临江城市防洪排涝水系规划设计分析

李 熙

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都）

引言

随着“生态水利”的提出，我国在水利建设工程中愈发重视城市水系规划利用，合理的水系规划利用不仅可以改善城市水生态[1]，而且在城市的防洪排涝方面具有重要作用。21 世纪以来，我国临江城市是经济发展较好且城市化进程较快的区域，但工业的高速发展促使污水与废水排放量与日俱增，城市水域受到严重污染，不仅影响了城市景观、生态等功能的正常发挥，而且威胁着城市的防洪与排涝效果。所以我国临江城市水系规划利用至关重要[2]。临江城市水系规划的对象是城市内各类水体，主要目的在于通过对水景观的规划与水利设施的建设，实现城市水生态的修复以及防洪排涝。当下，发展生态水利建设将是世界各国实现经济可持续发展的重要途径，因此相关学者对其进行了研究，如杨海燕等人[3]从整体到局部3 个层次的防洪排涝体系，并运用SWMM 模型分析了多种降雨-洪水-潮水遭遇情况下现状水系及防洪排涝规划方案的排水能力，但是该研究的年径流总量控制率较低。周广宇等人[4]构建了综合排涝体系，分析并指出体系的建设要点，并且通过多情景分析，指出内河、滞涝区实际使率较高，制定了相应解决措施，但是该方法在消减洪峰方面的效果不佳。Radim Vitek 等人[5]研究的重点是实施前两个阶段的综合防洪措施，该项目旨在保护人身和财产，并总体上使受影响地区更具吸引力。但是该研究不够详细，分析够深入，导致径流总量控制效果不佳。针对上述问题，结合临江城市水系，所以本文分析并研究临江城市防洪排涝水系规划利用，期望可以为类似水系的综合规划提供参考与借鉴。

1 规划区域概况

本文研究规划区域位于雅安市草坝区，示意如图1 所示。

图1 规划区域范围及现状水系分布

经过综合分析，该规划区内水系的防洪体系仍不完善，无法满足防洪、排涝要求，其中水系总体布局不够完善，缺少防洪排涝设施，部分已经达标的防洪排涝建筑由于时间较长，存在安全隐患，需要进一步加固和改造，并且存在一定程度的下水道系统老化、自然河流的改道和堵塞等问题。这些问题对城市居民的生产与生活存在一定威胁。因此，需要对该规划区内防洪排涝水系进行重新规划利用。

2 防洪排涝水系规划

2.1 规划标准分析

本文根据规划区域特性，一是片区紧邻青衣江；二是区域内有上游山洪冲沟流经规划区，排入青衣江；三是规划区内还有部分现状农田排涝水系排入青衣江。基于此在该区域远期建成后，应同时满足规划片区青衣江堤防50 年一遇防洪标准、山洪防治标准20 年一遇，城市防洪工程等别为III 等；内涝防治标准20 年、片区排涝标准10 年、雨水管渠设计重现期3-5年。

2.2 水系总体布局

在对规划区现状水系不进行大的变动的前提下，科学、合理地提出规划区的水系总体布局方案，并且对水系进行分类，其分类原则根据《城市总体规划》及区内水系特点及其主要功能，将片区内水系分为两类。

一类：该类河道是排洪的主河道，同时兼顾排涝和景观功能。

二类：该类河道是城建区雨水排放的主通道，同时兼顾景观功能。

规划分类根据水系分类原则，将规划片区五条水系进行划分：

一类：规划水系二、规划水系三、新增规划水系四。这些是片区重要的排洪排涝通道，兼顾有景观、生态、防洪等综合功能水系景观应结合区域开发匹配建设。

二类：规划水系一及废旧电站尾水渠。这些水系为城区内部核心区主要水系通道，不收集片区外侧山洪，主要承担排涝的任务，还应兼顾景观、生态、休闲、旅游等综合功能。结合上述水系分类，总体布局规划区的防洪排涝水系，示意如图2 所示。

图2 规划区的防洪排涝水系总体布局示意

2.3 水系水文分析计算

规划片区外和片区内可能存在以下差异：

（1） 地形和地貌差异：规划片区外通常涉及更大范围的地理环境，地形和地貌可能与规划片区内存在明显的差异。这可能导致不同的水文过程和水力特性，需要考虑不同的计算方法。

（2） 数据可用性和精度：规划片区外的数据获取和处理可能受到更多挑战。例如，监测站点的分布稀疏，数据质量的不确定性等。因此，模型的差异化使用可以基于可用数据的精确性和适用性。

针对这些差异，通过水文叠加的形式完成计算。该计算方法对于片区外和片区内的算法，可以将其水文结果叠加，以获得整体的水文情况。例如，可以利用片区外计算的流量、径流等信息作为片区内模型的入流条件，从而综合考虑整个流域的水文过程。

本文中的规划水系在进入规划区域前收集的是山洪汇水，进入规划区域内收集的为片区雨水，因此在计算水量时应根据水系所处的区域和产汇流方式分别计算水系设计排水水量。

a.规划区内水文计算

规划区域内水系实际上为城市雨水管网的主干通道，从产汇流方式上与城市雨水管网系统更为接近，可以比做为城市雨水主管，因此规划区域内水文计算模型参照雨水管渠，规划区内暴雨强度计算公式：

式中：q 表示规划区域内暴雨强度；P 表示暴雨重现期；t 表示暴雨历时。二根据《室外排水设计规范》以片区控规，设计暴雨重现期P 并确定综合径流系数 ψ。三根据上述参数计算出规划区内暴雨总流量，计算公式如下所示：

式中：Q 表示规划区域内总降雨量；F 表示规划区域内集雨面积。

b.规划区外水文计算

在进入规划区范围前，部分规划水系为山洪，因此产汇流方式应按照中小流域的河道模型进行计算，在规划水系区域外水文计算中，规划水系的起端为现状山洪冲沟末端，因此可通过计算各山洪冲沟末端洪水便可得到规划水系起端设计排洪流量。采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》推荐的推理法计算公式，适用于全面产流条件下的全面汇流和部分汇流两种情况，公式的形式为：

式中：α 表示洪峰流量系数；S 表示暴雨雨力，即最大1 小时暴雨量；τ 表示流域汇流时间；n 表示暴雨公式指数；A 表示集雨面积；i 表示最大平均暴雨强度。

c.计算结果

按照上述两种计算方法，将水系流量划分为涝水与洪水，涝水为片区内通过城市雨水管网系统排入水系的雨水；洪水为在规划区域外通过山洪冲沟收集后排入水系的山洪水，通过两部分流量的叠加耦合得到的结果如表1 所示。

表1 设计流量成果

2.4 年径流总量控制分析

本文在评估规划区年径流总量控制率时，计算得到的假设降雨历时为4 h，暴雨重现期分别为2 年、3年、5 年、8 年及10 年，具体信息如表2 所示。

表2 规划区降雨数据一览表

为验证文中上述内容设计的临江城市防洪排涝水系规划利用方案的正确性，在上述基础上，以年径流总量控制率为评估指标，计算公式如下所示：

式中：κ 表示年径流总量控制率；Q0表示规划区防洪排涝体系的外部出流量。

本章将进行规划前后城市年径流总量控制率的评估，根据评估结果来判断设计方案下的防洪排涝规划效果。根据我国临江城市防洪排涝水系规划要求可知，年径流总量控制率需达到Ⅳ区，也就是其范围为70%～85%。基于上述计算的降雨强度与降雨量，结合公式（4），分别计算出规划区在采用本文设计防洪排涝水系规划利用方案前后的年径流总量控制率，然后对统计结果进行对比，如图3 所示。

图3 规划区的年径流总量控制率

从图3 中可以看出，未对规划区进行防洪排涝水系规划利用时，城市的年径流总量控制率为40%～65%，不满足我国相关标准，而采用本文设计方案进行防洪排涝水系规划利用后，城市的年径流总量控制率为75%～88%，较规划前提升了23%～35%，且达到我国临江城市防洪排涝水系规划要求，由此可以说明，本文设计的防洪排涝水系规划利用方案是有效且正确的，可以降低临江城市的雨水径流并削减洪峰。

结束语

为了提高防洪排涝水系规划效果，从而增加防洪排涝能力，本文主要针对临江城市的防洪排涝水系规划设计进行了深入分析与研究，文中依托雅安市上位规划，将理论研究应用于实际案例中，对雅安市草坝区水系整体布局、防洪排涝体系的建设进行探讨，一是针对临江城市的内部水系防洪排涝问题及总体规划布局提出了有效的策略方法；二是针对不同产汇流方式的内部水系和外部水系的水分分析提供了计算模型的耦合与叠加；三是通过统计规划前后的年径流总量控制率来评估本文设计规划方案在城区径流控制的实际应用效果。本次研究可以为片区水系建设及其他项目建设的实施提供规划依据。