浅谈城市排涝的计算方法

张功义

（安徽省六安市水利水电规划设计院 六安市 237000）

1 问题的提出

随着城镇化进程加快，城市排涝问题日益突出，特别是近年来北京、深圳等城市强降雨暴露出城市排涝能力不足等问题，已引起国家对城市排涝问题高度重视，国务院办公厅国办发〔2013〕23 号“国务院办公厅关于城市排水防涝设施建设工作的通知”中明确提出，用10年左右的时间，建成较为完善的城市排水防涝工程体系，住建部、水利部分别布置治涝规划的编制工作。城市治涝工程中一个核心问题是城市排涝的计算方法，目前有水利部门和住建部门两套计算方法，分属水利和住建两个部门，其行业标准和学科侧重不同，水利部门一般为长历时（24 h），城建部门为短历时（2 h），且两种方法计算成果差别较大，就目前而言，城市排涝是采用水利部门方法还是住建部门方法，国家及相关部门还没有明确规定，应根据排涝区具体情况，分析确定采用不同的方法，笔者结合自身工作实际，就城市排涝计算方法作一简要介绍。

2 城市排涝的标准

因城市排涝的计算方法不同，采用的排涝标准也不同，目前有水利部门和城建部门两套标准，水利部门采用的年最大24 h（长历时）暴雨重视期（24 h暴雨24 h 排出），一般为10～30年设计暴雨，特别重要城市也可取50年，根据住建部门最新的《室外排水设计规范GB 50014-2006》（2014年版），提出了城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期，均为短历时暴雨重视期，内涝防治设计重现期大于雨水管渠设计重现期。雨水管渠设计重现期一般为2～10年，特别重要的可达30～50年；城市内涝防治设计重现期一般为20～100年，不同的城市特别选用不同的标准。虽然上述两个部门的标准不同，但对城市排涝总的目标一致，即确保城市地面不被淹（地面积水15 cm 以内）。

3 城市排涝计算方法及适用条件

城市排涝首先应进行排涝分区，排涝分区划分主要根据现状排涝沟渠、承泄区及地形情况确定，对已完成城市排水规划的，可直接采用其排涝分区成果。城市排涝应根据各排涝区的情况分别确定不同的排涝计算方法。目前城市排涝区主要有两种情况。

3.1 排涝区由排水管渠直接排入承泄区

对排水管渠直接排入承泄区的排涝区，应选择住建部门计算方法，即采用住建部门室外雨水流量推理公式：Q=qΨF

式中 Q——雨水设计流量（L/s）；

q——设计暴雨强度（L/s/hm2）；

Ψ——径流系数；

F——汇水面积（hm2）。

设计暴雨强度计算公式如下：

式中 P——雨水管渠设计重现期；

t——降雨历时（nin）；

A1、C、n、b——均为参数，根据统计方法计算确定。

目前各市均有各自的暴雨强度公式，可直接采用。

这里需要注意的是，排涝区如面积较小（2 km2以内）可直接采用上述推理公式计算。但如果排涝面积超过2 km2，应采用数学模型法计算雨水设计流量。在初步规划阶段可将排涝面积较大的区域划分成较小的单元按雨水流量计算公式分块计算，最后进行叠加，这种叠加不是单一的峰值叠加，而是根据各个计算单元考虑汇流时间不同采用锋峰叠加。

3.2 排涝区或排水管渠先排入城市天然排水沟渠，再排入承泄区

排涝区或排水管渠先排入城市天然排水沟渠，再由天然排水沟渠通过排涝闸或排涝泵站，排入承泄区。这种排涝区究竟采用哪种计算方法，应根据排涝区面积及地形情况分别确定。

（1）排涝区面积较小（2 km2以内），且地形较平坦。可直接采用上述室外雨水流量推理公式，也可以采用水利部门的平均排除法（24 h 暴雨24 h 排出）。

平均排除法计算公式如下：

式中 M——设计排涝模数（m3/s/km2）；

ad、at——排涝区地面率、沟塘率，ad+at=1；

Rd——24 h 设计暴雨所产生的净雨（mm）；

P——24 h 设计暴雨（mm）；

E——沟塘水面蒸发量（mm）；

ht——沟塘蓄涝水深（mm）；

t——1 d 排水时间（22～24 h）。

（2）排涝区面积较小（2 km2以内），且地形条件为丘陵区。可优先采用水利部门计算方法中的各地区中、小面积设计洪水计算办法或水量平衡法，也可采用住建部门室外雨水流量推理公式。

关于中、小面积设计洪水计算方法各地都有具体计算办法，如安徽省有山丘区中、小面积设计洪水计算办法（简称84 办法）。

水量平衡法计算公式如下：

式中 Qt、qt——排涝区某时刻来水和排出流量（m3/s）；

Vt——排涝区某时刻蓄水容积（万m3）；

△t——时段（h）。

当max（Vt，t=1、2、3…）≠Vm时，则调整qt+1，进行试算，直至满足max（Vt，t=1、2、3…）＝Vm，此时所求的排涝流量Q=max（qt，t=1、2、3…）。

（3）排涝面积较大且地形平坦。优先采用水利部门计算方法中的综合单位线法或水量平衡法。若采用室外雨水流量推理公式，由于排涝面积较大，划分单元较多，由于多单元流量叠加可能造成干管设计流量或出口设计流量误差较大，应综合分析比较各种方法成果后确定最终成果。

综合单位线法计算公式如下：

式中 r（i）——第i 时段净雨量，n 为净雨时段数；

u（j）——第j 时段单位线，m 为单位线时段数。

综合单位线可查阅各省暴雨洪水图集或水文手册等。

（4）排涝面积较大的，地形条件为丘陵区。优先采用水利部门计算方法中的各地区中、小面积设计洪水计算办法，也可以采用水量平衡法。若采用室外雨水流量推理公式，由于多单元流量叠加可能造成干管设计流量或出口设计流量误差较大，应综合分析比较各种方法成果后确定最终成果。

（5）对老城区已建成雨水管网的区域。应直接采用上述室外雨水流量推理公式。原有的雨水管渠设计重现期较低，一般都在1～2年，应按新的《室外排水设计规范GB 50014-2006》（2014年版）提高设计重现期，重新复核排涝流量，但值得注意的是，如排涝区面积较大，应划分成若干个单元分块计算，然后错峰叠加。

关于城市排涝沟渠分段设计流量，可根据排涝沟渠汇水范围分块错锋叠加求得，出口排涝闸设计流量，采用排水沟渠末端设计流量。如排水沟渠出口需兴建排涝泵站，应考虑排涝沟渠及其它蓄水区的调蓄作用，采用水量平衡法进行调节计算，求得排涝泵站设计排涝流量，一般排涝泵站排涝设计流量均小于排涝闸设计流量。

如安徽省六安市为省辖市，城区规划面积120 km2，城区汇水面积196.08 km2，在编制六安市防洪排涝规划时，根据地形特点及水系分布共划分为9个排涝区，每个排涝区又划分若干个单元，根据各排涝区情况，分别采用不同的计算方法，计算排涝流量，如附表所示。

附表 溢洪道各级库水位下泄流量试验值

六安市防洪排涝规划已通过安徽省水利厅组织的专家评审，目前正在按规划分期实施排涝工程，部分排涝泵站及排涝涵闸已建成投产，并发挥效益。

4 结语

以上简要介绍了城市排涝的各类计算方法，一般来说，住建部门的室外雨水流量推理公式计算方法，适用于排涝面积小于2 km2排涝区。但值得注意的是，暴雨强度公式应尽量使用本城市的，且过去的各市的暴雨强度公式一般都是采用年多次暴雨也称年多个样法分析统计求得，目前城市雨水管渠设计重现期均提高到2年以上，应采用历年暴雨年最大值法，重新修订暴雨强度公式。

目前水利部门适用城市排涝的计算方法主要有平均排除法、综合单位线法、水量平衡法和各地区中小面积设计洪水计算办法。平均排除法主要用于排涝面积较小的且地形平坦的排涝区，该方法计算过程较简单，在采用平均排除法时，对自排的排涝涵闸一般不考虑沟塘及水面调蓄作用，对抽排泵站应充分考虑沟塘及水面调蓄作用，避免排涝泵站装机偏大而造成不必要的浪费；综合单位线法适宜排涝区地形平坦且排涝面积较大的区域；水量平衡法对各种类型排涝区均可采用，但对有沟塘调蓄排涝区，该方法计算成果更精确。各地区中小面积设计洪水计算办法主要用于地形为丘陵地貌，有天然的排水沟渠的排涝区。对同一排涝区可采用多种方法计算的，应对每种计算方法成果进行对比分析，分析中重点考虑本市及周边地区已建排涝工程实际运用情况，合理选定。实际工作中用综合单位线法、中小面积设计洪水计算办法计算的设计流量均为洪峰流量，如确定排涝闸及排涝泵站等建筑物设计流量时应适当进行削峰处理，避免设计流量偏大造成不必要的浪费。