1)：461-464.

[2] 詹道江,叶守泽.工程水文学[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[3] 于畅,郝曼秋,高成，等.平原城市自排区排涝模数计算方法研究[J].水资源与水工程学报,2014,25(6):184-192.

[4] 国家质量技术监督局,中华人民共和国建设部.GB/T 50288-1999 灌溉与排水工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,1999.

[5] 中华人民共和国水利部.SL 4-2013 农田排水工程技术规范[S].北京: 中国水利水电出版社,2013.

[6] 吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社,1982.

The research on accuracy of drainage modulus

GONG Xun1，CHEN Peng2，LI Yayun2，CHEN Ting2，XIN Xin2

(1.HuizhouCityHuayuWaterResourcesandHydropowerEngineeringInvestigationCo.,Ltd,Huizhou516000,China；2.SchoolofHydraulic&EnvironmentalEngineering,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

There are a lot of factors influencing the accuracy of the maximum drainage capacity in small watershed. On one hand, because of the error of the data, which is flood data including reliability, representative and consistency, these factors could lead to deviation of statistical parameters, which and affect the precision of design flood. On the other hand, there were a lot of the current domestic new methods to determine the maximum displacement of small watershed has a lotin our country. They were different from there are also differences between each other. Taking the article based on Lushi and Fengshan sluice as the research area, this article compared the difference between the degined maximum drainage and calculated value through empirical formula method and average method.

drainage modulus; empirical formula method; average exclusive method; design flood

龚 勋(1986-)，男，助理工程师，从事农业水文方面的研究工作。E-mail:20757783@qq.com

TV122

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2096-0506(2015)06-0036-03