城区小流域暴雨洪水计算方法的分析

摘 要：伴随城市化进程的加快，对城市防洪排水提出更高的要求。然而从当前城区小流域暴雨洪水計算情况看，现有的计算方法并不能完全满足洪峰、洪量计算要求，更无从谈及适应洪水调节需要，这就要求对现有的计算方法进行优化。本次研究将对城区小流域特征做简要介绍，并结合当前城区小流域暴雨洪水计算常用方法与弊病，提出相关的优化策略。

关键词：城区小流域；暴雨洪水计算方法；优化

城市防洪作为当前城市建设考虑的内容，其有二重要求，表现为防外江洪水、内江暴雨洪水方面，由于两方面均缺少实测材料，要求通过相关的计算方法为实际防洪提供依据。尽管近年来关于暴雨洪水计算方法较多，但大多研究资料均局限在山区小流域层面，涉及城区的内容较少，无法为城市防洪提供相关的参考。因此，本文对城区小流域暴雨洪水计算方法研究，具有十分重要的意义。

1 城区小流域特征分析

关于城区小流域，其特征集中表现为：①城区下垫面，以混凝土路面为主，出现下渗情况较少；②各小流域在集雨面积上保持15km2以下，面积相对较少，内涝治理多采用分小流域治理方法；③城区内暴雨洪水，短时间内汇集向下水道管网排入，然后向防区外排出，对于小流域洪水，一般受地形影响出现自然回流情况，此时下水道管网是否畅通、管网管径大小对于洪水排除有较大程度的影响；④城区小流域洪水检验中，无实测水文资料，无法为防洪提供依据。从城区小流域特征中便可发现，当前洪水调节方面仍需借助相关的资料作为参考，但由于实测资料缺乏，所以需通过洪水计算方式实现，而计算的内容将涉及洪量、洪峰与洪水过程线等[1]。

2 城区小流域暴雨洪水计算常用方法与评价

从近年来城区小流域暴雨洪水计算中实际情况看，所选用的计算方法大多依托于实证城市室外排水计算方法，或以《水利水电工程设计洪水计算规范》为参考，前者一般用于洪峰的计算，无法将洪水过程线、洪量等进行确定，而后者可计算小流域洪水，但是否适用于城区小流域仍需进一步考察研究。

2.1 洪峰计算方法

洪峰计算中，常用的方法主要包括两种：第一，市政室外排水公式。计算中假定对径流系数、设计降雨强度、集雨面积与洪峰流量分别以Φ、q、F、Qm表示，则有Qm=ΦqF。需注意其中q在计算中，有相应的公式，假定对降雨历时、历时附加参数、历时指数、重现期1年设计降雨雨力以及雨力变动参数分别由t、b、n、A1、C表示，且设计降雨重现期利用P表示，则有q=167A1（1+ClgP）（t+b）n。另外，计算中需考虑设计降雨历时t的计算，分别采用t1、t2、m表示地面集水时间、管渠内洪水运行时间、延缓系数，有t=t1+mt2。第二，推理公式法。假定对流域汇流时间、流域面积、τ时段内净雨、主河道长度与平均比降分别以τ、F、h、L、J表示，有Qm=0.278hF/τ，其中τ=0.278L/（mJ1/3·Qm1/4）。

2.2 计算方法评价

从上述计算方法中可发现，两种计算公式有相同形式，其中市政室外排水计算中q与推理算法h/τ都用于表示暴雨强度，及洪峰、暴雨强度与面积保持正比关系。其中径流系数Φ，与坡度、建筑物等地面条件以及降雨历时、降雨强度等降雨条件有一定关联。而比较两种计算方法的差异，则表现为：①有不同的重现期含义，如室外排水计算中，强调以年多次选样法为主，而推理算法中，强调取年一次选样法，可将年最大洪水反映出来；②室外排水计算中，计算对象为洪峰，而推理算法中，除对洪峰计算，也强调在“三角形过程线法”应用下，结合净雨过程进行洪水过程线的计算；③室外排水计算，一般需以给定的暴雨强度公式进行设计流量的推算，整个推算过程较为复杂，且计算中往往需借助既往研究资料与成果，所以在实测资料缺失情况下，对计算结果有一定影响。相比之下，推理算法应用下，通常直接做降雨实测，且引入简单的历时降雨设计值，达到计算目的。综合来看，小流域暴雨洪水计算中，推理公式法对天然状况小流域更加适用，直接结合小流域降雨径流做稳渗率、汇流参数的计算，但需注意该方法应用下，在汇流时间计算上需耗费较长时间，且可能存在与城区系统排水存在较大差异情况[2]。

3 城区小流域暴雨洪水计算方法优化

3.1 优化公式

为使城区小流域暴雨洪水计算方法适用性提高，需考虑在计算方法上不断优化。如本次研究中，取三种假设条件，包括：①明渠、排水管道无阻水情况；②沿程汇流速度恒定，且呈矩形汇流面积曲线；③净雨强度在τ内恒定。此时，对于汇流时间（h）、流域面积（km2）、τ时段净雨（mm）分别以τ、F、h表示，且利用t1、t2、m、Φ分别表示地面集水时间、管渠内洪水运行时间、延缓系数与成峰系数，有Qm=0.278ΦhτF，其中τ=t1+t2。

3.2 应用实证

本次研究中，主要选取国内某两个城市小流域为例，对其内涝洪水情况进行计算，分析优化后的推理算法应用效果。两个流域均做降雨量实测，1h、6h、24h降雨量分别为13.5mm、572mm、79.6mm。其中第一个流域，其流域特征参数F、L、J分别为11、6.8、0.00258，利用推理公式计算，可推出Qm为24.5。另外一流域，流域特征参数F、L、J分别为24.4、13.5、0.00216，利用推理公式计算，可得到Qm为33.4。因两个流域均无实测材料作为参考，所以借助水量平衡原理对两个流域洪水计算，可得出洪峰分别为21.8、35.4，这与推理公式所得出成果无明显差异，说明推理算法应用下可靠性较强。

4 结论

城区小流域暴雨洪水计算是当前城市防洪需考虑的主要问题。本次研究对城区小流域特征做简要分析，并对比当前城区小流域暴雨洪水计算方法的优势与劣势，在此基础上提出优化建议，可发现优化后的算法取得的效果较为显著。

参考文献：

[1]冯英杰.陇南地区桥涵小流域设计洪水计算[J].城市道桥与防洪，2014，（02）：8687+94+1011.

[2]李卫东，周宏，陈睿星，等.特小流域设计洪水计算方法在山谷型干灰场中的应用[J].中国农村水利水电，2017，（01）：8083.

作者简介：刘兴辉（1990），男，江西赣州人，本科，助理工程师，水利工程建设管理，防汛抗旱，河道管理等方向。