抚州市孝义港下游段整治改造工程设计排涝流量确定

蒋小宝

(新余市水利电力建筑工程有限公司，江西 新余 338025)

1 概 述

城市内涝已经成为影响城市发展、居民生产生活安全的灾害之一。我国每年都有较多的城市发生内涝灾害，造成重大的经济损失和人员伤亡[1-3]。因此，对城市内涝采取治理措施是十分重要的。确定合理的设计排涝流量对排涝工程设计的合理性有较大影响[4-6]。目前，较为常用的排涝流量确定方法主要包括径流系数法、降水扣损法等。结合抚州市孝义港下游段整治改造工程实例，采用不同方法对排涝流量进行确定，为工程设计提供参考。

2 涝区基本情况

中洲堤内现状涝水以自排为主。孝义港流域内部分地势低洼，区域内涝水主要由尧家咀闸、汪家闸、韩家闸等4座自排闸及5座自排穿堤涵管排出。中洲堤为一闭合圩堤，堤线全长31.12 km，圩堤堤内面积24.14 km2。当抚河高水位，中洲堤内涝水无法自排出去时，中洲堤内涝水由斗门电排站、中洲围电排站及汪家电排站电排出去。区域内有3个电排站，排涝总面积24.14 km2，本次工程主要对斗门电排站进行改建。

在中洲圩内自孝桥镇建成区以下，雨水首先进入孝义港孝桥镇西侧的人工渠段，然后沿上尧坊、下尧坊北行，在岭上杨家南面进入主排水渠向西，行至西邓村东面时，分为两支：一支为天然主渠向北行，经喻家村、湖田汤、菱湖辛南等地流向下游的中洲电排站、饶家嘴自排闸等地；另一支为人工渠向西偏北流向斗门电排站。所以，本次所分析的排水范围为斗门电排站以上汇入各渠段雨水所形成的涝水。按1∶1万地形图量算结果，本期工程所涉范围的集雨面积为11.6 km2。其中，水田、水面面积约为7.8 km2(约为总面积的1/3)，其余为道路、街区、旱地面积约为3.8 km2。

3 设计排涝流量

3.1 涝区设计净雨量

由表1可知，P=10%年最大三日设计暴雨为241.3 mm，P=10%年最大一日设计暴雨量为146.2 mm。

净雨量计算一般采用两种方法：①径流系数法；②降水扣损法。

3.1.1 径流系数法计算净雨量

根据江西省特点，3-7月份系江西省雨季，4-6月份为主汛期，根据鄱阳湖区水雨情特点，也将主排涝期定于4-7月份。在主汛期，一般在最大一日暴雨或最大三暴雨发生之前，下垫面的含水量都较大，因此造成降水产流量也较大。根据经验分析，年径流系数一般在0.50～0.60间，而汛期一次性暴雨的径流系数最大可达0.90左右，最大三日降水可在0.78～0.88间取值。

综合分析，本次最大一日、最大三日暴雨的径流系数均按0.84取值，由此求得P=10%频率下相应的净雨量分别为122.8和202.7 mm。

3.1.2 降水扣损法计算净雨量

区域内降水发生的损失主要有蒸发、下垫面截留、下渗等几部分。

据资料统计，主汛期降雨日蒸发量一般在2～6 mm。本次按3 mm/d计，则一日蒸发量为3 mm，三日蒸发量为9 mm。扣除蒸发后，P=10%最大一日、最大三日的雨量分别为143.2和232.3 mm。

下垫面的截留和下渗量，根据经验估算，最大三日降水在水田、养殖水面(统称水面)中按50 mm计，旱地、街区等(统称陆地)按15 mm计。而最大一日暴雨对应的截留量，水面、陆地分别按25和10 mm计。

本期工程排涝区域水面面积约占2/3，陆地面积约为1/3。降水扣损法净雨量计算过程见表1。

表1 降水扣损法净雨量计算过程与成果表

3.1.3 净雨量采用成果

根据上述分析结果，两种方法计算所得的最大一日净雨量基本一致，最大三日净雨量相差仅4%。因此，本次设计净雨量拟取径流系数法成果，即P=10%最大一日净雨量为122.8 mm，最大三日净雨量202.7 mm。

3.2 设计排涝流量

本期工程排涝片区集水面积11.6 km2。排涝区内以农村面积为主，上游地区为孝桥镇镇区，人口较密集。泵站设计标准主要按10年一遇最大3日暴雨3日排至不淹重要设施；同时，也要考虑上游孝桥镇人口密集区的具体情况，在考虑按上述标准的同时，也考虑最大一日暴雨所形成排涝流量，对于有关涉水建筑物过水能力的影响。

据分析，本期工程排涝区内的来水量主要由降水、堤外渗入、人类活动废污水排放等3部分组成。

中洲圩已经通过除险加固处理，堤防的防渗效果较好，从外河渗入堤内的水量有限，本次可忽略不计。

本期排涝范围内上游区是孝桥镇，人口较密，也有众多机构、企业等；同时也存在一些散居农户。经调查，在人口聚居区的居民生活排水以及机构与企业的污水排放，均按城区规划进行截污收集，交由污水处理厂进行处理。可见，区域内人类活动的污水不进入雨水管线，因此也不纳入本次的排水总量中。

因此，本期工程所要考虑的排水水量，仅需考虑雨水水量的排出。

依据上述分析所得的净雨量，来水面积按11.6 km2计，由此求得最大一日暴雨的产水量为142.5×104m3，最大三日暴雨的产水量为235.1×104m3。

考虑到排涝机组、电力供电等所有不确定因素，按一般经验，机组日运行小时数取22 h。依此计算，得到最大一日暴雨、最大三日暴雨对应的时段平均流量分别为18.0和9.90 m3/s。

在工程改造时，斗门电排站拟按9.90 m3/s考虑。对应最大一日暴雨的排涝流量为18.0 m3/s，在工程布置时，考虑让主渠进行适当分流。

4 施工洪水

按照施工组织设计要求，施工设计洪水标准采用5年一遇。根据抚河枯水期洪水特性及施工设计安排，确定施工期为10月份至次年2月份。

施工期存在防洪与排涝两项任务。施工期防洪主要指斗门电排站施工时受外河(即抚河干流)的洪水位的影响；施工排涝是指圩内降水所形成的涝水流量。因此，分别对外洪、内涝两项指标进行分析计算。

4.1 施工期防洪

根据“五河”治理报告抚河篇的成果，施工期时段与本项目同期，即为10月份至次年2月份，洪水标准也同为P=20%。

因此，斗门电排站施工期设计外水位拟直接采用“五河”治理报告的水面线成果，经插值计算，可求得斗门电排站所在断面抚河P=20%的设计洪水位为33.80 m。

4.2 圩内施工期排涝

在目前情况下，全省没有任何一处水文测站所控制范围的地形及下垫面情况与本工程所在区域相似。所以，本工程区内的施工期来水量，无法采用实测流量进行分析计算。

工程区系平原地形，雨水的产汇流过程较为缓慢，大雨发生后，一般不会形成“高而尖”的洪水过程。对于此类地形的区域大雨所成形的径流的描述，常见方式为分析“总产水量”的大小。

根据抚河枯水期洪水特性及施工安排，确定施工期为10月份至次年2月份，采用不跨期、独立选样法求得施工期最大一日暴雨，P=20%最大一日暴雨为60.6 mm。

采用径流系数法计算相应的产水量，径流系数采用与最大暴雨产水量一致的0.75。本期工程对应的集雨面积为11.6 km2，由此求得相应的产水量为52.7×104m3，对应的日均流量为6.10 m3/s。

有关成果详见表2。

表2 施工期廖家湾站10月份至次年2月份最大一日暴雨频率计算成果表

5 结 论

为了改善抚州市孝义港下游片区防洪排涝现状，降低洪涝灾害对城市运行的影响，拟采取工程手段进行治理。合理确定设计排涝流量是保证工程设计安全、合理的前提，因此采用径流系数法、降水扣损法两种方法分别计算。结果表明，径流系数法计算结果与实际情况较为切合，其计算结果作为设计排涝流量。考虑到施工期在10月份至次年2月份之间，利用该方法确定施工期洪水特征，可为施工安全预警提供参考。