城市市政排水和水利排涝设计流量计算方法对比分析

城市市政排水和水利排涝设计流量计算方法对比分析

【摘要】城市市政排水和水利排涝分属于两个部门管理，在设计流量计算方法上有许多不同之处。本文从理论上分析了两者在设计暴雨和设计流量计算方面的不同，并通过实际的案例对比分析了设计流量成果。

【关键词】设计暴雨；设计流量；水利排涝；市政排水

0.引言

2013年9月6日，《国务院关于加强城市基础设施建设的意见（国发〔2013〕36号）》正式出台，《意见》提出：加快雨污分流管网改造与排水防涝设施建设，解决城市积水内涝问题。该内容包括了市政排水和水利排涝两方面的内容，目前我国城市市政排水和水利排涝分别由城建部门和水务部门负责。由于暴雨选样、设计标准、产汇流计算方法等不同导致两部门所计算出的设计流量不同，给实际工作带来诸多不便。

鉴于设计流量对排水防涝设施的规划设计的重要性，本文对两个部门不同的设计流量方法从理论上进行了对比分析，并通过实际案例进行了初步探讨。

1.理论分析

1.1设计暴雨

1.1.1系列长短

《室外排水设计规范（GB50014-2006）》要求，城建部门采用的暴雨强度公式适用于具有10年以上自动雨量记录的地区。水务部门所使用的《水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-2006）》要求，暴雨资料必须具有30年以上观测成果。

1.1.2暴雨历时

《室外排水设计规范（GB50014-2006）》规定，计算降雨历时采用5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min共九个历时。水务部门对不同地区的暴雨历时统计不一样，以广东省为例，根据广东省水文总站1991年编制的《广东省暴雨径流查算图表使用手册》，统计分析了10min、1h、6h、24h和72h共五个历时。

1.1.3取样方法

《室外排水设计规范（GB50014-2006）》规定，取样方法宜采用年多个样法，每年每个历时选择6～8个最大值，然后不论年次，将每个历时子样按大小次序

排列，再从选择资料年数的3～4倍的最大值，作为统计的基础资料。水务部门所使用的规范规定采用年最大值选样法，即每年对每个暴雨历时选取年最大值，作为统计的基础资料。

1.1.4计算成果

《室外排水设计规范（GB50014-2006）》明确频率曲线计算得出的成果是：重现期、降雨强度和降雨历时三者的关系，根据三者的关系可通过解析法、图解法求得暴雨强度公式中的各个参数，得到当地的暴雨强度公式。

水利部门暴雨频率计算的成果通常包括暴雨资料的统计参数（如均值、离势系数、偏态系数）和不同频率对应的暴雨量。对于集雨面积较小的区域，暴雨成果通常以区域等值线图的形式予以发布。

1.2设计流量

1.2.1设计标准

《室外排水设计规范（GB50014-2006）》规定，雨水管渠设计重现期一般采用0.5～3年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5年。《城市防洪工程设计规范（GB/T50805-2012）》规定，雨水计算的重现期可选用1～3年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区可选用3～5年，特别重要地区可采用10年以上。

水利部门使用较多的是按照《灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）》的要求，一般采用10年一遇的24小时暴雨所产生的径流在一定的时期内排干或排至某个高程。《广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）（粤水单总字〔1995〕4号）》中规定，治涝设计标准按涝区十年一遇24小时暴雨所产生的径流，城镇按一天排干设计。

1.2.2产流计算

《室外排水设计规范（GB50014-2006）》规定在城市排水设计中，降雨产流量直接通过综合径流系数来计算，城市建筑密集区取0.60～0.85，城市建筑较密集区取0.45～0.60，城市建筑稀疏区取0.20～0.45。市政排水的产流计算方法较单一，计算过程较简单，计算的精度不高。

水利部门降雨产流计算方法通常包括蓄满产流模式超渗产流两种模式，具体方法有降雨径流相关法、初损后损法、平均损失率法和下渗曲线扣损法等。水利部门的产流计算方法根据水文循环规律，扣除各项损失，计算精度较高；然而计算过程复杂，所需要的基本资料较多。

1.2.3汇流计算

城建部门在汇流计算方面仅有推理公式法，而水利部门在汇流计算方面通常包括综合单位线法和推理公式法，同样是推理公式法，但是在表达式、参数和参数意义上也存在着差别。

本公式是全面汇流情况下的推理公式，其汇流时间根据雨水管网的长度、断面尺寸、比降等特征参数，按水力学方法直接计算；其以水体作刚体位移的概念为基础，没有考虑由于水体内部流速分布不均匀性的影响所造成洪水波的展开和扭曲作用，适用于集水面积小、汇流时间短、调蓄作用不大的流域。

本公式通过反映流域汇流特性的汇流参数为基础进行计算，经过年实践证明是行之有效的。本公式适用于汇流时间较长、有一定调蓄作用的较大流域，其计算成果不仅仅包括洪峰流量，还可以得到一条洪水过程线。

1.2.4计算成果

2.案例分析

2.1基本概况

惠州市某片区，集雨面积2.745km2，干流河长1.703km，平均坡降3.86%；由于城市的发展，根据该片区的控制性规划和雨水工程规划，规划本片区雨水干管总长3.000km，平均比降为0.15%。

2.2设计排涝流量

参照《广东省暴雨径流查算图表使用手册（1991年）》，利用推理公式法计算，汇流时间为1.2h，十年一遇洪峰流量为54m3/s，洪水总量为45×104m3。

查《广东省暴雨参数等值线图》（2003年版），多年平均24h暴雨量为150mm，十年一遇24h暴雨量为249.15mm，径流系数取0.6，十年一遇24小时暴雨所产生的径流按一天排干设计，经计算设计排涝流量为4.75m3/s。

2.3设计排水流量

利用水力学公式计算得设计降雨历时为60min，取综合径流系数0.6，查《广东省惠州市暴雨强度公式及查算表》得不同重现期的暴雨强度，根据本文中的公式计算雨水设计流量，不同重现期的雨水设计流量详见表2-1。本片区规划实施后为重要地区，雨水管渠设计重现期5年，则相应的雨水设计流量为29.7m3/s。

2.4对比分析

从2.2节和2.3节的计算成果可以看出，按十年一遇24小时暴雨所产生的径流按一天排干设计的排涝流量明显小于雨水设计流量，究其原因，设计排涝流量计算考虑了涝区的调蓄作用，部分时段涝区会出现淹没现象。而采用推理公式法