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1、城区与农田混排区排涝泵站流量计算方法的探讨刘超【摘 要】目前,城区雨水以城市短历时暴雨强度公式和雨水设计流量公式为主,而农 田排水流量主要为推理公式法、瞬时单位线法等水文公式,但两种计算方法在暴雨 样本选样及采用的重现期上有较大差异,排涝设计流量成果相差较大.因此,在计算城 区与农田混排区排涝泵站的设计流量,目前还没有统一标准与方法.本文以具体的工 程实例,对城区与农田混排区排涝泵站流量计算方法进行分析、比较和选取,并对计 算结果进行验证,与同行进行探讨.【期刊名称】治淮【年(卷),期】2011(000)007【总页数】3页(P22-24) 【关键词】 城区;农田;排涝流量;泵站【作 者】 刘
2、超【作者单位】 安徽省蚌埠市水利勘测设计院蚌埠,233000【正文语种】 中 文近年来，随着城镇化进程不断加快，特别是城市新城区和工业园区的建设，导致城市新区原有的农田排涝区泵站排涝能力不能满足新建城区和农田的排涝要求，须重建和新建排涝泵站，增加排涝流量，提高防涝减灾能力。但由于城区雨水设计以城市短历时暴雨强度公式和雨水设计流量公式为主，而农田排水流量公式主要为推理 公式法、瞬时单位线法水文公式，这两种计算方法在暴雨样本选样及采用的重现期 上有较大差异，排涝设计流量成果相差较大。因此，目前还没有统一排涝标准与方 法确定城区与农田混排区排泄涝泵站的设计流量。现以五河县沫河口工业园区三铺 湖排涝泵
3、站规模计算为例进行研究探讨。1 排涝区概况三铺排涝区位于蚌埠市五河县沫河口镇境内，总面积51.0km2，五河县沫河口工业园区座落在排涝区南部，三铺大沟两侧，工业园区规划面积10.0 km2。排涝区内有三铺大沟和沫冲引河两条排涝骨干大沟，其中三铺大沟为南北向，沟长6.2km，集水面积23.4km2 ；沫冲引河为东西向，沟长7.62km，集水面积27.6km2。两沟在沫河口镇东交汇后向南穿淮北大堤入淮河，当淮河水位不顶托 时，三铺湖涝水汇入沫冲引河和三铺大沟，通过三铺涵自排入淮河。为解决汛期受淮河高水位顶托时的涝水出路问题，于20世纪60年代中期在三铺 大沟入淮处修建三铺湖排涝泵站，在淮河高水位时
4、抽排涝水入淮河，几经改造，总 装机1660kW，抽排能力18.2m3/s，抽排模为0.3 m3/s/km2，约合3年一遇的 标准。但由于沫河口工业园区沿三铺大沟南段两岸规划建设，地势相对较低，地面高程在 16.0m左右，加之三铺湖泵站排涝能力不足，汛期易受涝灾，成为制约沫河口工 业园区建设和发展的主要因素之一。为保障工业园区内的正常建设和生产，规划重 建三铺排涝泵站。2 泵站规模确定方法的选取目前在蚌埠地区城市排水流量计算主要采用短历时暴雨强度公式和室外排水设计规 范中的雨水量计算公式。农田区主要是采用安徽省淮北地区除涝水文计算办法（1981年）进行计算，即按3d暴雨中后2d暴雨所产生的净雨（
5、R2d），扣除水 田滞蓄（V）后，在2d内平均排出计算。2.1M冈第刪斗旃MSI冈M冈礬&1JB刪H+烟在炯3胸*艸昔册5SE呉菇斗sTsa呉刪斗* 学w。S -2.1.1*剖aCIH2550X ( l+0.77x_gp ) (、t+12 ) 0.71 艸 - q*aJS ( L (、s.ha )二p刪s( y )、M曰肃s冈 PHly、ffixlsqsss燮B世医冈 PU1.5 2y、刪畑寸处日譽斜垦律冈PH3y ;t帚剖S專(min )。2.1.2 asKQgFq签-QazxB刪(L、s 二IffiB嚳-F11 ( ha )。2.1.3sas專sas需合TP 学-tHtl+mt2艸 - t
6、sas專(min 二tls1*呉專画(min)、laismsn SSIsBIsBas倒ffl、肃 5 15 min -3121、诺fflw園看 一 2。冈爭为潜越、潜越冈爭为藏塔ffl57m3、s、km2。2.2対田斗WM旃対田 Bml 丁S冈那&呉 x 斗& 旃（1981年），小面积（50km2以下）抽排模数公式计算原则上按3d暴雨中后2d暴雨所产生的净雨（R2d），扣除水田滞蓄（V）后，在2d内平均排出计算。采用公式：M 抽二（R2d-V）/（2x86.4）经计算，农田区5年一遇的排涝模数为0.45 m3/s/km2 , 10年一遇的排涝模数为0.76 m3/s/km2。根据沫河口工业园区
7、排水规划，其涝水通过排水管道或明渠直接排入三铺大沟和沫 冲引河，由位于淮北大堤内侧的三铺湖排涝泵站抽排入淮河，为典型的城区与农田 混排区。要求排涝泵站规模既不能局限于只排工业园区内的涝水，也不能仅仅作为 区域泵站按农田排涝标准考虑。但是由于城区与农田排水量计算基础的差异，仅简 单把工业园区计算的流量与农田区计算的流量相加，显然缺乏可信度。同时，工业 园区采用的暴雨强度公式计算雨水量，基本上是雨水来多少排多少，雨水即时排出， 没有考虑整个排涝区内沟塘和农田的调蓄以及农田区汇流的滞后性，泵站规模较大， 有效利用时间少。经反复探寻，按同一排涝标准、降雨历时，充分考虑排涝区内沟 塘及农田调蓄的原则，以
8、充分利用现有水利工程，通过合理调度，保证排涝泵站经 济运行为指导思想，确定排涝泵站的设计规模。经多种方案比较分析，工业园区规划按24h净雨24h平均排出，农田区按3d降雨中后2d降雨所产生的净雨扣除 水田调蓄后，在2d内平均排出的方法，分别计算工业园区和农田区在设计标准下 的排涝流量，两者之和即为泵站的设计流量。3 泵站设计流量的确定 根据沫河口工业园区规划和三铺湖洼地治理规划，按相关规范的规定，三铺湖洼地 近期治理排涝标准为10年一遇。由于三铺湖洼地区域内没有雨量站，故采用近邻的蚌埠水文站实测的降雨资料进行频率分析，3d 降雨均值为 138.79mm , Cv二 0.39 , Cs/Cv=4
9、.0。10 年一遇 3d 设计暴雨为210.8mm。查安徽省淮北地区除涝水文计算办法附表1,集水面 积在100km2及以下，10年一遇降雨量为215mm，与蚌埠站分析数字基本一致。 因此，三铺湖洼地排涝模数计算10年一遇降雨采用215mm。设计净雨、抽排模 数均按安徽省淮北地区除涝水文计算办法计算。设计净雨：前期影响雨量均采用55mm，查a区线，农田区10年一遇设计净雨为165mm，城市规划区净雨取降雨乘径流系数，径流系数取0.85。城市抽排模数，按24h净雨24h平均排出，则：M 城市二axP/86.4式中：M城市城区排水模数；a最大24h净雨占3d净雨总量的权重，其值约为84% ;P3d暴
10、雨相应的净雨深。农田抽排模数原则上按3d暴雨中后2d暴雨所产生的净雨（R2d）,扣除水田滞 蓄后（V）,在2d内平均排出计算，采用计算公式：表1 24h暴雨时程分配表（以计）时程1h 2h 1h 1.7 1.8 3h 5 3h 2.1 4h 5h6h 2.2 2.4 3 7 7h 3.1 8h 9h 10h 4 4.3 6.5 11h 31 15h 3.1 19h 1.9 20h 21h22h 1.8 1.8 1.8 23h 1.6 1047 12h 13h 14h 9 5.3 3.5 14 16h 17h 18h 2.5 2.3 2.2 8 6 3 24h 总量 1.1 100 100式中：
11、M抽抽排模数； 旱地率包括非耕地水田率均按占总排水面积的百分数比；P3d暴雨量；R相应的净雨（代表旱地）。系数0.9为后2d暴雨（或净雨）占3d暴雨（或净雨）的权重；2x5（mm ）为3d内水田面积上的降雨损失；200 （ mm ）为水田的净滞蓄水深。计算得10年一遇工业园区抽排模为1.78m3/s/km2，农田抽排模为 0.77m3/s/km2。三铺湖排涝泵站排涝面积51km2，其中工业园区面积10km2，农田区41km2， 按10年一遇排涝标准（城市区排模1.78m3/s/km2，农田区排模 0.77m3/s/km2 ），三铺湖洼地治理抽排流量为50m3/s。4 流量复核 为验证计算成果的
12、合理性、可靠性，按排涝区发生设计标准降水（ 10年一遇）和 发生超标准降雨（ 20年一遇、50年一遇） ，对泵站规模进行复核。4.1 核算方法的选定三铺湖排涝泵站的排涝区由城市规划区和农田区组成，目前本地区没有可采用的城 市建城区和小面积农田的短历时径流过程线，因此从偏安全方面考虑，采用不同频 率最大24h降雨，然后按一定的比例分配到每小时，得到每小时的降雨量，按径 流系数法计算净雨，求得排涝区的径流过程。根据排涝泵站的设计条件，确定 14.5m （泵站的最低设计水位）为起调水位，泵站正常抽排50m3/s的条件下， 按水量平衡公式进行洼地蓄水库容调算，从而核算泵站的装机规模。4.2 降雨量分析
13、 因三铺湖洼地流域没有长系列降雨资料，采用蚌埠站系列年实测降雨量资料，对年 最大24h雨量系列进行频率分析，均值为96.36mm，Cv为0.35，Cs/Cv为3.5。10年一遇24h暴雨分别为141.6mm，20年一遇24h暴雨为160.2mm , 50年 遇 24h 暴雨为 183mm。4.3最大24h降雨时程分配根据1975年版安徽省水文手册，采用淮河以北（包括沿淮）最大24h暴雨 时程分配成果，暴雨时程分配见表1。根据室外排水设计规范（GB50014-2OO6 ），短时降雨工业园区综合径流系 数取0.6。按照安徽省淮北地区除涝水文计算办法，不考虑前期影响雨量，农 田区径流系数为0.45；
14、不考虑汇流时间，计算排涝区汇流量，从而得到排涝区 24h降雨汇流过程线。表2洼地调蓄库容曲线表高程（m）面积（km2）库容（万m3）14 / 0 14.50.28 13.827 15 0.65 35.9 15.5 1.23 93.12 16 1.95 183.94.4 排涝区洼地调蓄库容根据三铺湖排涝区水利工程现状及五河县沫河口工业园区规划，起到调蓄作用的除 三铺大沟、沫冲引河、李洼大沟等排涝大沟外，还有李洼大沟下段洼地（规划为工 业园区的绿化用地）及工业园区南部、宁洛高速公路以南的洼地，由规划的排涝沟 断面和万分之一航测图量算，可用于调蓄涝水的洼地面积约1.95km2，16.0m高 程以下调
15、蓄库容约183.9万m3，洼地调蓄库容曲线表见表2。4.5 10年一遇降雨核算按农田面积41km2，城市建成区面积10km2，不考虑现有工程的调度，按规划的50m3/s的排涝泵站进行抽排，只有在第10、11、12、13四个时段汇流流量大 于抽排流量，经平衡计算，有108万m3的涝水需短时间滞蓄。经调算，最高水 位为15.66m，低于工业园区内地面高程。4.6 20年一遇降雨核算按现有水利工程布局，关闭三铺大沟上的五蚌公路节制闸，拦截五蚌公路以北15.87 km2的涝水错峰下泄，按规划的50m3/s的排涝泵站进行抽排，只有在第10、11、12三个时段汇流流量大于抽排流量，经平衡计算，有74.78
16、万m3的涝 水需短时间滞蓄。经调算，最高水位为15.46m，低于工业园区内地面高程。4.7 50年一遇降雨核算 按现有水利工程布局，关闭三铺大沟上的五蚌公路节制闸和沫冲引河上的横岭闸， 拦截五蚌公路以北15.87 km2、横岭路以东9.58 km2的涝水错峰下泄，按规划 的 50m3/s 的排涝泵站进行抽排，只有在第 11、12 两个时段汇流流量大于抽排流量，经平衡计算，有59.14万m3的涝水需短时间滞蓄。经调算，最高水位为 15.32m，低于工业园区内地面高程。上述分析可知，10年一遇的设计标准及超设计标准的20年一遇、50年一遇的降 雨时，通过现有水利工程的合理调度运行，充分利用沟塘及农田的短时间调蓄，泵 站前池水位均低于工业园区的地面高程16.0m和厂区地面高程16.5m，不会因排 涝大沟涝水水位过高引起倒灌而淹没工业园区。因此，三铺湖排涝泵站设计规模为 50m3/s，能满足排涝要求
城区与农田混排区排涝泵站流量计算方法的探讨
