萍乡市经济开发区城市防洪排涝水文分析

欧阳路

（江西省建洪工程监理咨询有限公司，江西 南昌 330000）

1 问题的提出

萍乡市随着城镇化进程的加快，下垫面条件随之改变，暴雨也成为威胁该市安全的主要自然灾害之一。

为此文中在运用新安江三水源模型计算城区产汇流的基础上，将该市开发区划分为农村圩区、城镇圩区及混合圩区并进行了各代表性圩区2010、2020及2025年排涝模数的计算，计算结果与《萍乡市“十四五”防洪规划文本》（2021-2025）十分接近，也为城区防洪排涝及水资源利用提供了参考依据。

2 计算方法

2.1 典型暴雨过程

在萍乡市城市防洪排涝水文计算前必须先在历史观测资料中选择典型降雨过程，根据城市排涝规划进行设计降水过程推算及产流估算，并据此计算城市排涝模数最小值。萍乡市经济开发区历次特大暴雨及水文过程中1998 年降水总量最大、强度最高，降雨特性与设计暴雨条件十分接近。所以选择该区域1998 年7 月21 日9 时至7 月22 日9 时为典型暴雨过程。根据该区排涝规划，必须推算出20年一遇点雨量；萍乡市站具备1971-2020年短历时雨量长系列统计资料，故以其为设计暴雨过程代表站，在计算出1、3、6、24 h 控制时段典型雨量缩放系数后，将1998年7月21日9时至7月22日9时的暴雨过程缩放为20年一遇设计暴雨过程。

2.2 产流估算

应用新安江三水源模型估算该区产流，并根据区域下垫面地理情况及水文，将其划分为若干单元，将所计算的各面积单元流量过程叠加后便得到整个区域预报流量过程。萍乡市经济开发区水文模拟过程中，产流为蓄满产流，水源分为地表水、壤中水及地下径流三种，汇流则分为河网汇流与坡面汇流两种。结合项目区下垫面条件，产流结果应为非耕旱地、水面、水田及城镇等下垫面之和。

2.3 排涝模数计算

项目区排涝计算时将圩区划分为城镇圩区、农村圩区及混合圩区，并将其中面积占比不足15%的城镇圩区归入农村圩区。

农村圩区排涝模数按下式计算：

式中：M1—圩区排涝模数设计值［m3/（s·km2）］；Rt—t 日暴雨对应涝水量（mm）；k—圩区可调蓄水面率（%）；ΔZ—圩区沟塘预计降水深（mm）；T—圩区排涝历时（d）。

城镇圩区地面径流主要通过管道排水系统排入河道内，在确定城镇圩区排涝模数时要求河道应能及时排出涝水，且在既有设计排水标准下不发生积水。

混合圩区则应用加权平均思想，根据农村圩区及城镇圩区占比及排涝模数值，得到综合排涝模数值，公式如下：

其中：M—综合排涝模数［m3/（s·km2）］；M2—城镇圩区排涝模数［m3/（s·km2）］；a1、a2—农村圩区面积及城市圩区面积占比（%）。

3 结果与分析

3.1 点雨量频率

萍乡市开发区站点雨量频率分布结果具体见图1。控制时段1h内降雨量期望值取41.50 mm、降雨量偏差系数取0.40、降雨量偏差系数与变差系数之比取二三十年一遇降雨量73.10 mm；控制时段3 h内降雨量期望值取56.20 mm、降雨量偏差系数取0.40、降雨量偏差系数与变差系数之比取二三十年一遇降雨量98.90 mm；控制时段6 h 内降雨量期望值取69.50 mm、降雨量偏差系数取0.40、降雨量偏差系数与变差系数之比取二三十年一遇降雨量122.30 mm；控制时段24 h 内降雨量期望值取101.30 mm、降雨量偏差系数取0.40、降雨量偏差系数与变差系数之比取二三十年一遇降雨量178.30 mm。

比较此站1、3、6、24 h 控制时段典型雨量和设计点雨量值得到相应的缩放系数分别取1.445、0.667、1.773和2.001。按照同频率缩放后可将该站1998 年7 月21 日9 时至7 月22 日9 时的典型暴雨过程缩放至20年一遇设计暴雨过程，并基于该24 h降水过程计算项目区产汇流。

3.2 产流计算

基于开发区20 年一遇24 h 设计点雨量值，将项目区划分为数个单元，结合各单元下垫面特征及产汇流规律计算产流及坡面汇流，其中面积最大的银马圩、回圩区、平原圩、城南圩四个单元24 h 设计暴雨产流计算结果见表1。根据表中产流计算结果可以看出，萍乡市开发区城镇化进程加快后区域下垫面随之改变，不透水路面增多、农田面积减少，各代表性圩区产流量均呈增大趋势，为此必须进行排涝模数的调整。

表1 面积最大的圩区单元24 h设计暴雨产流计算结果表 （单位：mm）

3.3 排涝模数

3.3.1 城镇圩区排涝模数

基于开发区20年一遇暴雨过程及城镇排水管道1年一遇排水能力，以0.70的径流系数进行产流计算，排涝模数应不低于24 h内涝水全部排出圩区河道的对应值，即2.14 m3/（s·km2）。圩区排涝模数见表2。根据表中结果，随着调蓄水面率的增大，当预计降雨深相同时排涝模数呈减小趋势；而当调蓄水面率相同时排涝模数取值随预计降雨深的增大而减小。

表2 城镇圩区排涝模数表 单位：m3/（s·km2）

3.3.2 农村圩区排涝模数

根据所得到的萍乡市开发区20年一遇24 h设计点雨量值以及采用其典型农业区产流模型所得到的20年一遇24 h暴雨入河径流系数，可得到相应的径流深折算结果为142.50 mm。结合该区域社会经济发展要求，公式（1）中按照自排考虑的t取1 d，T取2 d；如果采用机排方式，则排水泵站开机时间应为20 h/d，将泵站检修等过程考虑进去后，应将式（1）计算结果乘1.3的系数以得到最终排涝模数。为保证暴雨过程中圩区调蓄库容能及时腾空，沟塘所调蓄涝水量必须在3 d内彻底排出，并使圩区内河道水位均恢复至暴雨前水平。为此，农村圩区排涝模数应至少为0.89 m3/（s·km2）。针对不同可调蓄水面率及预计降水深度，应用式（1）便可得到农村圩区排涝模数。该市开发区农村圩区排涝模数与城镇圩区排涝模数变动趋势规律一致，但是农村圩区排涝模数取值略小于城镇圩区；这也说明，在城镇化建设引起天然径流排泄过程改变后，城镇圩区排涝应作为该市排涝规划的重点。

3.3.3 混合圩区排涝模数

根据所得到的该市开发区各典型圩区排涝模数及各圩区面积占比，应用式（2）可以得到该市开发区2025年混合圩区排涝模数取值3.18 m3/（s·km2），该值比《萍乡市“十四五”防洪规划文本》（2021-2025）所规定的排涝模数3.04 m3/（s·km2）略大。

4 结论

计算萍乡市开发区各典型圩区排涝模数得出，城市排涝模数取值主要受下垫面条件及水面率等因素影响，且计算结果也与《萍乡市“十四五”防洪规划文本》（2021-2025）基本吻合，计算结果可为萍乡市开发区各圩区防洪排涝提供指导借鉴。