排涝模数计算
排涝模数计算方法分析评价
排涝模数计算方法分析评价作者：王凤瑞王慧来源：《人民黄河》2018年第03期摘要：排涝模数的确定对于确定排涝工程布局和规模具有重要的指导意义。
以黑龙江省东部的三江平原宝清挠力河涝区和穆棱河涝区为例，根据涝区下垫面条件进行产流计算，分别采用排模公式法和平均排除法计算不同排涝标准下的排涝模数，并分析比较两种计算方法的计算结果。
结果表明：随着重现期的变长，排水流量和排涝模数越来越大。
对于旱田，两种方法计算结果相差较小，而且面积越小，排涝模数相差越小，平均排除法的计算结果总体大于排模公式法的；对于水田，两种方法计算结果差别较大，且面积越小，相差越大。
关键词：排涝模数；排涝标准；排模公式法；平均排除法中图分类号：TV131 文献标志码：A doi：10.3969/ j.issn.1000-1379.2018.03.034涝灾是一种地域性广泛的自然灾害，影响巨大，尤其给农业生产带来巨大损失。
排涝工程可有效保障社会经济安全，计算排涝模数是确定排涝工程布局和规模的重要环节川。
目前，国内外专家学者对排涝计算方法进行了大量研究，并取得一些成果。
如意大利、希腊、法国和西班牙等国家广泛使用连续法、运动法和综合流量过程法，我国主要易涝平原区自排采用的方法有平均排除法[2-3]、排模公式法[4-5]、单位线法[6]、总人流槽蓄法、水量平衡法[7-8]、推理公式法[9]等。
水网地区面积较大的排水区一般采用水量平衡法和水力学模型法。
排涝模数大小受当地的气候、地形条件、河流水系及其排水方式、排涝标准、计算方法和参数及湖泊、水面调蓄能力等因素影响，各省之间、省内不同地区之间差异很大。
自排计算方法中排模公式法在淮河以北平原地区广泛使用，平均排除法一般用于面积较小的排水区，水量平衡法和模型法一般在水网地区和有调蓄湖泊的排涝圩区使用，有些省、市使用综合单位线法或推理公式法计算排涝模数。
抽排中使用比较多的方法为平均排除法和水量平衡法，但平均排除法中降水时段、排出时间等参数各省差别较大。
排涝模数法
排涝模数法
排涝模数法（MOD）是指利用模数（通常为一个素数）进行
计算的一种算法。
主要应用在数论中的同余运算和模运算，能高效地处理大数运算问题。
排涝模数法的基本思想是，将大数表示成模数的形式，利用模数的特性来简化运算。
具体步骤如下：
1. 将大数按照模数的位数进行拆分，形成若干个小数。
例如，对于求解A+B的运算，可以将A、B分别拆分成a1, b1、a2,
b2、...、an, bn的形式。
2. 对每个小数进行模数运算。
例如，a1, b1分别除以模数得到
x1, y1，即x1 = a1 % MOD, y1 = b1 % MOD。
这样，原来的运
算可以转化为x1+y1的运算。
3. 对x1, y1的运算结果再次进行模数运算。
如果结果大于模数，可以使用模运算将其转化为小于模数的数。
例如，如果
x1+y1 > MOD，那么(x1+y1) % MOD就是运算结果。
4. 将所有运算结果相加，再次进行模数运算。
如果结果大于模数，重复第3步，直到结果小于模数。
通过排涝模数法，可以将大数运算拆分为小数运算，大大简化了计算复杂度。
同时，排涝模数法还能解决大数相乘、求余、取模等问题，是一种非常实用的算法。
排涝模数计算
附录C 排涝模数计算时间：2006-11-03 来源： 作者：排涝模数主要与设计暴雨历时、强度和频率、排涝面积、排水区形状、地面坡度、植被条件和农作物组成、土壤性质、地下水埋深、河网和湖泊的调蓄能力、排水沟网分布情况和排水沟底比降等因素有关，可根据排水区的具体情况分别选用下列公式计算。
C.0.1 经验公式法。
平原区设计排涝模数经验公式：q ＝KR m A n （C.0.1）式中 q ——设计排涝模数 （m 3/s ·km 2）；R ——设计暴雨产生的径流深 （mm ）； A ——设计控制的排水面积 （km 2）；K ——综合系数 （反映降雨历时、流域形状、排水沟网密度、沟底比降等因素）；m ——峰量指数 （反映洪峰与洪量关系）；n ——递减指数 （反映排涝模数与面积关系）。
K 、m 、n 应根据具体情况，经实地测验确定。
C.0.2 平均排除法。
1 平原区旱地设计排涝模数计算公式：（C.0.2-1）式中 q d ——旱地设计排涝模数 （m 3/s ·km 2）；T ——排涝历时 （d ）。
2 平原区水田设计排涝模数计算公式：（C.0.2-2）式中 q w ——水田设计排涝模数（m 3/s ·km 2）；P ——历时为T 的设计暴雨量 （mm ）；h 1——水田滞蓄水深 （mm ）；E T ′——历时为T 的水田蒸发量 （mm ）；F ——历时为 T 的水田渗漏量 （mm ）。
3 平原区旱地和水田综合设计排涝模数计算公式：（C.0.2-3） 式中 q p ——综合设计排涝模数 （m 3/s ·km 2）；A d ——旱地面积 （km 2）；A w ——水田面积 （km 2）。
4 圩区内无较大湖泊、洼地作承泄区时的设计排涝模数计算公式：（C.0.2-4）式中 q j ——泵站向外河机排的设计排涝模数 （m 3/s ·km 2）；A ——排水区总面积 （km 2）；h 2——河网、沟塘滞蓄水深 （mm ）；A 2——河网、沟塘水面面积 （km 2）；h 3——旱地及非耕地的初损与稳渗量 （mm ）；A 3——旱地及非耕地面积 （km 2）；E w ——历时为T 的水面蒸发量 （mm ）；A 1——河网、沟塘及水田面积 （km 2）；t 1——水泵在d 内的运转时间 （h ）。
排水模数计算
5.4.3.2排涝模数排涝模数主要与设计暴雨历时、强度和频率、排涝面积、排水区形状、地面 坡度、植被条件和农作物组成、土壤性质、地下水埋深、排水沟网分布情况和沟 底比降等因素有关，考虑项目区的实际情况，故采用平均排除法计算排涝模数。
水田区：0 = .3田—E-f水86.4 x T式中：q 水一水田设计排涝模数（ m 3/s/km 2）；P 3一历时为三日的设计暴雨量（mm ）,取P 3=183mm ； E 一历时为T 的水田蒸发量（mm ）,取E=6mm/dx5=30mm ； f —历时为T 的水田渗漏量（mm ），取f=2 mm/dx5=10mm ； h 田一水田滞蓄水深（mm ），取h 田=30mm ； T 一排涝历时（d ）,取T=5d 。
计算结果：q =183- 30 -30T 0=0.26m 3/s/km 2水 86.4 x T5.4.3.3排渍模数排渍模数涉及降雨、蒸发、土壤性质、水文地质、排水工程状况以及农作物 耐渍能力等因素。
设计排渍模数均采用雨后（或灌水后）地下水从高水位降至设 计排渍深度的平均排渍模数公式:式中：q 渍一设计排渍模数（ m 3/s/km 2）；计算公式：q渍 103 p H86.4 x Tp —土壤给水度，取p =0.025 ；H —地下水位设计降低深度（m ）,取H 水=0.6m ； T —排渍历时（d ）, T 水=3d 。
计算成果:5.4.3.4排冰沟设计流量本次排水沟设计排水流量以排涝流量控制，排涝流量参考《土地开发整理规范》，设计排涝流量采用平均排除法计算，其公式如下：Q = q x F式中：Q 一排水沟设计流量（m 3/s ）F 一排水沟控制面积（km 2 ）q 水涝=0.26 m 3/s/km 2 ； q 水渍=0.058 m 3/s/km 2。
表5.4.3-1项目区排水设计流■计算成果表103 x 0.025 x 0.686.4 x 3=0.058 m 3/s/km 2。
排涝流量计算
5.4 治涝工程 5.4.1治涝标准排水闸及排涝涵闸等建筑物的设计防洪标准与堤防工程防洪标准相同，按20年一遇洪水标准设计。
排涝标准为十年一遇最大24小时暴雨一天排干。
5.4.3 设计排涝流量根据排水片区集雨面积，设计排涝流量采用排涝模数经验公式法计算确定，n mp F R K q ⨯⨯=F q Qp ⨯=式中：q ——设计排涝模数(m 3/s·km 2)；K ——综合系数（反映河网配套程度、排水沟坡度、降雨历时及流域形状等因素），参考有关资料，取K=0.017；Rp ——设计暴雨量(mm)，本工程24小时点雨量查广东省水文图集得H 24=110mm ，C V24=0.40，查皮尔逊III 曲线得：P=10%时，Kp=1.535，则Rp =H 24p =Kp ×H 24＝1.535×110=169mm ；F ——控制排水集雨面积（km 2）,引连干渠集雨面积0.415 km 2； m ——峰量指数（反映洪峰与洪量的关系）参考有关资料，取m=1.0；n ——递减指数（反映排涝模数与面积的关系）；参考有关资料，取n=-0.238Qp ——设计排水流量(m 3/s)；计算结果如下表：表5-6 排涝设计流量计算表本工程根据试算法求相应溢流水深的溢流量，采用自由式堰流流量公式计算：230MbH Q ε=bH 02.01ξε-= 式中：ξ ——为约束系数，按入口直立边缘的形状而定，本设计采用圆弧形，采用7.0=ξ；M ——第二流量系数，g M 2m =，对于曲线形断面堰第一流量系数m 可采用0.45，则M=0.45×4.43=2.0；b ——计算断面的宽度，本工程b 分别取25m 和8m ；0H ——计入行进流速水头，按公式gV H H 2200α+=计算，α采用 1.0，()P H b QA Q V +==00，P 为最大陂高即1.5m 。
假定一系列陂顶过水深H 值，根据上述公式算出相应的溢流量1Q ，如表5-1、表5-2。
排涝标准
淮北地区除涝水文计算及排涝标准一、水文计算方法我省淮北地区除涝水文计算，历来均以由设计暴雨通过产、汇流推算的方法为主。
由于观测资料的逐年增加，暴雨统计参数、降雨径流关系的变化，以及面上河沟开挖后汇流条件改变等原因，虽计算方法基本未变，但具体数据有几次变动。
1、初期水文计算办法。
1957年以前，淮北平原坡水区设计排水率计算，分小面积沟洫与河道两种。
凡流域面积在100km2以下的水流，作沟洫处理，其设计排水率按一天暴雨两天排出计算。
流域面积在100km2以上的水流，其设计洪水采用由暴雨推求径流的方法，洪峰流量过程采用斯奈德法单位线计算。
由于计算方法还不够成熟，这一时期的水文帐偏低，当时计算的五年一遇排模比现在三年一遇的排模还小。
2、“淮北坡水区设计洪水计算办法”。
1957年淮委设计院提出“淮北坡水区设计洪水计算办法”，根据综合单位线制定设计排模计算公式为：Q F=cRF-n，并建议当F＝100～500 km2时，c＝0.027，n＝0.3；当F＝500～10000 km2时，c＝0.012，n＝0.13。
后为了便于同其他方法比较，又将n值固定为0.25，允许有一些误差定线，得出各级面积的c值为：F＝100～1000 km2时，c＝0.0215；F＝1000～5000 km2时，c＝0.023；F＝5000～10000 km2时，c＝0.025。
3、“五省一市规划水文对口意见”。
1961年9月，水电部提出“五省一市规划水文对口意见”。
该办法具体内容不详，但计算结果与其以后的计算办法相比，明显偏小。
4、“沱河地区除涝规划排水模数计算报告”。
1963年10月，水利水电科学研究院及北京设计院共同编制了“沱河地区除涝规划排水模数计算报告”（以下简称“1963年二院成果”），对本地区由暴雨间接推算设计排水模的各个环节，进行了较全面的分析（资料用到1962年），并提出了各项数据的采用意见，该成果是其后计算办法的基础。
排涝模数和排涝流量的计算
排涝模数和排涝流量的计算排涝是指通过合理的排水系统，将积水排除，防止水涝对城市和农田造成破坏。
在排涝系统设计和规划中，排涝模数和排涝流量是两个重要的计算指标。
排涝模数是指单位时间内排涝系统所能排除的水量。
通常以毫米/小时（mm/h）为单位。
计算排涝模数需要考虑降雨强度和排水系统的排水能力。
降雨强度可以通过气象数据或历史降雨记录获得，而排水系统的排水能力则需要根据实际情况进行测量或估算。
排涝模数的计算公式如下：排涝模数 = 排水系统的排水能力 / 降雨强度排涝模数的计算结果可以用来评估排涝系统的排水能力是否足够。
如果排涝模数较小，意味着排水系统的排水能力相对较低，可能无法及时将降雨水排出，从而导致积水。
因此，在排涝系统设计中，需要根据当地的气候特点和预测的降雨情况，合理确定排涝模数的要求，并确保排水系统能够满足这一要求。
排涝流量是指单位时间内通过排水系统的水流量。
通常以立方米/秒（m³/s）为单位。
排涝流量的计算需要考虑排水系统的管道尺寸、水位差和水流速度等因素。
排涝流量的计算公式如下：排涝流量 = 管道横截面积× 水流速度在计算排涝流量时，需要确定排水系统中各个管道的横截面积和水流速度。
横截面积可以通过测量管道的尺寸得到，而水流速度可以通过流速计或流量测量仪器进行测量。
排涝流量的计算结果可以用来评估排水系统的排水能力是否足够。
如果排涝流量超过了排水系统的承载能力，就可能导致管道堵塞或水流溢出，从而无法有效排水。
在实际的排涝系统设计中，需要综合考虑排涝模数和排涝流量两个指标，并根据实际情况进行调整和优化。
排涝模数和排涝流量的计算结果可以作为设计依据，用于确定排水系统的尺寸、管道布局和排涝设施的配置等。
排涝模数和排涝流量是排涝系统设计和规划中重要的计算指标。
通过准确计算和评估排涝模数和排涝流量，可以确保排水系统具备足够的排水能力，有效预防水涝灾害的发生。
在实际的排涝项目中，需要充分考虑当地的气候特点和降雨情况，并进行合理的设计和规划，以确保排涝系统的可靠性和安全性。
排涝模数计算
附录C 排涝模数计算时间：2006-11-03 来源：作者：排涝模数主要与设计暴雨历时、强度和频率、排涝面积、排水区形状、地面坡度、植被条件和农作物组成、土壤性质、地下水埋深、河网和湖泊的调蓄能力、排水沟网分布情况和排水沟底比降等因素有关，可根据排水区的具体情况分别选用下列公式计算。
C.0.1经验公式法。
平原区设计排涝模数经验公式：q＝KR m A n （C.0.1）式中 q——设计排涝模数（m3/s·km2）；R——设计暴雨产生的径流深（mm）；A——设计控制的排水面积（km2）；K——综合系数（反映降雨历时、流域形状、排水沟网密度、沟底比降等因素）；m——峰量指数（反映洪峰与洪量关系）；n——递减指数（反映排涝模数与面积关系）。
K、m、n应根据具体情况，经实地测验确定。
C.0.2平均排除法。
1平原区旱地设计排涝模数计算公式：（C.0.2-1）式中 q d——旱地设计排涝模数（m3/s·km2）；T——排涝历时（d）。
2平原区水田设计排涝模数计算公式：（C.0.2-2）式中 q w——水田设计排涝模数（m3/s·km2）；P——历时为T的设计暴雨量（mm）；h1——水田滞蓄水深（mm）；E T′——历时为T的水田蒸发量（mm）；F——历时为T的水田渗漏量（mm）。
3平原区旱地和水田综合设计排涝模数计算公式：（C.0.2-3）式中 q p——综合设计排涝模数（m3/s·km2）；A d——旱地面积（km2）；A w——水田面积（km2）。
4 圩区内无较大湖泊、洼地作承泄区时的设计排涝模数计算公式：（C.0.2-4）式中 q j——泵站向外河机排的设计排涝模数（m3/s·km2）；A——排水区总面积（km2）；h2——河网、沟塘滞蓄水深（mm）；A2——河网、沟塘水面面积（km2）；h3——旱地及非耕地的初损与稳渗量（mm）；A3——旱地及非耕地面积（km2）；E w——历时为T 的水面蒸发量（mm）；A1——河网、沟塘及水田面积（km2）；t1——水泵在d内的运转时间（h）。
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排涝模数计算
1、排涝标准：5年一遇，24h 降雨1.5d 排出。
查《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（河南省水利勘测设计院 一九八四年十月）中图11《河南省最大24小时点雨量均值图》得：最大24h 点雨量均值H 24=115.00 mm ；
图12《河南省最大24小时点雨量离差系数图》得：C v =0.617 ；
2、偏态系数 Cs= 3 . 5Cv ，查19页《皮尔逊Ⅲ形曲线的模比系数K p 值表》得模比系数K p =1.36 ；
3、按5 年一遇标准24 h 降雨量P 20% =K p ·H 24=156.23mm ；
4、查《山区丘陵区将于径流关系曲线图》表，前期影响雨量I max =40,期影响雨量P a =0.55I max =22.00mm ，
5、P 20% +P a = 178.23 mm ，查图25《河南省山区丘陵区将于径流关系曲线图》得径流深R=118.2 mm
6、按5年一遇，24 h 降雨1.5d 排出的排涝标准，排涝模数采用平均排除法，就是按排水面积上的设计径流深在规定排水时间内平均排除的要求计算排涝模数，其计算公式为：
==6Tt
.3R q p 0.91 式中：q p ——排涝模数，m ³/s/km²；
R ——设计径流深，mm ；
T ——规定的排水天数，T=1.5 d ；
t ——每天排水时间，对于自流排水，t= 24 h 。