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滨江城市化地区排涝与排水标准的衔接# 丁华凯1，周琮辉2，刘俊3* 基金项目：国家自然科学基金重点项目（50239030） 作者简介：丁华凯（1984-），男，工程师，主要研究方向：水文及水利规划. E-mail: ding_hk@ecidi.com （1. 华东勘测设计研究院，杭州 310014； 2. 杭州水文水资源监测总站，杭州 310000； 5 3. 河海大学水文水资源学院，南京 210098） 摘要：滨江城市化地区排涝计算尚无可靠方法。针对滨江城市地区排水特点，提出排涝与排水标准衔接方法，以滨江地区典型城市南京为例进行计算，并用其他4个滨江地区计算成果进行修正，得出管网排涝设计标准与城市暴雨设计标准的衔接方法。 10 关键词：滨江城市化地区；排涝；排水标准；衔接 中图分类号：TV732 The convergence of drainage and drainage standards in riverside urbanized area 15 Ding Huakai1, Zhou Conghui2, Liu Jun3 (1. Huadong engineering coporation, Hangzhou 310014; 2. Hangzhou hydrology and water resources monitoring station, Hangzhou 310000; 3. College of hydrology and water resources, Hohai University, Nanjing 210098) Abstract: There’s no reliable method to calculate the drainage in riverside cities. drainage features Of 20 Riverside urban areas, drainage and drainage standards convergence method to calculate the typical cities in the Riverside area of Nanjing as an example, amendments to the calculated results and the other four Riverside area, draw pipe network drainage design standards and urban storm design standardconvergence method Key words: Riverside urbanized area; drainage; drainage standards; convergence 25 0 问题的提出 滨江城市地区往往地势低洼，外河洪水位多高于地面高程，多是依靠堤防挡洪，排涝站排涝。随着城市的发展，城市排涝面积不断增大，防护对象也越来越重要，而城市管渠排涝系统不衔接、城市水文计算方法特别是排涝计算方法不合理以及城市排涝过程的影响因素认识不清等问题越来越突出。如何使得滨江城市地区排涝与排水标准衔接，研究出适当的排涝30 计算方法是城市排涝研究的重要课题。 长期以来，我国城市水利规划建设分属市政和水利两部门管理，在技术上带来一些矛盾。尤其是水利行业的区域排涝与市政部门的城市排水在规划标准、计算方法、工程设计等方面存在不一致和不衔接的情况。为此，针对城市管网与河道排水相衔接的城市排涝标准和相应的计算方法进行深入研究，找出区域排涝和市政排水标准之间的关系，得出一套适合防洪排35 涝规划设计的统一标准。 1 各种选样方法设计值之间的关系分析 目前国内外通用的水文样本的选样方法有年最大值法、年多次法、超定量法、年超大值法四种[1]。 年最大值法：每年选取一个时段雨量最大值，n年资料可选出容量为n项年极值样本系40 列。 年多次法：每年选取最大的k次暴雨的时段雨量值，由n年资料得出容量为nk项样本 系列。 超定量法：考虑到各年出现的大暴雨的次数是不同的，根据当地暴雨的特性，选取一个下限值，每年超过此限的次暴雨均被选取。 45 超大值法：把n年的全部次雨量资料看作一个整体，从中选出最大的n次雨量组成一个样本。此法相当于以第n项暴雨作为超定量选样的下限值，是超定量法的特例。 由于这四种选样方法的差异，得出的频率计算结果并无一致性，造成不同依据选样方法得出排水、排涝标准不衔接，使得技术人员在城市排水规划时产生困惑。因此，需深入研究不同选样方法得出的设计值、设计频率或重现期之间的定量关系。 50 本项研究中以江苏省若干城市为研究重点，收集选择雨量资料，分别采用年最大值法、年多次法、超定量法、超大值法等不同选样方法得出相应的统计样本，采用P－Ⅲ型曲线为雨量总体分布曲线，推求各种频率下的设计雨量及其暴雨公式，定量分析各种选样方法结果之间的对应关系，探讨在城市防洪排水规划中统一标准的可能性。 在确定了频率曲线及其统计参数后，可以计算相应频率下的雨强及雨量设计值。必须注55 意，在分析研究中均采用年频率。 年最大值法和年超大值法采用的是年频率，设计值可以直接从频率曲线上查取 11nmP （1） 式中，P1—年频率； n—取样年数。 60 年多次法和超定量法的总样本数按次统计，采用的是次频率 12NmP （2） 式中，P2—次频率； N—取样次数，如果每年平均取样k次，总次数为N＝kn。 按水文统计学原理，次频率P2和年频率P1之间的对应关系为 65 1112NnPP （3） 采用年多次法和超定量法推求设计值时，要根据公式（3）把年频率转化成相应的次频率，然后才能从次雨量频率曲线上读取相应的设计值。这样，各选样设计值对应的频率（或重现期）才能一致。在此基础上，年最大值法设计值与其他选样法得出设计值进行比较分析，找出它们之间的关系[2]。 70 由于当重现期为1年时，年最大值法设计值定义不明确，无法与其他选样法得出设计值进行比较。根据统计选样的方法和原理，当重现期大于1年时，年超大值法的设计值与超定量法基本相同，因此可以用超定量法设计值代表年超大值法的设计值。 根据江苏省5个典型城市雨量资料，分析得出2年和5年重现期时，年最大值法与年多次法、年最大值法与超定量法设计值之间的相关关系，见图1至图4，由图可知，年最大值75 法设计值小于年多次法与超定量法，但随着重现期增大，设计值之间的差别减少。当重现期等于2年时，年多次法与超定量法设计值比年最大值法设计值大15～20%；当重现期等于5年时，年多次法与超定量法设计值仅比年最大值法设计值大3～5%；当重现期大于等于10 年时，年最大值法设计值与其他选样法设计值基本相等。 80 图1 年最大值法设计值（x）与年多次法设计值（y）的相关关系（T=2年） Fig.1 The relationship of annual maximum method design values and annual multisampling method design values（T=2years） 图2 年最大值法设计值（x）与年多次法设计值（y）的相关关系（T=5年） 85 Fig.2 The relationship of annual maximum method design values and annual multisampling method design values（T=5years） 图3 年最大值法设计值（x）与超定量法设计值（y）的相关关系（T=2年） Fig.3 The relationship of annual maximum method design values and superl 90 quantitative method design values（T=2years） 图4 年最大值法设计值（x）与超定量法设计值（y）的相关关系（T=5年） Fig.4 The relationship of annual maximum method design values and superl quantitative method design values（T=5years） 95 2 超定量法与年最大值法设计重现期分析 我国管道排水设计流量计算中采用的暴雨公式，其选样方法采用超定量法；城市及区域河道采用的暴雨公式或暴雨频率计算采用的选样方法是年最大值法[3,4]。根据江苏省城市1、3、6、12、24小时设计雨量，雨量资料统计分析，得出的年最大值法与超定量法的年频率或重现期之间的经验关系，见表1。其规律为：在对于同一设计值，对应于年最大值法的重100 现期高于超定量法重现期，但随雨量重现期的增大，两种选样方法重现期的差距减少，当重 现期高于10年时，两种选样方法重现期基本一致。 表1 年最大值法与超定量法重现期关系 Tab.1 The recurrence interval relationship of annual maximum method design values and superl quantitative method 105 超定量法(年) 0.5 1 2 3 5 年最大值法（年） 1.19 1.67 2.79 3.87 5.71 目前，我国城市管道排水系统设计标准多为1年暴雨重现期，根据江苏省城市雨量资料统计分析，超定量法的1年重现期的暴雨设计值，相当于同历时年最大值法重现期为1.7年左右，但这一结果并不能作为设计条件下两种选样方法下管道和河道设计重现期匹配的依据，主要原因是河道调蓄能力远大于管道，汇流时间和设计暴雨历时大于管道。 例如，如果管道设计时段为1小时，按设计标准得出1小时设计雨量为X1，则按管道110 排水设计要求，只要1～24小时内最大1小时雨量不超过设计雨量X1，管道可以全部排入河道，统计满足上述条件的降雨场次，分析此1～24小时内各时段最大雨量（1、3、6、12、24小时雨量X1、X3、X6、X12、X24等）的重现期，分析与1小时雨量重现期之间的关系，作为河道排涝设计标准的重要参考依据[5]。 3 实例分析 115 以南京市为例，具体做法是： （1）按超定量法划分全部n年实测资料次雨过程，同时统计n年各次降雨相应的1、3、6、12、24小时雨量X1、X3、X6、X12、X24； （2）按城市规划常用设计时段，取管道设计时段为1小时，计算超定量法的1年重现期1小时设计雨量X1p，见表2第1、2列； 120 （3）选出全部n年实测资料中1小时雨量小于X1p的nx次雨过程，在nx次雨过程中统计应的3、6、12、24小时的最大雨量雨量X3m、X6m、X12m、X24m，查相应降雨历时的年最大值雨量频率曲线，得出相应于年最大值法的重现期，见表2第4列。 表2 南京站超定量法与年最大值法重现期对应重现期 Tab.2 The correspondence recurrence interval relationship of annual maximum method design values and superl 125 quantitative method in Nanjing station 超定量法重现期（年） 1小时雨量 X1p（mm） 设计降雨历时 （h） 相应的年最大值法重现期 （year） 1年 29.6 3 6.8 6 6.6 12 9.9 24 18.3 由于在超过设计标准暴雨时，管道会产生压力流，在地面不积水的前提下，管道向河道汇水能力大于设计条件下的相应能力。一般，管道在压力流条件下，可以排除的降雨量是设计雨量的1.2倍。按上述方法计算，得到各时段雨量与管道超定量法重现期（1年）相应的河道年最大值法排涝重现期，结果见表3。 130 表3 南京站超定量法与年最大值法重现期对应重现期 （排水能力放大系数为1.2） Tab.3 The correspondence recurrence interval relationship of annual maximum method design values and superl 135 quantitative method in Nanjing station (magnification factors of drainage capability is 1.2) 超定量法重现期（年） 1小时雨量 （mm） 设计降雨历时 （h） 年最大值法重现期 （year） 1年 29.6 3 9.6 6 7.5 12 12.3 24 18.3 与上例分析计算相同，对其他城市按超定量雨量系列进行统计分析其重现期与年最大值法重现期关系。由于资料系列为30年，抽样误差干扰很明显，为了消除抽样误差，使得两者重现期的关系更为稳定，对全部城市得出的年最大值重现期的取平均，结果见表4和表5。 140 学术论文网Tag：代写硕士论文 代写论文 代写MBA论文 代写博士论文 |
