城市排水防涝工程水文问题浅谈

殷丽

摘 要：近年来我国城市内涝灾害频发，已经造成巨大经济、财产损失并严重影响了城市的正常安全运行，受到了媒体、公众和政府的高度重视。对此，应当积极建设城市排水防洪工程，以便有效的抵御城市内涝，排除雨洪，保证城市良好发展。当然，前提是有效解决水文问题。那么，如何做到这一点呢？文章将从雨洪给城市带来的灾害展开，着重分析和探讨城市排水防涝工程水文问题，希望能够探寻行之有效的对策，以便良好建成排水防涝工程，避免城市受到洪涝灾害的影响。

关键词：城市；排水防涝工程；水文问题

中图分类号：TU992 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）29-0187-02

城市雨洪是造成城市洪涝灾害发生的根本原因，而兴建排水防涝工程是有效防治或减轻洪涝灾害的有效举措。所以科学、合理的建设城市排水防涝工程是非常必要的。而要想真正做到这一点，就需要相关负责人及工作人员对排水防涝工程寿命期内的雨洪变化规律、经济社会发展水平等因素予以考虑，进而设计标准及水文计算任务、产汇流计算等，以便有效解决水文问题，合理规划与设计排水防涝工程方案，以便更好的建设此工程，为有效防治防洪灾害创造条件。由此看来，在城市排水防洪工程建设之中切实有效的解决水文问题是非常重要的。

1 雨洪给城市带来的灾害

参考相关资料及对近些年南方城市洪涝灾害发生情况的了解和分析，确定雨洪给城市带来的灾害是非常大的，摧毁了人们赖以生存的家园，甚至威胁到人们的生命安全。

1.1 排水不够及时造成的灾害

为了保证城市安排，在城市排水系统建设的过程中通常会对排水设计提出严格的要求，即：当城市遭受暴雨侵袭时，要求城市地面必须是无积水状态，也就是说城市地面积水深、积水历都不超过允许值，如若超过这一允许值，就意味着城市地面存有积水，一旦积水增多，就会难以排水，最终引发洪涝灾害。假设集水区的排水能力为q，暴雨形成的某时刻洪水流量为Q，那么在Q≥q时，城市必然会遭遇排水不及时而引发的灾害；在Q≤q时，城市内就不会出现因排水不及时而引发的灾害[1]。

1.2 内涝造成的灾害

城市建设之中，为了避免洪涝灾害的发生，会要求设计人员在进行防洪设计的过程中一定要保证城市出现暴雨的时候，排水不畅的低洼区域不能出现淹水现象，也就是低洼地区的淹水深、淹水历不可以超过最大的允许值，如若超出这一限值，那就意味着城市又发生洪涝灾害的可能。假设低洼地区的排水能力为q，暴雨形成的向低洼地区汇集的洪水过程为Q，那么在q≥Q时，低洼地区不会出现淹水现象，相应的城市也不会出现洪涝灾害；在q≤Q时，低洼地区将会出现淹水现象，相应的城市有出现洪涝灾害的可能，并且可能性较大。假设在历时T内产生内涝水量为V，那么他的函数式为：

V=W■-T調q

注：T调表示为调洪历时；T调q表示为历时T调内的洪水量。

如若在某次暴雨发生时，出现了V>0的情况，就意味着城市将发生洪涝灾害，此时城市相关负责人，可以以此为依据，制定防洪方案，有效开展防洪工作，如转移危险区域的人员、实施排水设施等，以此来将洪涝灾害的破坏性降到最低。

1.3 工程失事率

从城市建设的角度来讲，排水防涝工程的良好建设是非常必要的，能够有效规避排水不及时或内涝现象的发生，以此来降低防洪灾害发生的可能性。但是，要想真正做到这一点，需要降低排水防涝工程失事率。对此，在具体展开城市排水防涝工程建设的过程中应当注意增加排水能力或改变垫面条件。其中，在增加排水能力方面，假设将工程的排水能力从q增加到q'，那么在不改变集水区年最大流量的情况下洪涝量减少，相应的工程失事率将大大降低；改变垫面条件方面，从理论的角度来讲优化垫面条件，是可以降低洪涝量的，但因实际工程排水过程中会受到滞蓄洪的作用，也会导致洪涝量增加[2]。所以，为了降低排水防涝工程的失事率，一般不单独采用改变垫面条件这一举措。

2 城市排水防涝工程水文问题的分析

2.1 排水防涝工程设计标准及水文计算任务

2.1.1 排水防涝工程的设计标准

所谓排水防涝工程的设计标准，是指据此修建的工程规模能使排水不及时致灾率或内涝致灾率或工程失事率减小到当时经济社会发展水平可以接受的数值。通常情况下，扩大排水防涝工程的规模，可以增强其排水能力，进而降低小排水不及时致灾率和内涝致灾率，但是工程失事情况一旦发生，那么将会造成严重的经济损伤。而明确排水防涝工程设计标准，可以以此为标准，科学合理的设定工程规模、排水能力、防涝能力等，提高工程的利用价值。为此，在具体展开城市排水防涝工程建设的过程中，首先要根据国家相关规范、规定，明确排水防涝工程的排水标准、防涝标准、安全标准。

2.1.2 水文计算任务

参考相关资料及以往排水防涝工程建设经验，确定在排水防涝工程建设中要想切实有效的解决水文问题，就要确定集水区的设计洪水。为了做到这一点，通常可以采用两种方法，其一是依据实测流量资料系列对设计洪水进行推算；其二是根据实测的暴雨资料，设计暴雨进行推算，之后通过计算汇流，将设计暴雨转变为设计洪水。当然，在此之前需要确定城市排水设计流量、防涝工程的规模及设计水位。其中，对于城市排水设计流量的确定，需要设计人员根据相关资料来绘制集水区的洪峰流量Qm频率曲线，之后依据排水标准确定设计流量；对防涝工程规模的确定，则是设计人员依据相关资料来绘制城内涝水量Vm的频率曲线，之后依据防涝标准确定确定工程规模；对设计水位的确定，需要设计人员依据相关资料来绘制洪峰水位Hm的频率曲线，再依据安全标准确定设计水位。

2.2 暴雨强度公式问题

城市排是防涝工程规划设计的过程中，可以确定集水区洪峰流量的公式为：

Qm=CIA

而根据等流时线概念，确定暴雨过程中形成的集水区汇水断面的洪水过程表示为：

由以上公式可以推导出暴雨过程形成的集水区断面洪峰流量为：

这就意味着净雨时段数m≥等流时面积块数n，那么参与形成洪峰流量的是全部集水区面积和集水区最大回流时间内最大净雨量；m≤n，那么参与形成洪峰流量的是全部净雨量和净雨历时最大的集水区面积。这充分说明了适用的集水区面积应当在合理的范围内，并且在洪峰流量设计上应当注意考虑雨峰、降雨损失、流域的调蓄作用等因素。

通常情况下，城市包括众多的集水区，而在每个集水区都不舍自记雨量站并不现实。此种情况下要想做好每个集水区的设计暴雨，需要对一个雨量站点的同频率不同历时最大暴雨平均强度变化情况予以了解，利用数学公式表示为：

I=Sp/T或I=Sp/（T+b）n

由此可以推导出暴雨强度公式，即：

i=A'（1+C'lnP）/（b-T）n

根据此暴雨强度公式可以计算出城市暴雨发生时的暴雨强度，进而评估暴雨的危害性，也可以为产汇流计算提供依据。

2.3 产汇流计算问题

城市排水防涝规划设计应以设计洪水为依据，但由于城市集水区几乎都缺乏实测流量资料，因此由设计暴雨推求设计洪水就成为城市排水防涝规划设计中确定设计洪水的主要途径。首先我们需要理解两个名词，即产流阶段和回流阶段。所谓产流阶段，就是指降雨量转换成净雨量，会受到水量平衡的控制；而回流阶段则是净雨过程转变为集水区洪水过程的物理阶段。一般情况下，流域平面结构和坡面平面结构的水文过程是不同的，所以在此需要对城市集水区的产流和汇流的特点有一定了解。也就是（1）自然情况下形成的分水线是比较复杂的，容易受到人为因素的干扰；又因地下空间和地下管网的存在，地面与地下之间是有一定的联系，相应的水流直接相通。（2）一般情况下，城市洪涝灾害发生的主因是地面径流，在计算城市积水区基本的产流量中应当着重分析降雨形成的地面净雨。（3）分析城市积水区汇流应当将目光放在坡面汇流，可以忽略河網汇流，但是要明确集水区地下有管网，坡面通过受水口和检查井与地下管网垂向串联是集水区汇流的一大特点。总之，依据暴雨强度公式及城市集水区的产流和汇流的特点，可以有效的计算产汇流，为解决排水防涝工程水文问题提供重要依据。

3 结束语

基于本文一系列分析，确定城市排水防涝工程的良好建设是非常有意义的，可以避免因排水不及时、内涝、工程实施而造成灾害。当然，要想做到这一点也不是非常容易的。就以处理水文问题来说，影响水文问题的因素较多，需要明确排水标准、防涝标准、安全标准，进而确定设计水位、设计流量及工程规模，从而根据实测的暴雨资料将设计暴雨推求出来，之后再通过产汇流进行分析和计算，最终设计洪水，最终有效解决水文问题。总之，城市排水防涝工程的建设具有较高的现实意义。

参考文献：

[1]刘子龙.基于模型的城市排水防涝工程计算理论与技术研究[D].北京工业大学，2015.

[2]芮孝芳，蒋成煜，陈清锦，等.论城市排水防涝工程水文问题[J].水利水电科技进展，2015（1）：42-48.