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1、精品论文南京市溧水县圩区排涝模数计算与思考冯大蔚 河海大学水文水资源学院，江苏南京 (210098) E-mail：xxxxyyyyzzzz_摘要：随着城市化进程的加快，原有的排涝动力不能满足发展的要求，累积的内涝损失远 远高于洪水损失。合理规划圩区排涝能力不但可以形成科学、高效的防洪排涝体系，而且是可持续发展的重要保证。本文通过在南京溧水排涝规划中的计算与思考，提出适合当地发展 的排涝标准与合理化建议。关键词：圩区；排涝模数；可持续发展；南京溧水 中图分类号：TV1221. 问题的提出洪涝灾害一直是人类社会发展的重大威胁，与洪水的抗争贯穿着整个人类的文明史。随 着现代社会工程手段的提高，抵御
2、洪水的能力也有了显著提升，但洪涝灾害所造成的损失却 在不断增加。造成这个现象的原因较多，因涝成灾是其中最为突出的方面。尤其是在社会经 济快速发展的地区，原有的排涝动力不能满足发展的要求，累积的内涝损失远远高于洪水损 失。因此，必须有一套行之有效的方法科学评判现有排涝能力、预测未来需求，使之成为地 方可持续发展的有力保障。溧水县地处南京市南部，地跨秦淮河、石臼湖两大水系。沿河、湖分布着大量圩区，仅 万亩以上联圩就有 5 座，它们不但是本地粮食作物的主要产区，更是溧水县经济、社会、文 化活动最为频繁的地区。近年来，溧水县圩区在发展的同时，也面临着许多问题。目前普遍存在排涝模数偏小的 问题，城市圩区
3、平均排涝模数为 1.01.1m3/s/km2，农业圩区仅为 0.60.7m3/s/km2，不能满 足经济发展对排涝能力增加的需求。由于圩区内部分地区水系不畅，出现二级排水问题，排 涝压力进一步增大。圩区排涝设施老化，运行效率不高，内河河网淤积严重，也导致排涝能 力降低。仅 2002、2003 两年，内涝造成的直接经济损失就接近 1 亿元人民币，见表 1-1。 因此，必须根据圩区现状和发展提出合理的排涝模数，并提出有效的指导方针。表 1-1溧水县近年涝灾损失情况年份受灾面积(千公顷)成灾面积（千公顷）倒塌 房屋 (间）受 损房 屋（间）粮 食损 失(万吨)受 灾人 口直 接 经济 损 失(万元)
4、轻灾重灾绝收2002 年26.721.64.70.4792100.76420034002003 年209.35.41.32678700.6751006210- 9 -2. 计算方法研究2.1 设计暴雨计算溧水县排涝计算要求推求 20 年一遇设计点雨量，对溧水县历次特大暴雨和水位过程进 行分析，以 2002 年为暴雨典型，采用频率计算和典型暴雨同频率缩放方法推求设计暴雨过 程。2.1.1 设计雨量按溧水县圩区排涝要求，河道排涝标准为抵御 20 年一遇的暴雨。由于排涝模数与河湖 调蓄能力有关，而河湖调蓄能力决定了采用的设计暴雨控制时段。为了适应各类排水河道， 设计暴雨的控制时段取 1、3、6、24
5、h。天生桥站具有 19732005 年短历时暴雨统计资料，雨量资料系列相对较长，被选作为 溧水县圩区设计暴雨计算的雨量代表站。通过频率分析计算，得出点雨量频率分布参数及各统计时段 20 年一遇设计雨量，结果见表 2.11。表 2.11点雨量频率分布参数及 20 年一遇设计雨量参数1h3h6h24hP(5%)63.494.3124.8197.42.1.2 设计雨量时程分配根据表 2.11 列出的地区短历时暴雨统计参数，选取 2002 年 6 月 20 日 14 时22 日14 时逐时雨量作为典型暴雨过程，统计 1、3、6、24h 典型雨量，计算相应的缩放系数，见 表 2.12。根据缩放系数采用同
6、频率方法进行缩放，得出设计暴雨过程，见图 2.12。表 2.1-2点设计暴雨过程计算内容1h3h6h24h典型暴雨（mm）64.9105.5143.4245.7缩放系数0.9770.8940.8700.803设计暴雨（mm）63.494.3124.8197.4降雨(mm)7060504030201001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 历时(t)图 2.11 24h 设计暴雨过程2.2 产流计算2.2.1 产流计算模型及参数确定 溧水县属于丘陵平原区，将下垫面划分为水面、水田、旱地、城镇四种类型，产流结果
7、为四种下垫面之和。旱地主要包括水浇地、果林、绿化及未利用土地等，城镇包括城镇用地、工矿用地、公路用地和农村居民点等不透水面积。根据各种下垫面的特征及不同的产流规律， 利用水文模型由降水系列推求径流系列。（1）水面 按水量平衡方程由降雨扣除水面蒸发推求产水量，即y1 = P -1E式中，y1 水面产流量（mm）；P 降雨量（mm）；E 蒸发器蒸发量（mm）；1 水面蒸发折算系数。（2）水田 考虑水稻不同生长期的水田需水深度、耗水系数、及灌排方式推求灌排水量，计算公式为：y2 = H + P -2E - HoH+P-2EHoy2 = 0HoH+P-2EHm y2 = H + P -2E - HmH
8、 +P-2EHm式中，y2 水田产流量（mm）；2 水田蒸散发系数；H 水田初始水深（mm）；Ho 水田平均适宜水深（mm）；Hm 水田适宜水深上限（mm）。水田初始水深采用递推公式推求，根据第 i 日水深 Hi 、雨量 Pi、蒸发量 Ei，产流量y2i，推求出第 i+1 日水田水深Hi+1 = Hi + Pi - 2Ei - y2i水田灌排模型参数包含水田适宜水深、水田耐淹水深、水田需水系数等，这些参数随水稻类型和生育期而变，根据太湖地区农业试验资料，通过类比分析方法得出相关参数。（3）旱地及非耕地产流 太湖流域属湿润地区，根据近年来太湖流域水利、交通、环保部门和河海大学的大量科学研究和生产
9、实践的成果，采用新安江三水源模型推求旱地及非耕地产流量。（4）城镇产流 城镇区域划分为不透水面积和透水面积两部分分别计算产流量。不透水面积由降雨扣除洼地蓄水及雨间蒸发，剩余部分全部为地表径流。透水面积按新安江模型计算产流量。2.2.2 计算单元产流量 本次规划要求计算尺度小，必须计算到每个排涝单元，根据各下垫面的特征及不同的产流规律，分别进行产流及坡面汇流计算，并对每个单元的产流现状及趋势进行合理分析。溧水县 20 年一遇 24 小时设计点雨量为 197.4mm，按溧水县典型农业区产流和坡面汇流 模型计算，可得各计算单元 20 年一遇 24 小时设计暴雨的产流量，计算结果见表 2.2-1（仅
10、以永阳镇为例）。表 2.2-1 20 年一遇 24 小时各计算单元产流计算结果(mm)分区编号分区名称所在地区降雨产流总量 R现状近期远期1河东圩永阳197.4165.2165164.32新屋圩永阳197.4168.1168.5168.63清溪圩永阳197.4167.7168.3168.54宝塔圩永阳197.4174.3176.1176.95王家圩永阳197.4174175.5175.52.3 排涝计算2.3.1 农业圩区排涝模数圩区排涝模数计算按 t 日涝水 T 日排出，圩内沟塘可调蓄水量可在 T 日后排出，公式为 M0.0116（RtkZ）/T(2.3-1) 式中：M圩区设计排涝模数（m3
11、/s/km2）；Rtt 日暴雨产生的涝水径流（mm）； T排涝历时（d）； k圩区内水面率；Z圩内沟塘预降水深（mm）。 溧水县以农业为主的圩区内，农作物包括水稻、旱作物、经济作物，根据社会经济发展要求，溧水县农业圩区按 20 年一遇 24 小时暴雨涝水 48 小时排除（按一天排水 18 小时计）， 即 t1 日，T1.5 日。对应于不同的沟塘预降水深和水面率，可以计算出相应的排涝模数。 为了保证及时腾空圩内调蓄库容，预防下次暴雨洪涝，沟塘调蓄的涝水量在 3 日内全部排出 圩区，圩内河道恢复到雨前水位，按此要求计算得最小排涝模数不得低于 0.64 m3/s/km2。 计算结果见表 2.31。表
12、 2.3-1 农业圩区排涝模数（m3/s/km2）水面率（%）预降水深（m）0.250.50.7512.51.171.121.081.0351.121.030.930.837.51.080.930.790.64101.030.830.6412.50.980.74150.930.6417.50.88200.8322.50.79250.742.3.2 城镇圩区排涝模数城市地区是通过管道及地面排水系统排除的地面径流直接汇入河道，城镇圩区河道应该 将入流涝水及时排出，以保证沿河地区的安全，以及城区在排水设计标准条件下不积水。按江苏省城市管道设计条件，设计重现期为 1 年，设计暴雨历时为 60min,据
13、江苏省城 市排涝计算专题研究采用超定量法，采用南京市综合暴雨公式作为溧水县设计雨量计算的 依据：14.18(1 + 0.878 lg T )i=(t + 25.5)0.74(2.3-2)式中，i暴雨强度，mm/min； T 设计重现期，a； t设计暴雨历时，min。由 2.3-2 式推求得城市区域各时段 1 年一遇设计雨量 i，见表 2.3-2。按 1 小时一年一遇 暴雨条件，根据市政排水手册查算，综合径流系数约为 0.60.7 之间，设计净雨 h 及相应的 排水模数 M 计算结果见表 2.3-2。表 2.3-2 城市排水设计雨量及排水模数计算h(mm/h)M (m3/s/km2)0.6018
14、.985.270.6520.575.720.7022.286.17按溧水县城市河道排涝要求，河道排涝标准为排除 20 年一遇的暴雨产生的涝水。根据表 2.3-3 列出的 20 年一遇暴雨过程，按径流系数 0.70 进行产流计算，得出净雨过程，见 表 2.3-3 和图 2.3-1。以管道 1 年一遇排水能力（取 0.70，r22.28 mm/h）为控制,推求逐 时入河涝水径流过程，见表 2.3-3。表 2.3-3城镇圩区 20 年一遇设计净雨和入河径流计算起迄时间设计暴雨（mm）设计净雨（mm）河道入流（mm）14:0015:0022.346.56.515:0016:0042.3328.222.
15、2816:0017:000.076.612.5217:0018:000.072.52.518:0019:000.001119:0020:000.000.40.420:0021:000.000.20.221:0022:000.000.10.122:0023:000.000.10.123:0024:000.000.10.124:001:000.000.10.11:002:000.430.10.12:003:001.350.40.43:004:002.271.51.54:005:0023.1816.816.85:006:005.077.67.66:007:002.253.93.97:008:0028
16、.0721.221.28:009:0063.4150.722.289:0010:002.821522.2810:0011:002.41722.2811:0012:000.642.78.5612:0013:000.641.31.313:0014:000.000.50.5合计197.35174.5174.5图 2.3-1城镇圩区 20 年一遇净雨过程采用图 2.3-2 所示的割平头方法分析计算排涝模数，结果见表 2.3-4。其中，最小排涝模 数不小于 24 小时涝水 24 小时全部排出圩内河道的相应数值，即 1.839m3/s/km2。图 2.3-2城镇圩区 20 年一遇排涝模数计算示意图表 2.
17、3-4 20 年一遇城镇圩区排涝模数（m3/s/km2）计算表预降水深（m）水面率2%4%6%8%10%12%14%0.255.7675.4195.0724.7253.8743.4112.9480.505.4194.7254.0313.3362.6422.2360.755.0724.0312.9892.2361.8391.004.7253.3362.2361.8392.3.3 分区排涝模数计算各分区下垫面情况相差较大，随着社会经济的发展不断变化。城镇化进程加快，原有的 纯农业圩区减少，城镇化半城镇化圩区增多，在计算排涝模数时也应考虑这些变化。同时， 水系规划的实施也对下垫面状况影响深远，河道的
18、引水及行洪能力都将发生较大改变。因此，作为专项规划，统筹全局，考虑多方因素，保证规划的可行性。具体计算中，将圩区分为城镇圩区，农村圩区和混合圩区。其中城镇面积比例小于 15的圩区按农村圩区计算，城镇 面积比例大于 60%的圩区按城镇圩区计算，其余圩区按混合圩区进行计算。混合圩区排涝模数计算公式为：M = a1M1 + a2 M 2(2.3-3)式中：a1 城镇面积占圩区总面积比重；a2 其它面积占圩区总面积比重；M1 城镇圩区排涝模数；M 2 农业圩区排涝模数； 具体排涝模数的确定见表 2.3-5。表 2.3-5最小排涝模数（m3/s/km2）及排涝流量（m3/s）计算表分区编码分区名称分区面
19、积（km2）排涝模数设计流量现状近期远期现状近期远期1河东圩0.900.560.971.020.500.870.922新屋圩0.481.040.980.980.500.470.473清溪圩1.561.281.331.402.002.082.184宝塔圩0.502.003.033.151.001.511.585王家圩0.331.525.765.760.501.901.906五谷圩2.380.701.711.742.205.355.353. 计算结果分析通过计算可以发现，影响圩区排涝模数最主要的因素是圩内的城市化程度和可调蓄水面 积。城市化对排涝模数的影响主要体现在径流系数增大、汇流时间缩短、涝水
20、损失增加三个 方面。随着城市建设中大量使用水泥、沥青等硬质地面，地表的不透水层面积增加，径流系 数增大、汇流时间缩短直接导致洪水峰值剧增，超过城市管网的排水能力，加大低洼地区涝 水威胁1。同时城市中人们对交通、通讯、供电、供水、供气等保障设施的依赖，使得公共 基础设施对内涝更为敏感。并通过放大作用使受灾范围超出受淹的范围，超出单个部门，造 成巨大的间接经济损。可调蓄水面积调蓄库容的根本来源，如图 2.3-2 及表 2.3-4 所示，水面率大，则调蓄功 能强，反之则弱。但由于经济建设对原有水域的不合理侵占，大大削弱了原有水系对涝水的 调蓄能力，直接导致了排涝动力的不足。据测算，部分圩区的水面率从
21、改革开放初期的超过20%，锐减到不足 10%。因此，即使在土地利用情况基本不发生变化的情况下，排涝模数可 能增大数倍。因此，制定在规划排涝动力时，不仅在于加大排涝泵站本身的排涝流量，更主要的是利 用各种条件消减经济建设中对圩区排涝的不利影响。例如，利用城市绿地截留雨水；结合水 环境、水景观的要求，积极拓展水面；根据水系调整，沟通区内河道等。为促进“从控制向管理转变”提供了科学依据2。并在此基础上制定合理的排涝模数，真正做到以科学、高效、和谐的现代排涝体系保障本地区的可持续发展。4. 结论一个方法的成功，除了方法的本身，还有对人类的思考。解决一个地区的防洪排涝问题， 但要通过认真的调研、科学的计
22、算，更要通过合理的分析、人性化的思考。现代防洪排涝体 系不再仅仅是一个保障人民生命财产安全的工程范畴，更是促进人水和谐、人与自然和谐相 处的人性范畴。规划时必须通过计算、分析和思考，确定出适合本地区可持续发展的合理方 案。参考文献1 刘俊, 张建涛,刘翔等. 平原河网城市水资源综合规划防洪校核研究J.河海大学学报(自然科学版),2006,(06)2程晓陶, 吴玉成, 王艳艳等.洪水管理新理念与防洪安全保障体系的研究M. 中国水利水电出版 社, 2004Calculation And Thinking Of Drainage Modulus Of DikedArea at Nanjing,Lis
23、huiFeng DaweiCollege of Hydrology and Water Resource, Hohai University, Nanjing (210098)AbstractWith the acceleration of urbanization process,original drainage power Can not satisfy the therequirements of development, the accumulation waterlogging loses is muchhigher than the flood losses. Reasonabl
24、e planning drainage capacity of the dyked areas not only can create a scientific and efficient flood control drainage system, and is an important guarantee for sustainable development. Based on Calculation and thinking of Lishui drainage planning,the paper proposed drainage standards and rationalization proposals which is suitable for local development.Keywords: Dykedareas; Drainage modulus; Sustainable development; Nanjing ,Lishui.作者简介：冯大蔚，男，硕士研究生，主要研究方向为城市水务防洪规划。