10. 排涝水文计算

i＝ 18（1＋0.9LgT）/（t＋15）0.8
求2年一遇的设计暴雨过程。
（1）取计算时段为5min，由暴雨公式式计算得 5,10，… , 60min共12个历时平均雨强i，列第（1）、
（2）栏；
（2）计算各历时降雨总量P＝it，列第（3）栏；
（3）由第3栏中各相邻历时雨量之差推求时段
雨量Δ Pj＝Pj －Pj （5）两栏； （4）查地区手册得r＝0.45，由0.45×12＝5.4可 知，雨峰位于第6时段，按单峰暴雨过程确定时段
特性、土壤含水量、地下水埋深等特性有关。因此， 在选用径流系数时，必须视具体情况而定。
市政部门常用的暴雨公式形式为：
i＝ 167A（1＋C LgT）/（t＋B）n
式中, T — 重现期，年；
i — 平均雨强，L／（s·hm2）； A、B、C、n — 暴雨公式的参数。
表9 － 3
城市名称 北京 天津 石家庄 太原 包头 哈尔滨 长春 吉林 沈阳 济南 南京 合肥 杭州 南昌
涝流量，m3/s；F为排涝面积，km2。
三、圩（垸）排涝模数计算
R Z M 3.6 KT
式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；R为t日暴雨
产生的涝水总量，mm；α为圩内水面率；ΔZ为圩
内沟渠预降水深，mm；K为日开机时间，h/d；T为
排涝天数，d。
四、区域排涝模数计算
M=CRmFn
二、排水管网设计流量计算
市政部门习惯采用公顷（hm2），升（L），分
钟（min）作为面积、水量、时间的基本单位。推求
管道设计流量的推理公式形式：
Qp ＝ a ip F
式中：Qp — 设计洪峰流量，L／s
a — 径流系数
ip — 集流时间内平均雨强，L／s·hm2
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在城市区域，下垫面各处差别很大，径流系数 也各自不同。平均径流系数计算公式
（1）运动波法公式
tc＝1.359 L0.6 n0.6 i－0.4 J－0.3
式中，L — 坡面流长度，m；
n — 地面糙率； i — 降雨强度，mm／min； J — 地面平均坡度。
（2）机场排水公式
tc＝ 0.703（1.1－a）L0.5 J－0.333
式中，a — 径流系数。
（3）SchaaKe公式
洪峰的目的。工程要结合水资源开发、发电诸方面综合
考虑； 4．在城市上游建造分洪区分洪。减缓稀遇大洪水对
下游城市的威胁。
（二）排水工程措施
城市排水主体工程是管渠排水系统，将
城区雨洪尽快排出。全面解决城市雨洪问题， 应结合各城市具体情况，采取综合治理措施
来减小、延缓和调节城市雨洪，削减洪峰和
减少洪量。
P＝ atp /（t＋b）n
（二）设计暴雨过程拟定
1．典型分配：选用实际的暴雨过程作为典型， 经同倍比或同频率放大后，得出设计暴雨过程 2．同频率分配：按这一途径分配得出一个单峰 暴雨过程，每一历时的雨量均满足设计频率，雨峰
位置采用地区综合值。
3．雨量分配公式：下式是根据暴雨公式推
导出的一个瞬时雨强公式，它以雨峰为坐标原
D＝（3.2084nQp）3/8/J1／2
式中
D — 设计圆管管径，m； n — 圆管道糙率； Qp — 指定频率设计洪峰流 m3／s； J — 管道坡度。
在实际应用时，实用管径应等于或稍大于计算
出管径。
计算管道平均流速V有以下几种方法
（以圆管为例）
（1）按满管重力流用连续方程计算
V ＝ 4Qp/（π D 2）
。
二、排水系统：农业排水系统
畦 格田 排水沟 排水涵洞
二、排水系统：城市排水系统
雨水沟 检查井
排涝泵站
三、排涝标准
第二节
农业区排涝计算
我国绝大多数地区农业排水区设计暴雨历时为 1~3天。
二、入河径流计算：
入河径流总量：各种土地利用面积上进入河渠径流量之和。
1、 水面产流：直接进入排水河渠 R=P-E0
-1，j＝1，2，…
，12。此时，
Δ Pj是按大至小排列，序号即为j ，j与Δ Pj列（4）
雨强大小序号K，并按K的顺序位置，分配相应的时
段雨量Δ PK，分列第（6）（7）两栏
第（7）栏即为推求的设计暴雨过程
表5－9 同频率暴雨过程推求
t (min) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 i (mm/min) 2.08 1.74 1.51 1.33 1.20 1.09 1.00 0.927 0.865 0.811 0.764 0.723 P (mm) 10.4 17.4 22.6 26.6 29.9 32.7 35.0 37.1 38.9 40.6 42.1 43.4 j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Pj (mm) 10.4 7.0 5.2 4.0 3.3 2.8 2.3 2.1 1.8 1.7 1.5 1.3 K 10 8 6 4 2 1 3 5 7 9 11 12 PK (mm) 1.7 2.1 2.8 4.0 7.0 10.4 5.3 3.3 2.3 1.8 1.5 1.3
0.0596 17.30 9.581 12.97 11.88 28.14 17.90 21.56 60.92 8.30
流域集流时间τ 由下式计算
τ
式中,tc —
＝ tc + mtf
管道入水口坡面汇流时间，min；
tf — 上游管道管流时间，min； m — 延缓系数，管道m＝2，明渠m＝1.2
计算坡面汇流时间的公式：
第十章 排涝水文计算
第一节 概述
第二节
第三节 第四节 第五节
农业区排涝计算
城市防洪与排水措施 排水管网设计流量计算 城市圩（垸）排涝模数计算
第一节
概述
一、涝灾的形成
因暴雨产生的地面径流不能及时排除，
使得低洼区淹水造成财产损失，或使农田积 水超过作物耐淹能力，造成农业减产的灾害， 称为涝灾。
一、涝灾的形成
第三，城市本身洪水下泄造成的下游地区洪水
问题。构成了城市下游地区的防洪问题。
海口市暴雨成灾
洪水淹没下游城镇
广东阳江市江城区堤 坝崩溃军民紧急抢险
二、城市防洪与排水工程措施
（一）防洪工程措施
1．疏通和治理城市上下游河道，增加河道过水能力，
或者使河流改道，直接进入城市下游区域； 2．建造堤防和防洪墙保护城市，阻挡洪水侵入，傍 临大江大河的城市大部分采用这一措施； 3．在城市上游修建防洪水库储蓄洪水，以达到削减
表9－5 几种区域地面糙率
区域分类
商 业 区
糙率
0.015－0.030 0.020－0.035 0.025－0.040 0.030－0.055 0.04－0.08 0.015－0.035
半 商 业 区 密集住宅区 郊区住宅区 公 园
轻 工 业 区
管径的计算根据设计流量按满管重力流计算，这 里仅介绍用曼宁公式计算圆管管径：
点：
雨峰前：I1＝a[(1-n)(t1/r)+b]/(t1/r+b)n+1
雨峰后：I2＝a[(1-n)t2/(1-r)+b]/[(t1/(1-r)+b]n+1
式中，I1，I2—雨峰前t1和雨峰后t2时刻雨强；
r — 峰前历时与总降雨历时之比；
a 、b 、n — 暴雨公式中的参数。
例: 已知某暴雨公式为
a＝∑ aifi/ F
＝∑ biai 式中，ai－对应于面积fi的局部径流系数，
F－流域面积。
城市径流系数与地面不透水性有很大关系。
表9－1 各种地表复盖的径流系数表
地表复盖种类 各种屋面、混凝土和沥青路面 大块石铺砌路面、 沥青表面处理碎石路面 配碎石路面 干砌砖石和碎石路面 非铺砌土地面 绿地和草地 径流系数 0.90 0.60 0.45 0.40 0.30 0.15
表9－2
区域不透水性综合径流系数
径流系数 0.6－0.8 0.5－0.7 0.4－0.6 0.3－0.5
地表复盖种类 建筑稠密的中心区（不透水面积＞70％） 建筑较密的居住区（不透水面积 50％～70％） 建筑较稀的居住区（不透水面积 30％～50％） 建筑很稀的居住区（不透水面积＜30％）
除了下垫面不透水程度，径流系数大小还与降雨
因地下水位过高或连续阴雨致使土壤过
湿而危害作物正常生长造成的灾害，称为渍 害。本节重点讨论涝灾。
一、涝灾的形成
降雨过量是涝灾发生的主要原因，灾害
程度往往与降雨强度、历时、降雨总量和分 布范围有关。
易涝区分类
平原坡地
平原洼地
易涝区分类
城市地区 水网圩区
二、排水系统
排水系统是排除涝水的主要工程措 施。分为农田排水系统和城市排水系统
式中, D — 实际采用的管径，m。
（2）按满管重力流用曼宁公式计算
V ＝ 0.397 n D
2／3
J
1／2
根据平均流速可计算得管流时间：
tf＝L／（60V）
式中, L — 上游管道管长，m；
tf— 上游平均管流时间，min
一、设计暴雨计算
（一）设计雨量
在城市管渠排水系统设计雨量的推求，一般采用暴雨公式：
i＝ A（1＋CLgT）/（t＋B）n
成
（mm／min）
若重现期T已确定，则a＝A（1＋CLgT）为一常数，则上式写
i＝ a /（t＋b）n
求得降雨历时为tp的设计雨量为
（mm／min）
上式与水利部门采用的雨强公式完全相同。因此可以推
A
我国部分城市暴雨公式的参数
B 8 17 7 4.6 5.4 10 5 7 9 17.5 13.3 14 25 1.4 C 0.811 0.85 0.898 0.86 0.985 0.9 0.8 0.68 0.77 0.753 0.671 0.76 0.844 0.69 n 0.711 0.85 0.729 0.62 0.85 0.88 0.76 0.831 0.77 0.898 0.8 0.84 1.038 0.64 11.98 22.95 10.11 5.27
式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2；R为设计暴雨 径流深，mm； F为排涝面积，km2 ；C为综合系数； m为峰量指数；n为递减系数。
第二节 城市防洪与排水措施
一、城市地区的洪水问题
第一，城市本身暴雨引起的洪水。这是城市
排水面临的问题。
第二，城市上游洪水对城区的威胁；解决这类
问题属城市防洪范畴。
4．洪水保险
对遭受洪涝灾害的个人及集
体支付赔偿， 用经济杠杆提高人们防洪意识。 5．水利管理条例 国家和地方有关主管部
门根据具体情况颁布水利方面的有关管理条例。
6．城市水利规划
制定合理的水利布局方
案并留有充分的发展与改进的余地。
第三节 管渠水系统设计流量过程线推求
在城市管渠排水系统的规划与设计中，当涉及 系统的优化设计，超载状态，工程控制调度，管渠 溢流计算，调节池与泵站设计，雨水污染分析与防 治等工程问题时，需要推求相应的设计流量过程线。
行地下水回灌。
三、城市防洪与排水非工程措施
1．植树绿化及水土保持 缓洪峰； 在城市上游和城区 植树或种草，增加土壤下渗和滞水能力，降低和延
2．洪水预报和警报 工作；
3．洪水调度 程度；
编制洪水预报方案，在
洪水来临之前通告群众和有关部门，及时做好抗洪 结合洪水预报方案和洪水警报
制定合理的洪水调度方案，降低洪水对城市的威胁
tc＝ 1.397 L0.24 J－0.16 I－0.26
式中，I — 不透水面积百分比。
表9 － 4
几种下垫面覆盖的糙率
糙率 0.012 0.014 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.06 0.08 0.20
地面状况 沥青铺面 混凝土铺面 裸土 粗糙裸土 耕地 割草草地 一般草地 密集草地 灌木丛 树林
排水综合治理措施:
1．建立人工蓄洪池塘。在雨洪流量较大
时储存一部分洪量，而流量下降时排出，以达
到削减洪峰作用。
2．设立等高绿地。在广场和住宅区周围
沿等高线设置绿地，使雨水进入绿地后再排出，
增加下渗量和降低汇流速度，减小地表径流，
削减洪峰流量。
3．采用透水铺面。可铺砌透水公路、广场， 砖、砾石人行道和巷道，增加下渗量。 4．利用屋顶蓄水滞水。采用屋顶蓄水池或屋 顶花园；增大屋顶铺面糙率，如波状屋顶、砾石 屋顶等，束狭落水管使屋顶雨水滞蓄。 5．采用透水性排水管道。多孔的排水管道可 以增加透水量，使排水流量降低。 6．地下水回灌。利用枯井、深水井对雨水进
式中：R为水面产流量，mm； P为降雨量，mm；E0为水面蒸 发量，mm；
3、 旱地及非耕地入河流量 可采用新安江模型进行产流计算，资料不足可采用：
R=P-I
式中：R为水面产流量，mm； P为降雨量，mm；I为次降雨 损失量，mm。
三、圩（垸）排涝模数计算
Q M F
式中：M为设计排涝模数，m3/s/km2； Q为设计排