内涝水位专题分析

1、内涝水位计算报告1目目 录录1 概述概述 .11.1 项目来源 .11.2 评价依据 .11.3 技术路线 .21.4 高程系统 .22 基本情况基本情况 .32.1 建设项目基本情况 .32.2 沿线地形、气象、水文条件 .32.3 水文站网 .52.4 城市防洪规划 .62.5 排水管网建设管理情况 .83 设计暴雨推求设计暴雨推求 .103.1 某地水文站设计暴雨计算 .103.2 朗梨水文站设计暴雨计算 .113.3 罗汉庄水文站设计暴雨计算 .123.4 白箬雨量站设计暴雨计算 .144 内涝水位分析计算内涝水位分析计算 .154.1 计算原理 .154.2 hp的计算.164.3

2、内涝水位计算的步骤和流程.174.4 计算实例 .195 几点建议几点建议 .21- 1 -1 概述1.1 项目来源据住房和城乡建设部 2010 年对国内 351 个城市排涝能力的专项调研显示，2008 年2010 年间，有 62%的城市发生过不同程度的内涝，其中内涝灾害超过 3 次以上的城市有 137 个；在发生过内涝的城市中，57 个城市的最大积水时间超过 12 小时。每一次内涝都造成巨大损失，对已建工程的正常运行也造成了较大的影响。如 2010 年 5 月 14 日，广州市大暴雨造成城区 17 处积水，工程 2 号线进水停运；2011 年 7 月 18 日，南京市大暴雨时在新街口的工程站

3、 24 号出口的地方，路面积水瞬间倒灌进了工程里边；2012 年 7月 21 日北京市特大暴雨，营运的工程线路出现 9 处进水。为最大程度的减少城市内涝对线路的影响，对 4 号线各个车站、停车场等重要设施所在地进行内涝水位的分析计算，为设计单位提供设计依据。1.2 评价依据1.2.1 有关技术规范和技术标准(1) 中华人民共和国国家标准防洪标准 （gb502101-94） ；(2) 水利水电工程设计洪水计算规范 （sl44-2006） ；(3) 水利水电工程水文计算规范 （sl278-2002） ；(4) 降水量观测规范 （sl21-2006） ；(5) 水文资料整编规范 （sl247-199

4、9）- 2 -(6) 室外排水设计规范（2011 年局部修订） （gb 50014-2006）(7) 工程设计规范 （gb50157-2003）1.2.2 有关技术文件1.2.3 其它资料1.3 技术路线1、推求设计暴雨。根据某地市内某地水文站、朗梨水文站、罗汉庄水文站、白箬雨量站实测降雨资料，通过频率曲线法推求 100 年一遇设计暴雨。2、确定汇水面积。根据工程设计资料和工程区域的地形地貌特征，确定汇水面积。3、计算排水量。根据雨水管网和排涝泵站的排水能力，计算每小时的排涝量。4、计算地面平均积水深度。100 年一遇设计暴雨降雨量 - 排水量 = 地面积水深度。5、绘制容积曲线。根据地形图，

5、求算各级高程的容积，以纵坐标表示高程、横坐标表示容积，即可绘制容积曲线。6、内涝水位计算。地势低洼处内涝水位计算，根据计算求得的100 年一遇设计暴雨时汇水区域内的产水量，查容积曲线即得到内涝水位；地势平坦处内涝水位 = 地面高程 + 地面平均积水深度。1.4 高程系统如无特别说明，均为黄海国家高程基准。- 3 -2 基本情况2.1 建设项目基本情况2.2 沿线地形、气象、水文条件某地市地处湘江下游、濒临洞庭，处于湘中丘陵与洞庭湖冲积平原过渡地带和湘浏盆地。市区西面为丘陵地貌，东面主要为河流阶地。地形总体较为平坦，地势呈西南高、东北低展现。湘江由南向北纵贯本区中部，东、西两侧分别发育有浏阳河、

6、捞刀河、靳江河等支流，河流沿岸地形平坦开阔，阶地发育，现代河床标高均低于30m，阶地面标高3080m，自然坡度一般小于10。湘江以西主要为剥蚀构造地形，其中砂、页岩丘陵区海拔200300m，自然坡度一般715；浅变质岩丘陵区海拔一般小于100m，丘顶面波状起伏，沟系发育，相对高差均小于50m，自然坡度一般小于10。湘江以东为红岩丘陵区，海拔60160m，相对高差4080m，自然坡度一般1015，谷地开阔平缓。 2.2.2 气象水文工程区域属太平洋季风型气候，又因接近大陆内部，常受大陆型气候影响，气候的特点是四季分明，雨量丰沛，夏季湿热，冬季不甚寒冷。降雨量的年内、年际变化也较大，年内降雨多集中

7、在 47 月，约占全年的一半，年际间的变化亦很大，最多年降雨量可达最少年降雨量的 23 倍。根据某地市气象站资料统计，多年平均气温 16.9，极端最高气温 40.6（1953 年 8 月 13 日） ，极端最低气温-12.0（1972 年 2 月- 4 -9 日） ，多年平均风速 2.6m/s，主导方向为西北风，汛期最大风速多年平均值为 14.0m/s，实测最大风速 20.7m/s（1980 年 4 月 13 日，风向为 nnw） ，多年平均日照时数 1636h。某地地区主要气象特征值见表2.2.2-1。根据某地水文站资料统计多年平均降水量 1378.6mm，年内分配不均，36 月占全年水量的

8、 55%以上，历年最大 24h 暴雨 236.2mm，最大3d 暴雨 307.4mm。某地站降雨年内分布见表 2.2.2-2。表表 2.2.2-12.2.2-1 某地主要气象特征值表某地主要气象特征值表项目降雨量(mm)蒸发量(mm)气温()地面温度()日照(h)风速(m/s)无霜期(d)降雪日/积雪日(d)多年平均1378.61351.417.119.516362.6269.59.8/6.2历年最大(高)1984.41442.8(66 年)40.6(53.8.16)41.7（80.7.1）2124（56 年）24.0(57.4.10)积雪深20cm(79.1.31)历年最小(低)898.99

9、46.5(54 年)-11.3(72.2.9)-15.2(57.2.7)1337(82 年)历年最大24h 暴雨（mm）263.2(65.7.5)历年最大 3d暴雨(mm)307.4(69.8.9)历年最大15d 暴雨(mm)509.2(69.6.22)表表 2.2.2-22.2.2-2 某地站多年平均月降水量表某地站多年平均月降水量表月份123456平均(mm)59.492.6139.9198.8214.5190.6占年%4.316.7210.1514.4215.5613.83月份789101112平均（mm）111.7109.163.786.468.743.7占年%8.117.914.62

10、6.264.983.13年统计年平均 1378.6mm注注: :其中其中 3 37 7 月占全年月占全年 62.07%,462.07%,46 6 月占全年月占全年 43.81%43.81%。- 5 -2.2.3 河流水系某地市溪河纵横，水系发育。境内河流水系大多属湘江流域，少数外流河属南洞庭湖水系，支流河长在 5km 以上的有 302 条，其中湘江流域有 289 条，南洞庭湖水系 13 条，较大的一级支流有浏阳河、捞刀河、沩水，为市境内的三大河流，总流域面积为 8922.13km2，占全市总面积的 75.6%，其他一级支流有：靳江、龙王港、八曲河、沙河等。某地市区水系较为发育，湘江纵贯城区南北

11、，靳江河、龙王港自西向东流入湘江，浏阳河、捞刀河及沙河自东向西流入湘江，另有圭塘河自南向北流入浏阳河。轨道交通 3 号线所涉河流有：湘江、浏阳河、靳江河；轨道交通4 号线所涉河流有：湘江、浏阳河、龙王港、奎塘河。2.3 水文站网某地市区内建有某地水文站、朗梨水文站、罗汉庄水文站、白箬雨量站。某地水文站系湘江的控制站，位于某地市天心区楚湘街水电码头下游约 10m 处，该站控制流域面积 83020km2。设于 1909 年，有水位、流量、雨量等观测项目。朗梨水文站系浏阳河的控制站，位于雨花区黎托乡川河村。设立于 1957 年 5 月，流域面积 3815km2，有水位、流量、雨量等观测项目。罗汉庄水

12、位站位于某地市开福区捞刀河镇罗汉庄村，设立于 1972年 1 月，1980 年 1 月停测，1999 年恢复观测，并改为防汛专用水文站，控制流域面积 2468km2。有水位、流量、雨量等观测项目，从 1972 年- 6 -至今均有降雨量观测。白箬雨量站位于望城区白箬乡龙塘村，1962 年设站，有完整的降水量观测资料。2.4 城市防洪规划2.4.1 城市防洪规划范围根据某地市城市总体规划中 2010 年 966km2市区范围内，确定某地市城市防洪规划范围为：南至解放垸和坪塘镇，北至霞凝镇和谷山乡，西至天顶乡，东至朗梨镇和螺丝塘乡。总面积 661.4km2。为了区别重点，将上述规划范围划分为中心城

13、区与非中心城区。依据自然地理条件和经济地位，中心城区划分为 3 片。河东片：湘江猴子石至浏阳河河口以东，浏阳河河口至洪山庙以南，浏阳河洪山庙至花桥和奎塘河以西，井豹路(豹子岭-井湾子-圭塘)以北，即湘江以东老城区，总面积 108.58km2（2010 规划发展面积，下同） ，城建面积 82.36 km2。河西片：湘江靳江河口至三汊矶以西，靳江河口至龙回塘以北，望城坡以东，谷山以南，即湘江以西老城区，总面积 78.39km2，城建面积 23.23 km2。捞霞片：湘江浏阳河河口至霞凝港以东，浏阳河河口至洪山庙以北，某地-湘阴公路以西，沙河以南，即捞霞组团开发区，总面积44.36km2，城建面积

14、10.05 km2。除中心城区以外的规划范围，为非中心城区中的朗梨、坪塘两镇以及东岸、朝正两垸，分布于中心城区的外围，总面积 31.1km2，城建面积 23.3 km2。- 7 -2.4.2 防洪标准防洪标准：1）中心城区河西片、河东片防洪标准为 200 年一遇洪水。 2）中心城区捞霞片防洪标准为 100 年一遇洪水。 3）非中心城区的东岸、朝正两垸防洪标准为 100 年一遇。2.4.3 防洪工程建设情况3 号线一期工程从西边起，穿越靳江河、湘江、浏阳河。所涉堤垸有洋湖垸、丰顺垸、河东片湘江大道岸线、长善垸、福安垸、朝正垸。其中丰顺垸、河东片湘江大道岸线、长善垸、福安垸、朝正垸已达到设计防洪标

15、准，洋湖垸靳江河段防洪堤正在进行达标建设。4 号线一期工程从北边起分别穿越龙王港、湘江、圭塘河、浏阳河，所涉堤垸为：联合垸、岳华垸、茶山垸、麓山垸、湘麓垸、河东片湘江大道岸线、合丰垸、敢胜垸。其中联合垸、岳华垸、茶山垸、麓山垸、湘麓垸、河东片湘江大道岸线、合丰垸已达到设计防洪标准，敢胜垸防洪工程建设已完成可研报告，根据实施安排 2015 年 12 月完成达标建设。- 8 -2.5 排水管网建设管理情况我市排水系统从技术层面分为雨污合流和雨污分流两大体系。根据地势高程又分为高排和低排两个层面，其中老城区为雨污合流体系，岳麓区和新建城区为雨污分流体系。雨污合流体系采用完全截流式截污，即在低区通过设

16、置堰门将合流污水转输至污水泵站，暴雨期间超堰部分直接排放；雨污分流体系雨水直接排放，污水直接进污水泵站或污水处理厂。城市排水设施从流程上分界，又分为上、中、下游三大部分。1 1、上游部分：、上游部分：排水户户内排放设施。该部分由排水户自行投资建设，并接入市政管网。2 2、中中游游部部分分：包括收集管网、提升泵站、撇洪渠三大块。 收集管网由当地政府负责投资建设，原则上与道路建设同步实施。运行维护管理由市水务局委托城管局系统各区市政局承担，水务局负责指导与监管；提升泵站分为雨水提升泵站和污水提升泵站。雨水提升泵站原则上与收集管网同步建设，主要负责城区桥梁、隧道下的排水。目前我市共有 15 座，其中

17、芙蓉路立交桥、袁家岭立交桥以及隧道设施等 6座由水务局委托市住建委下属单位市桥梁管理处负责运行管理；另武广片区道路桥梁下的 9 座由水务局下属单位某地市城区排水设施运行服务中心负责运行管理。污水提升泵站及其压力输送管网原则上纳入污水处理厂项目同步建设，我市目前共有 21 座，由某地市城区排水设施运行服务中心负责运行管理。撇洪渠主要存在于原城郊结合部的新城区，原属农排系统，由当地村、镇、基层组织负责维护管理，现城市化后管理、维护责任不明确。3 3、下游部分：、下游部分：包括高排排江口、低排排江口及排渍泵站、污水处理厂三大块。高排排江口原则上与高排管同步建设。独立、新建的低- 9 -排排江口及排渍

18、泵站。运行管理目前分两块：主城区由市排水设施运行服务中心负责，另一部分原城郊结合部排渍设施由各区水务（农林水利）局负责。污水处理厂由投资业主负责建设及运行管理，市水务局负责行业管理及运行监管。- 10 -3 设计暴雨推求某地市区内建有某地水文站、朗梨水文站、罗汉庄水文站、白箬雨量站，且均有长系列的降雨资料，设计暴雨计算成果均可作为计算和设计依据。本次内涝水位计算时，根据“就近”原则，每个工程车站均采用最近一个水文站的雨量资料作为内涝水位计算的依据。3.1 某地水文站设计暴雨计算某地水文站设于 1909 年，1949 年停测。1950 年 7 月由当时的湖南省人民政府水利局恢复，设于某地市河西施

19、家港合佳村，1954 年 5月改为水位站，即某地水位(一)站。1955 年 4 月与省内河航运局海关水位站合并，上迁至某地市湘江东岸五一轮渡码头下首附近，更名为某地水位(二)站。1970 年再次上迁至某地市楚湘街水电码头下游约10m 处，即为现在的某地水文(三)站。1950 年以前降雨资料不完整，19501969 年虽然有完整的降雨资料，但未统计各时段降雨量表，因此本次计算采用 19702011 年共 42年降雨资料，对各时段降雨的 100 年一遇设计暴雨进行推求。推求方法为：采用各时段降雨量（1h、3h、6h、12h、24h）每年的最大值进行频率计算求得。计算成果见表 3.1-1,1h 最大

20、降雨频率计算图见图 3.1-1。表 3.1-1 100 年一遇设计暴雨计算成果表 单位：mm- 11 -100 年一遇设计暴雨站名1h3h6h12h24h资料系列某地99.2129.0165.1208.7230.719702011图 3.1-1 某地站 1h 最大降雨频率计算图3.2 朗梨水文站设计暴雨计算朗梨水文站设立于 1957 年 5 月，有 19582011 年完整的降雨量资料。但 19501969 年虽然有完整的降雨资料，但未统计各时段降雨量表，因此本次计算采用 19702011 年共 42 年降雨资料，对各时段降雨的 100 年一遇设计暴雨进行推求。推求方法为：采用各时段降雨量（1

21、h、3h、6h、12h、24h）每年- 12 -的最大值进行频率计算求得。计算成果见表 3.2-1,1h 最大降雨频率计算图见图 3.2-1。表 3.2-1 100 年一遇设计暴雨计算成果表 单位：mm100 年一遇设计暴雨站名1h3h6h12h24h资料系列朗梨88.9146188.4248.130319702011图 3.2-1 朗梨站 1h 最大降雨频率计算图3.3 罗汉庄水文站设计暴雨计算罗汉庄水文站设立于 1972 年 1 月，1980 年 1 月停测，1999 年恢复观测，并改为防汛专用水文站，从 1972 年至今均有降雨量观测。因此本次计算采用 19722011 年共 40 年降

22、雨资料，对各时段降雨的 100- 13 -年一遇设计暴雨进行推求。推求方法为：采用各时段降雨量（1h、3h、6h、12h、24h）每年的最大值进行频率计算求得。计算成果见表 3.3-1,1h 最大降雨频率计算图见图 3.3-1。表 3.3-1 100 年一遇设计暴雨计算成果表 单位：mm100 年一遇设计暴雨站名1h3h6h12h24h资料系列罗汉庄87.6121163.322325519702011图 3.3-1 罗汉庄站 1h 最大降雨频率计算图- 14 -3.4 白箬雨量站设计暴雨计算白箬雨量站位于望城区白箬乡龙塘村，1962 年设站，有完整的降水量观测资料。本次计算采用 1970201

23、1 年共 42 年降雨资料，对各时段降雨的 100 年一遇设计暴雨进行推求。计算成果见表 3.4-1,1h 最大降雨频率计算图见图 3.4-1。表 3.4-1 100 年一遇设计暴雨计算成果表 单位：mm100 年一遇设计暴雨站名1h3h6h12h24h资料系列白箬93.9138.420426428719702011图 3.4-1 白箬 1h 最大降雨频率计算图- 15 -4 内涝水位分析计算4.1 计算原理内涝水位的计算按水量平衡原理：即h=p-p-hp （式 4.1-1）h计算时段 t 内的地面平均积水深度，单位：mm；t计算时段，取 1h、3h、6h 分别进行试算，当计算得 h为最大值时

24、，即为采用的计算时段；p计算时段内 100 年一遇设计暴雨，单位：mm；p降雨损失量，单位 mm，包括雨间蒸发量、地面下渗量、填洼量（塘、水池、洼地等调蓄量） ；hp计算时段内，通过城市排水管网和排涝泵站排出的水量，单位：mm。当计算范围内建筑物密集，p 难以计算准确时，p-p 可按下式进行计算：p-p=p （式 4.1-2）采用室外排水设计规范中综合径流系数综合径流系数综合径流系数区域情况城市建筑密集区0.600.85城市建筑较密集区0.450.6城市建筑稀疏区0.200.45- 16 -4.2 hp的计算计算时段内，通过排水管网和排涝泵站排出的水量（hp） ，取决于排水管网和排涝泵站的排涝

25、能力。排水管网、排涝泵站的设计排涝能力根据设计暴雨重现期采用某地市暴雨强度公式进行计算。某地市暴雨强度公式计算： q1141.9(1+0.54lgp)/(t+8.277)0.5127 （式 4.2-1）t设计降水历时（min） ；t =t1 + mt2 t1地面集水时间，按规范 515 分钟；t2管渠内雨水流行时间（min）m折减系数，按规范暗管（涵）取 2.0，明渠取 1.2p设计重现期。根据室外排水设计规范 （gb 50014-2006） ，雨水管渠设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般采用 13a，重要干道、重要

26、地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用 35a，并应与道路设计协调。特别重要地区和次要地区可酌情增减。雨水设计流量，应按下列公式计算：qs=qf （式 4.2-2）式中：qs雨水设计流量（l/s） ；q设计暴雨强度l/(shm2)；径流系数；f汇水面积（hm2） 。hp=0.36qst/ f （式 4.2-3）- 17 -qs、t、f：符号意义和单位同上。以火车站为例进行计算：根据某地站周边地区排水专项规划，按照本片区规划路网标高及地块用地高程划分，和平闸泵站服务区均为在黄海高程 38.50 米以下的地块，属于城市低排区域，汇集雨水汛期需通过和平闸泵站强排出江，该片区汇流范围为 42

27、0.8ha，和平闸泵站的设计流量为：q=sq=420.8104.840.68= 30000 l/s（径流系数取=0.68） 。由于本区域雨水无水体调蓄，故和平闸泵站的雨水流量按 30.0 m3/s 进行设计。hp=0.36qhp=0.36qs st/t/ f=0.36300001420.8=25.7mmf=0.36300001420.8=25.7mm，说明火，说明火车站排水管网、排涝泵站的设计排涝能力为车站排水管网、排涝泵站的设计排涝能力为 25.7mm/h25.7mm/h。4.3 内涝水位计算的步骤和流程内涝水位计算步骤如下：1、推求设计暴雨。根据某地市内某地水文站、朗梨水文站、罗汉庄水文站

28、、白箬雨量站实测降雨资料，通过频率曲线法推求 100 年一遇设计暴雨。根据“就近”原则，每个站均采用最近一个水文站的雨量资料作为内涝水位计算的依据。2、计算降雨损失量 p。当计算范围内建筑物密集，p 难以计算准确时，p-p 按式 4.1-2 进行计算。3、计算排水量 hp。根据雨水管网和排涝泵站的排水能力，计算每小时的排涝量。4、计算地面平均积水深度。100 年一遇设计暴雨降雨量 - 排水量 = 地面积水深度。5、确定汇水面积。根据工程设计资料和工程区域的地形地貌特征，确定汇水面积。- 18 -6、绘制容积曲线（zv） 。根据地形图，求算各级高程的容积，以纵坐标表示高程、横坐标表示容积，即可绘

29、制容积曲线。7、内涝水位计算。地势低洼处内涝水位计算，根据计算求得的100 年一遇设计暴雨时汇水区域内的产水量，查容积曲线即得到内涝水位；地势平坦处内涝水位 = 地面高程 + 地面平均积水深度。内涝水位计算工作流程图见图 4.3-1。3 号线内涝水位计算成果见表 4.3-1，4 号线内涝水位计算成果见表 4.3-2。- 19 -图 4.3-1 内涝水位计算工作流程图4.4 计算实例本次以河西的望月湖和河东的书院路为例，进行典型计算。4.4.1 望月湖站典型计算1、参数的选取。- 20 -p：距离望月湖最近的水文站是某地水文站，因此暴雨资料选用某地水文站的计算成果；：望月湖属城市建筑密集区，取

30、0.82；hp：望月湖片区雨水通过麓山垸泵站排入龙王港，经计算麓山垸泵站的实际排渍能力为 22.4mm/h，则 hp取 22.4mm/h。2、h 的计算t=1 时，利用（式 4.1-1）计算得 h=58.9mm；t=3 时，利用（式 4.1-1）计算得 h=38.6mm；t=6 时，利用（式 4.1-1）计算得 h=0.98mm；t=1 时，计算的地面积水深度 h 为最大。3、容积通过查阅该区域 1:500 地形图结合实地查勘，确定望月湖的汇水面积为 225400m2。4、内涝水位的计算通过计算，汇水区域内 100 年一遇设计暴雨时，地面产水量为13270 m3。通过查容积曲线得：地面积水深度为 0.55m。内涝水位=31.85+0.55=32.4m。4.4.1 书院路典型计算1、参数的选取。p：距离书院路最近的水文站是某地水文站，因此暴雨资料选用某地水文站的计算成果；：书院路属城市建筑密集区，取 0.85；h