撫州市孝義港下游段整治改造工程設(shè)計(jì)排澇流量確定

蔣小寶

(新余市水利電力建筑工程有限公司，江西 新余 338025)

1 概 述

城市內(nèi)澇已經(jīng)成為影響城市發(fā)展、居民生產(chǎn)生活安全的災(zāi)害之一。我國每年都有較多的城市發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1-3]。因此，對(duì)城市內(nèi)澇采取治理措施是十分重要的。確定合理的設(shè)計(jì)排澇流量對(duì)排澇工程設(shè)計(jì)的合理性有較大影響[4-6]。目前，較為常用的排澇流量確定方法主要包括徑流系數(shù)法、降水扣損法等。結(jié)合撫州市孝義港下游段整治改造工程實(shí)例，采用不同方法對(duì)排澇流量進(jìn)行確定，為工程設(shè)計(jì)提供參考。

2 澇區(qū)基本情況

中洲堤內(nèi)現(xiàn)狀澇水以自排為主。孝義港流域內(nèi)部分地勢低洼，區(qū)域內(nèi)澇水主要由堯家咀閘、汪家閘、韓家閘等4座自排閘及5座自排穿堤涵管排出。中洲堤為一閉合圩堤，堤線全長31.12 km，圩堤堤內(nèi)面積24.14 km2。當(dāng)撫河高水位，中洲堤內(nèi)澇水無法自排出去時(shí)，中洲堤內(nèi)澇水由斗門電排站、中洲圍電排站及汪家電排站電排出去。區(qū)域內(nèi)有3個(gè)電排站，排澇總面積24.14 km2，本次工程主要對(duì)斗門電排站進(jìn)行改建。

在中洲圩內(nèi)自孝橋鎮(zhèn)建成區(qū)以下，雨水首先進(jìn)入孝義港孝橋鎮(zhèn)西側(cè)的人工渠段，然后沿上堯坊、下堯坊北行，在嶺上楊家南面進(jìn)入主排水渠向西，行至西鄧村東面時(shí)，分為兩支：一支為天然主渠向北行，經(jīng)喻家村、湖田湯、菱湖辛南等地流向下游的中洲電排站、饒家嘴自排閘等地；另一支為人工渠向西偏北流向斗門電排站。所以，本次所分析的排水范圍為斗門電排站以上匯入各渠段雨水所形成的澇水。按1∶1萬地形圖量算結(jié)果，本期工程所涉范圍的集雨面積為11.6 km2。其中，水田、水面面積約為7.8 km2(約為總面積的1/3)，其余為道路、街區(qū)、旱地面積約為3.8 km2。

3 設(shè)計(jì)排澇流量

3.1 澇區(qū)設(shè)計(jì)凈雨量

由表1可知，P=10%年最大三日設(shè)計(jì)暴雨為241.3 mm，P=10%年最大一日設(shè)計(jì)暴雨量為146.2 mm。

凈雨量計(jì)算一般采用兩種方法：①徑流系數(shù)法；②降水扣損法。

3.1.1 徑流系數(shù)法計(jì)算凈雨量

根據(jù)江西省特點(diǎn)，3-7月份系江西省雨季，4-6月份為主汛期，根據(jù)鄱陽湖區(qū)水雨情特點(diǎn)，也將主排澇期定于4-7月份。在主汛期，一般在最大一日暴雨或最大三暴雨發(fā)生之前，下墊面的含水量都較大，因此造成降水產(chǎn)流量也較大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，年徑流系數(shù)一般在0.50～0.60間，而汛期一次性暴雨的徑流系數(shù)最大可達(dá)0.90左右，最大三日降水可在0.78～0.88間取值。

綜合分析，本次最大一日、最大三日暴雨的徑流系數(shù)均按0.84取值，由此求得P=10%頻率下相應(yīng)的凈雨量分別為122.8和202.7 mm。

3.1.2 降水扣損法計(jì)算凈雨量

區(qū)域內(nèi)降水發(fā)生的損失主要有蒸發(fā)、下墊面截留、下滲等幾部分。

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，主汛期降雨日蒸發(fā)量一般在2～6 mm。本次按3 mm/d計(jì)，則一日蒸發(fā)量為3 mm，三日蒸發(fā)量為9 mm?？鄢舭l(fā)后，P=10%最大一日、最大三日的雨量分別為143.2和232.3 mm。

下墊面的截留和下滲量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，最大三日降水在水田、養(yǎng)殖水面(統(tǒng)稱水面)中按50 mm計(jì)，旱地、街區(qū)等(統(tǒng)稱陸地)按15 mm計(jì)。而最大一日暴雨對(duì)應(yīng)的截留量，水面、陸地分別按25和10 mm計(jì)。

本期工程排澇區(qū)域水面面積約占2/3，陸地面積約為1/3。降水扣損法凈雨量計(jì)算過程見表1。

表1 降水扣損法凈雨量計(jì)算過程與成果表

3.1.3 凈雨量采用成果

根據(jù)上述分析結(jié)果，兩種方法計(jì)算所得的最大一日凈雨量基本一致，最大三日凈雨量相差僅4%。因此，本次設(shè)計(jì)凈雨量擬取徑流系數(shù)法成果，即P=10%最大一日凈雨量為122.8 mm，最大三日凈雨量202.7 mm。

3.2 設(shè)計(jì)排澇流量

本期工程排澇片區(qū)集水面積11.6 km2。排澇區(qū)內(nèi)以農(nóng)村面積為主，上游地區(qū)為孝橋鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，人口較密集。泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要按10年一遇最大3日暴雨3日排至不淹重要設(shè)施；同時(shí)，也要考慮上游孝橋鎮(zhèn)人口密集區(qū)的具體情況，在考慮按上述標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也考慮最大一日暴雨所形成排澇流量，對(duì)于有關(guān)涉水建筑物過水能力的影響。

據(jù)分析，本期工程排澇區(qū)內(nèi)的來水量主要由降水、堤外滲入、人類活動(dòng)廢污水排放等3部分組成。

中洲圩已經(jīng)通過除險(xiǎn)加固處理，堤防的防滲效果較好，從外河滲入堤內(nèi)的水量有限，本次可忽略不計(jì)。

本期排澇范圍內(nèi)上游區(qū)是孝橋鎮(zhèn)，人口較密，也有眾多機(jī)構(gòu)、企業(yè)等；同時(shí)也存在一些散居農(nóng)戶。經(jīng)調(diào)查，在人口聚居區(qū)的居民生活排水以及機(jī)構(gòu)與企業(yè)的污水排放，均按城區(qū)規(guī)劃進(jìn)行截污收集，交由污水處理廠進(jìn)行處理?？梢?，區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)的污水不進(jìn)入雨水管線，因此也不納入本次的排水總量中。

因此，本期工程所要考慮的排水水量，僅需考慮雨水水量的排出。

依據(jù)上述分析所得的凈雨量，來水面積按11.6 km2計(jì)，由此求得最大一日暴雨的產(chǎn)水量為142.5×104m3，最大三日暴雨的產(chǎn)水量為235.1×104m3。

考慮到排澇機(jī)組、電力供電等所有不確定因素，按一般經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組日運(yùn)行小時(shí)數(shù)取22 h。依此計(jì)算，得到最大一日暴雨、最大三日暴雨對(duì)應(yīng)的時(shí)段平均流量分別為18.0和9.90 m3/s。

在工程改造時(shí)，斗門電排站擬按9.90 m3/s考慮。對(duì)應(yīng)最大一日暴雨的排澇流量為18.0 m3/s，在工程布置時(shí)，考慮讓主渠進(jìn)行適當(dāng)分流。

4 施工洪水

按照施工組織設(shè)計(jì)要求，施工設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇。根據(jù)撫河枯水期洪水特性及施工設(shè)計(jì)安排，確定施工期為10月份至次年2月份。

施工期存在防洪與排澇兩項(xiàng)任務(wù)。施工期防洪主要指斗門電排站施工時(shí)受外河(即撫河干流)的洪水位的影響；施工排澇是指圩內(nèi)降水所形成的澇水流量。因此，分別對(duì)外洪、內(nèi)澇兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算。

4.1 施工期防洪

根據(jù)“五河”治理報(bào)告撫河篇的成果，施工期時(shí)段與本項(xiàng)目同期，即為10月份至次年2月份，洪水標(biāo)準(zhǔn)也同為P=20%。

因此，斗門電排站施工期設(shè)計(jì)外水位擬直接采用“五河”治理報(bào)告的水面線成果，經(jīng)插值計(jì)算，可求得斗門電排站所在斷面撫河P=20%的設(shè)計(jì)洪水位為33.80 m。

4.2 圩內(nèi)施工期排澇

在目前情況下，全省沒有任何一處水文測站所控制范圍的地形及下墊面情況與本工程所在區(qū)域相似。所以，本工程區(qū)內(nèi)的施工期來水量，無法采用實(shí)測流量進(jìn)行分析計(jì)算。

工程區(qū)系平原地形，雨水的產(chǎn)匯流過程較為緩慢，大雨發(fā)生后，一般不會(huì)形成“高而尖”的洪水過程。對(duì)于此類地形的區(qū)域大雨所成形的徑流的描述，常見方式為分析“總產(chǎn)水量”的大小。

根據(jù)撫河枯水期洪水特性及施工安排，確定施工期為10月份至次年2月份，采用不跨期、獨(dú)立選樣法求得施工期最大一日暴雨，P=20%最大一日暴雨為60.6 mm。

采用徑流系數(shù)法計(jì)算相應(yīng)的產(chǎn)水量，徑流系數(shù)采用與最大暴雨產(chǎn)水量一致的0.75。本期工程對(duì)應(yīng)的集雨面積為11.6 km2，由此求得相應(yīng)的產(chǎn)水量為52.7×104m3，對(duì)應(yīng)的日均流量為6.10 m3/s。

有關(guān)成果詳見表2。

表2 施工期廖家灣站10月份至次年2月份最大一日暴雨頻率計(jì)算成果表

5 結(jié) 論

為了改善撫州市孝義港下游片區(qū)防洪排澇現(xiàn)狀，降低洪澇災(zāi)害對(duì)城市運(yùn)行的影響，擬采取工程手段進(jìn)行治理。合理確定設(shè)計(jì)排澇流量是保證工程設(shè)計(jì)安全、合理的前提，因此采用徑流系數(shù)法、降水扣損法兩種方法分別計(jì)算。結(jié)果表明，徑流系數(shù)法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況較為切合，其計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)排澇流量?？紤]到施工期在10月份至次年2月份之間，利用該方法確定施工期洪水特征，可為施工安全預(yù)警提供參考。