城市排涝计算方法研究

张 灏

（山西省水利水电勘测设计研究院，太原030024）

城市排涝计算方法研究

张 灏

（山西省水利水电勘测设计研究院，太原030024）

通过将《山西省水文计算手册》、GB/T50805—2012《城市防洪工程设计规范》、GB50014—2006《室外排水设计规范》中计算方法进行结合，论述了城市排涝的计算方法及计算过程，在城市防洪排涝设计过程中，可供城市管网、滞洪区域规模、最大排泄流量进行计算。

城市排涝；产流计算；管网排泄流量；水量平衡计算

1 排涝标准的确定

城市排涝设计应先确定城市排涝标准。目前我国涉及城市防洪标准的规范有：GB50014—2006《室外排水设计规范》2014版和GB/T50805—2012《城市防洪工程设计规范》。两者均为国家标准，但其对于城市内涝防治设计重现期的规定并不相同，主要原因是两者对于洪水历时选取不同。依据GB50014—2006《室外排水设计规范》2014版，洪水历时选取5～120min，而GB/T50805—2012《城市防洪工程设计规范》洪水历时选取1～3d，为水利部门采用。因此在设计过程中，会存在排涝标准不一致的情况。当两者暴雨重现期不一致时，宏观排涝工程规模依GB/T50805—2012《城市防洪工程设计规范》确定，而微观的城市管网排泄能力计算，则按照《室外排水设计规范》确定。此时城市内涝排泄体系可满足市政要求，在局部建筑物及人群密集地区选取高标准，亦可满足城市宏观排涝标准的统一。

2 城市排涝计算方法

城市排涝主要可划分为降雨产流阶段、内涝排泄阶段及蓄滞洪区承接阶段3个阶段，其中城市内涝洪水可直接排入江河则无需考虑蓄滞洪规模。以上3个阶段中，降雨产流阶段需进行内涝洪量计算，内涝排泄计算需确定内涝排泄过程，蓄滞洪区承接阶段需进行蓄滞洪规模计算。

2.1 城市内涝水量计算

城市内涝洪水水量计算可按照径流系数法进行产流计算，汇流计算可采用等流时线方法进行计算，当资料具备时也可采用流域模型法进行计算。

山西省目前采用 《山西省水文计算手册》（以下简称《手册》）方法进行计算。由于《手册》方法可推求净雨过程，因此可先用其进行计算，而后计算径流系数进行复核。

（1）首先按照《手册》提供的图集查出不同时长的特征雨量，并根据特征雨量值及下垫面产流条件进行产流计算。在产流计算中，根据《手册》对于城市化地区由于不透水面积加大，吸水率和导水率都会降低，建议降低使用表列变质岩灌丛山地数值。

（2）在产流计算完成后，由于城市内涝排泄受市政管网影响很大，不能采用《手册》中的汇流模型进行计算，故只以产流净雨过程，根据过程时段长，简化推求时段平均内涝过程线。

2.2 城市内涝排泄过程计算

城市内涝排泄过程计算分为两部分：一为管网排泄能力计算，二为城市排涝过程计算。

城区管网的最大排泄能力采用GB50014—2006《室外排水设计规范》中的雨水量计算公式。

雨水设计流量计算公式为：

式中 Qs为雨水设计流量 （L/s）；q为设计暴雨强度［L/（s·hm2）］；Ψ为径流系数，根据城区规划、道路状况、绿化率等因素综合确定；F为汇水面积（hm2）。

其中，q为依据经验公式求得的设计暴雨强度，与《手册》中的设计暴雨强度含义不同，计算公式因各地市而异。《手册》中的暴雨强度值分别统计了10min，60min，6h，24h，3d的暴雨强度，为实测暴雨等值线图；而GB50014—2006《室外排水设计规范》中的设计暴雨强度是在考虑管网长度、暴雨强度之后的一个经验公式计算值。两者含义完全不同。

根据城市管网最大排泄能力及时段平均内涝过程线，将城市模拟为一座水库进行洪水调节，推求城市内涝排泄过程线。城市管网泄出过程线最大泄流能力不超过管网最大排泄量。

其计算方法可按照水库静库容水量平衡方程式。

式中 I1、I2为Δt时段始、末入库流量（m3/s）；O1、O2为Δt时段始、末出库流量（m3/s）；V1、V2为Δt时段始、末水城市内涝水量（万m3）；Δt为计算时段（万s）。

3 蓄滞洪规模计算

蓄滞洪规模计算过程是根据城市内涝排泄过程及蓄滞洪区排泄能力进行洪水调节计算。通过假定不同的蓄滞洪区泄流能力，确定合理的滞洪区域及泄洪能力。计算方法亦按照水库静库容水量平衡方程进行计算。

4 计算实例

首先确定排涝标准，根据GB50014—2006《室外排水设计规范》确定城市部分密集区域排涝标准为50年一遇，根据GB/T50805—2012《城市防洪工程设计规范》确定城市整体排涝标准为20年一遇。

以山西省某城市排洪过程为例，根据城市集水面积及《手册》读图参数进行产流计算，计算成果如表1～表2。

表1 手册读图参数 单位：mm

表2 产流计算成果

在计算过程中产流地类按照变质岩灌丛山地数值降低30%采用。当计算得出净雨过程后，按照时段长度计算洪量，并计算时段内平均流量。

根据计算所得的洪水过程线，通过城市管网最大排泄能力进行泄流计算，该城市最大管网最大排泄能力为29.2m3/s。当时段平均流量小于管网最大泄流能力时，按照时段平均流量进行排泄，当平均流量大于管网最大泄流能力时，按照时段管网排泄能力进行排泄，多出部分累积至下一时段排泄。城市内涝排泄过程成果如表3。

表3 城市管网排泄流量过程线

最后根据城市排泄流量及假定的滞洪区域排泄流量，按照水量平衡计算，可确定滞洪区域大小，可计算多种方案，按照城市占地，工程投资等其他指标进行方案比选。

5 结语

通过将GB50014—2006《室外排水设计规范》、GB/T50805—2012《城市防洪工程设计规范》及《山西省水文计算手册》中关于城市内涝的计算方法融合贯通，并简单概化城市内涝过程线，最终通过水量平衡方程可确定城市排洪渠道、城市滞洪体系的规模，初步确定城市排涝工程规模的目的。

［1］山西省水利厅.山西省水文计算手册［K］.郑州：黄河水利出版社，2011.

［2］GB/T50805—2012，城市防洪工程设计规范［S］.

［3］GB50014—2006，室外排水设计规范［S］.

［4］山西省水利水电勘测设计研究院.太榆退水渠改扩建工程规划［R］.2015.

［5］本书编写组.水文水利计算［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

Urban drainage method research

ZHANG Hao
（Shanxi Hydroelectric Investigation,Design and Research Institute,Taiyuan 030024,China）

Through the combination of the calculation method in the Shanxi Province hydrology calculation manual， GB/T50805—2012 urban flood control engineering design specification， GB50014—2006 the outdoor drainage design specification，this paper discusses the calculation method and calculation process of urban drainage.It can be the reference for the calculation of city pipe network，detention basin scale and the maximum discharge flow to calculate in the process of urban flood control and drainage design.

urban drainage； runoff yield calculation；pipeline discharge flow； calculation of water balance

TU998.4

B

1672-9900（2015）06-0017-03

2015-08-25

张 灏（1981-），男（汉族），山西阳城人，工程师，主要从事工程水文及水资源规划工作，（Tel）13546390109。