城市管道排水与河道排涝设计标准的关系

城市管道排水与河道排涝设计标准的关系在我国城市排水规划和设计中,由于管道排水与河道排涝调蓄能力的不同,暴雨资料的选样方法和设计暴雨的历时均存在一定差异,致使城市管道排水与河道排涝设计标准之间常常难以衔接。为此,以南京市的雨量资料为研究对象,采用新颖的研究思路,得出了不同选样方法与设计暴雨重现期之间的定量关系。该方法解决了管道排水与河道排涝设计重现期之间不衔接的问题,为城市排水规划中设计标准的确定提供了参考依据。长期以来,我国管道排水设计流量计算中暴雨公式的选样方法多采用超定量法,城市及区域河道排涝暴雨公式的选样方法则为年最大值法。此外,两者设计暴雨的历时也有显著差别。其计算结果造成在相同的暴雨重现期条件下,两种选样方法的设计暴雨数值可能存在很大差异;或者对于相同的暴雨设计值,两种选样方法所对应的重现期不同[1]目前,按我国的规范尚不可能使两种选样方法统一,也没有两种方法所得设计值与重现期之间的定量关系。1暴雨频率的计算对某市的雨量资料,分别采用两种选样方法建立暴雨样本系列,采用P―Ш型频率曲线配线,得到频率曲线及其统计参数(见图1、2),并计算出相应重现期下的雨量设计值(见表1)。其中年最大值法采用的是年频率P2=m/n+1(n为资料的年数),可以直接从频率曲线上读取;超定量法采用的是次频率P1=m/N+1(N为样本的总数),在计算设计值时,要把年频率转化成相应的次频率P1=P2×(n+1)/(N+1),然后从次雨量频率曲线上读取相应的设计值表1时段雨量设计值由表1可见,当暴雨重现期20a时,两种方法得出的设计值相近;当重现期20a时,年最大值法频率曲线的设计值明显偏小。2与重现期的对应关系由超定量法的各种重现期(0.33、0.5、1、2、3、5、10、20a)及各时段(1、3、6、12、24h)的设计值,查年最大值法频率曲线上相应的重现期,从而得出两种选样方法在同一时段相同暴雨设计值下,重现期之间的对应关系,结果见表2。由表2可知,在设计值相同的情况下,年最大值法频率曲线的重现期大于超定量法的重现期,但其倍比随重现期的增大而迅速减小。重现期/a选样方法时段雨量设计值/mm1h3h6h12h24h50年最大值法73.4118.6161.9206.8251.0超定量法74.4120.9164.0208.4255.520年最大值法63.0102.9164.0208.4255.5超定量法64.4104.7140.2177.0214.210年最大值法54.988.8117.7147.2172.5超定量法56.891.2120.5151.1180.25年最大值法46.374.997.4120.2137.7超定量法49.178.3101.9126.5148.43年最大值法39.564.081.899.7111.9超定量法44.069.689.6110.3127.62年最大值法33.454.168.081.789.6超定量法39.562.379.296.8110.41年最大值法16.326.333.140.044.8超定量法31.348.860.672.580.1表2同一设计值年最大值法与超定量法重现期对应关系3.管道和河道排水设计标准的衔接从表2结果可以看出,超定量法重期为1年的暴雨设计值与同历时年最大值法重现期为1.7年的设计值相近,但该结果不能作为设计条件下管道和河道设计重现期匹配的依据,主要原因是河道的调蓄能力远大于管道,其设计汇流时间和设计暴雨历时大于管道。为此,在不同选样方法及不同设计历时条件下,对管道和河道设计标准的衔接方法进行了以下研究。设管道设计时段为1h,按设计标准得出1h的设计雨量为X1p,则按管道排水设计要求,只要1～24h内最大1h雨量不超过设计雨量,管道雨水就可以全部排入河道,统计满足上述条件的降雨场次分析此1～24h内各时段最大雨量(如X1、X3、X6、X24等)的重现期,具体步骤如下:①按排水规划常用设计时段取管道设计时段为1h,计算指定重现期(1、2、3年)的1h设计雨量X1p;②按超定量法划分全部n年实测资料的各次降雨过程,同时统计各次降雨相应的3、6、12、24的雨量X3、X6、X12、X24;③选出全部n年实测资料中最大1h雨量小于X1P的nx次降雨过程,在nx次降雨过程中统计3、6、12、24h的最大雨量X3m、X6m、X12m、X24m,查相应降雨历时的年最大值雨量频率曲线(图1),得出相应于年最大值法的年频率结果见表3。暴雨重现期随降雨历时增加其对应的年最大值重现期有增大的趋势,但增大的幅度随降雨历时的增加而减少。由表3可知,当管道设计暴雨重现期为1年时,河道相应的排涝设计暴雨重现期为7～18年;当管道设计暴雨重现期为2年时,河道相应的排涝设计暴雨重现期为16～29年;当管道设计暴雨重现期为3年时,河道相应的排涝设计暴雨重现期为17～31年。表3超定量法与年最大值法重现期对应表4结论①对城市的雨量资料采用年最大值法与超定量法进行选样,得到的暴雨设计频率曲线结果表明:当暴雨重现期20年时,两种方法得出的频率曲线设计值和重现期相近;当重现期20年时,年最大值法频率曲线的设计值明显偏小;在设计值相同的情超定量法重现期年最大值法相应重现期1h3h6h12240.331.041.041.021.011.010.51.21.141.151.141.1411.751.641.641.641.6923.02.792.772.82.9234.193.93.863.94.0955.985.75.625.665.911011.331110.7910.8111.282022.7422.5921.9821.7522.81管道排水超定量法1h设计雨量的重现期河道排涝年最大值法重现期3h6h12h24h17.212.315.918.1215.922.027.629.0317.225.327.631.1况下,年最大值法频率曲线的重现期大于超定量法的重现期,但其倍比随重现期增大而迅速减小。②对城市的雨量资料分析表明,当管道设计暴雨重现期为1年时,河道相应的排涝设计暴雨重现期为7～18年;当管道设计暴雨重现期为2年时,河道相应的排涝设计暴雨重现期为16～29年;当管道设计暴雨重现期为3年时,河道相应的排涝设计暴雨重现期为17～31年。当河道调蓄能力较小时可取下限,较大时则取上限。③提出的管道和河道排水设计标准的衔接方法也适于其他城市,但由于各城市河道调蓄能力及设计降雨历时不同,管道和河道排水设计标准的关系也会有所不同。