史 春 王志富

随着城市的逐步扩大、外延，新型小城镇、开发区不断建设，原农业河道服务范围内的下垫面性质的变化，使得原有的一些农业河道在保留原农业排涝功能的同时逐步转变为城市的雨水、中水河道使用。这就急需要探讨一种兼有排除城市雨水、农业沥水及中水多功能河道流量的计算方法来指导工程实践。在我国的雨水设计流量中一直存在两种不同的方法:一种是在给水排水专业的雨水管道流量设计中广泛采用的极限强度法;另一种是水利专业的农业河道流量设计中广泛采用的年最大值法。两种计算方法的选样标准不一样，造成设计成果存在很大的不同。国内虽也做过两种方法衔接的研究，基于不同地方多年统计资料提出一些关于极限强度法和年最大值法设计流量的线性关系，但存在一定的局限性，尚不能作为一种规范和标准指导工程设计［1］。在实际工程设计中，把河道按照年最大值方法进行流量计算时，流量将偏小。而将河道看作一条主干管道，按照极限强度法计算河道流量时，显然是没有考虑河道自身的调蓄能力，计算结果又严重偏大。基于以上的问题，本文将借鉴一种新的城市雨水河道的流量计算方法——总量核算法［2］，并对此方法加以改进用于指导天津市北塘排水河的工程设计。天津市北塘排水河的前身为北塘排污河，建于1958年，于1976年进行扩建。河道西起河北区赵沽里泵站，东至东丽区永定新河，主要穿越的河道有月牙河、外环河、西减河、东减河、新地河。现北塘排水河担负着汛期雨水、农田沥水及污水处理厂出水的排水任务。河道全长33 km，在起点下游21 km处有一座中途提升泵站——山岭子泵站，装机流量为44 m3/s。本次河道改造将根据新修编的天津市总体规划的河道两岸用地性质重新进行河道流量及终点外排泵站流量的计算。

1 河道排水区划分

根据北塘排水河沿岸用地规划，将河道两岸服务地区的不同下垫面特性及排水性质的汇水区进行梳理，将汇水区按产流特性分为四种排水区，即排除雨水的城市化区、农业区、支流调蓄区和排除中水的污水处理厂出水区。

1)城市化区。城市化区的雨水是通过管道系统收集后经泵站提升后排入的，是组织化的快速排水，一般地区地面覆盖物透水性差，径流系数大，而且要求地面不能积水。现状及规划有民权门、增产道、祁连路、张贵庄南、华明工业园、华明新家园、东丽湖共7片排水区雨水排入北塘排水河。

2)农业区。农业区的雨水是渠道集流后排入的，雨水在被截流、下渗后汇集入渠道再集流的整个过程时间较长，易受蒸发、地形地质特性及植被覆盖等情况的影响。现状渤海石油生产基地、永和村两片排水区的雨水仍然排入北塘排水河。

3)支流调蓄区。支流调蓄区为北塘排水河支流的服务地区，在排入北塘排水河前上游服务地区的雨水经过了河道、湖面的调蓄。现状空港、横沟两片排水区属于此种情况。

4)污水处理厂出水区。污水处理厂出水区是北塘排水河两岸服务地区的污水经现状及规划的污水处理厂处理，达标后排入河道。河道接纳沿线东郊、华明工业园、空港、张贵庄、东丽湖共5座污水处理厂的出水(见表1)。

表1 北塘排水河各排水区情况表

2 河道流量的模拟计算

北塘排水河两岸不同性质、不同排入位置的分片地区流量进入河道水体后，不能以峰值叠加流量作为河道设计流量，需考虑调峰、错峰对河道流量的削减。在这里可采用总量核算法进行模拟计算。

总量核算法的5个计算步骤分别为:用极限强度法求管道出口洪峰流量，绘制服务区Q—T曲线图，修正Q—T曲线图，将各个服务区Q—T曲线图叠加为W—T总曲线图，设计河道尺寸和控制参数。总量核算法原针对城市市内排水河道而应用，要求河道作用服务区应是上述产流区划分中的第一种城市化区的适用条件，后三种区域不适用，有一定的使用局限。而采取改进后的总量核算法将其余三种情况也可以计入计算，拓宽了其应用条件。主要改进点如下:

1)农业区根据天津市平原地区农田除涝设计机排时间按2 d考虑，大于W—T总曲线图中河道形成设计最大流量的时间。简化计算可按农业沥水万亩测算模数乘以农业区面积计入河道总流量，叠加入W—T总曲线图。2)支流调蓄区上游虽有管道、泵站等排水系统，但考虑其本身为调蓄后排入北塘排水河且调蓄外排时间无法调控，因此设计时将支流调蓄区流量折减50%后计入排入流量，叠加入W—T总曲线图。3)污水处理厂为日平均排水，直接按处理厂处理规模计入流量，叠加入W—T总曲线图。4)这样就可以绘制出多功能河道的完整W—T总曲线图来求得河道设计流量(见图1)。取河口断面，通过错峰削减，河道降雨20 h后达到峰值流量79.02 m3/s为河道设计流量。

3 河道调蓄削减流量

在日常河道管理中往往利用河道自身容量的调蓄作用，以蓄代排，削减河道汇流峰值并减缓水位抬高速度，以缓解区域排水压力，这种方法对河道终点外排泵站规模有直接的影响。我们把这种方法作为总量核算法的补充。

以北塘排水河为例，根据北塘排水河W—T曲线图，汛期北塘排水河降雨初期为11.63 m3/s，逐渐递增，降雨20 h后达到峰值流量79.02 m3/s，后逐渐递减，降雨 24 h 后流量 62.41 m3/s，24 h内平均流量48.67 m3/s。综合计算分析结果并比对现状河道中途山岭子泵站多年运行资料，确定北塘河口泵站远期设计流量为48 m3/s。同时在设计上提出管理运行要求，即在河道汇水区内发生降雨时，拟建河道终点泵站开车排水。随着降雨历时的延长，泵站前水位的上涨增加开车台数，达到调蓄的目的。

4 应用中应注意的问题

1)在设计前期收集资料时必须要准确掌握各个片区在河道排入点的位置，这是建立W—T总曲线图的基础。

2)在农业区排入流量计算时在按照农业流量模数计入的同时，可根据有关农田除涝中产流计算方法进行计算。

3)在支流调蓄区域排入流量计算时，对支流流量的计入应根据实际出口断面统计资料综合分析，在没有统计资料时可采用本文的折减方法计入。折减计入时要分析支流的排水体制、调蓄能力、排水出路流量来综合确定，为保证最终河道流量的安全，建议折减系数不低于50%。

4)在设计河道终点外排泵站时要利用河道自身容量调蓄削减峰值，并利用现状河道运行资料进行校核。

5 结语

改进的总量核算法主要修正了原方法中对汇水区中的农业区、支流调蓄区、污水处理厂出水区不适用问题，并增加考虑了河道自身容量调蓄的措施。利用此种方法可克服按照年最大值方法进行流量计算时结果偏小，以及按照极限强度法计算时计算结果偏大的问题，使得理论计算的结果更趋于实际运行资料。虽然此种计算方法的合理性与准确性尚值得进一步探讨，但仍希望对多功能河道的设计提供一定的参考。

［1］刘 俊，俞芳琴，张建涛，等.城市管道排水与河道排涝设计标准的关系［J］.中国给水排水，2007(2):35-36.

［2］李汉印，鲁航线.采用“总量核算法”解决城市河道排水水力计算问题［J］.给水排水，2001(8):11-12.

［3］翁伟军.探讨城市河道整治与城市建设的融合［J］.山西建筑，2010，36(5):359-360.