城市中心区建设工程设防水位计算研究方法与流程

1.本发明涉及设防水位计算领域，具体为城市中心区建设工程设防水位计算研究方法。


背景技术：

2.苏州城市防洪依托流域环太湖大堤抵挡西部太湖洪水，以娄江、吴淞江、大运河为骨干外排通道保障城区洪涝水及时外排，苏州市地处太湖流域下游，地势低洼，上承客水入境，下受江潮顶托，排水不畅，是一个洪涝多发的地区，尤其是大水年份5～7月的梅雨和8～10月的台风雨，常常会造成局部地面积水。
3.近年来，随着全球气候变化的影响，极端天气日益增多，且由于城市规模快速增长，自然调蓄功能不断下降，使得降雨产生的径流量变大，径流时间缩短，洪峰流量增大，出现时间提前等一系列水文变化现象，导致城市内涝灾害频发，加剧了城市防洪防涝压力，洪涝灾害严重威胁城市交通的正常运行以及人民的正常生活。
4.苏州市地处太湖流域下游，地势低洼，上承水入境，下受江潮顶托，排水不畅，是一个洪涝多发的地区，尤其是大水年份5～7月的梅雨和8～10月的台风雨，常常会造成局部地面积水。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，解决了苏州市地处太湖流域下游，地势低洼，上承水入境，下受江潮顶托，排水不畅，是一个洪涝多发的地区，尤其是大水年份5～7月的梅雨和8～10月的台风雨，常常会造成局部地面积水的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，包括具体方法：
9.s1、收集研究地区的资料，收集整理两个水文测站的历年实测瞬时最高水位；
10.s2、防洪计算方法，收集两个水文测站防洪的数据；
11.s3、防涝计算方法，收集两个水文测站防涝的数据；
12.s4、设防水位选取方法，选用建设工程的设计标准作为防洪水位和防涝水位的计算标准；
13.s5、防洪水位计算，根据两个水文测站历年实测最高水位系列进行计算；
14.s6、防涝水位计算，根据两个水文测站历年实测年最大雨量资料进行计算；
15.s7、建设工程设防水位选取，根据两个水文测站的建设工程防洪水位和防涝水位计算结果以及设防水位选取方法。
16.优选的，所述防洪计算方法，根据两个水文测站历年实测瞬时最高水位系列，采用
p
‑ⅲ
频率适线法进行相应标准的洪水位计算，作为建设工程相应标准下的防洪水位。
17.进一步，所述防涝计算方法，通过实测历年短历时暴雨系列，采用p
‑ⅲ
型频率适线以及雨型分配，得相应标准的24ha暴雨过程，根据各圩区的综合径流系数进行产流计算，然后按各圩区排水管网能力控制进行各时段汇流计算，最后根据河道调蓄能力和泵站排涝能力，得到内河最高水位，作为建设工程相应标准下的防涝水位。
18.更进一步，所述设防水位选取方法，现状防洪标准不满足100年一遇的圩区，当发生100年一遇洪水时，可认为该状况下为开敞区，现状防洪标准满足100年一遇的圩区，需计算100年一遇的防涝水位，若防涝水位大于防洪水位，该种情况不符合实际圩区运行，实际上当内河水位高于外河水位时，会将闸门打开，使内外连通，该种情况下也可认为开敞区，因此该防涝水位仅是假设值，防涝水位与防洪水位一致，设防水位取防洪水位，若防涝水位小于防洪水位，认为防涝水位可能发生，设防水位取防涝水位。
19.更加进一步，所述防洪水位计算，采用p
‑ⅲ
型曲线进行频率计算，统计参数中，均值采用矩法计算值。
20.更加进一步，所述防涝水位计算，通过p
‑ⅲ
型适线法分别进行暴雨频率计算，均值采用矩法计算值。
21.(三)有益效果
22.本发明提供了城市中心区建设工程设防水位计算研究方法。具备以下有益效果：
23.1、本发明采用p
‑ⅲ
型频率适线以及雨型分配，从而将枫桥和苏州两站历年的降雨量进行数据对比，从而得出相应标准的24ha暴雨过程，而枫桥和苏州两站的降雨特性满足代表性、一致性和可靠性的原则，从而在进行设防的时候选取的位置较为准确。
24.2、本发明提高防洪水位和防涝水位进行对比，从而对设防水位的选取更加准确，并且防护的效果更加有效。
附图说明
25.图1为本发明设防水位选定方法流程示意图；
26.图2为本发明100年一遇最大24h暴雨过程示意图；
27.图3为本发明城市中心区大包围遇100年一遇暴雨时内河水位变化图；
28.图4为本发明金阊新城包围遇100年一遇暴雨时内河水位变化图；
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例一：
31.如图1-4所示，本发明实施例提供城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，包括具体方法：
32.s1、收集研究地区的资料，收集整理了枫桥站和苏州站两个水文测站的历年实测瞬时最高水位；
33.s2、防洪计算方法，苏州市城市中心区有枫桥和苏州两个水文站，分别位于西北侧和东南侧；
34.s3、防涝计算方法，平原河网地区以圩区为主，排涝方式基本为抽排；
35.s4、设防水位选取方法，选用建设工程的设计标准作为防洪水位和防涝水位的计算标准；
36.s5、防洪水位计算，根据枫桥和苏州水文站历年实测最高水位系列进行计算；
37.s6、防涝水位计算，采用枫桥站1983～2017年共35年实测年最大1h、6h、24h系列雨量资料；
38.s7、建设工程设防水位选取，根据城市中心区不同片区的建设工程防洪水位和防涝水位计算结果以及设防水位选取方法。
39.实施例二：
40.如图1所示，本发明实施例提供城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，根据具体实施例一中的内容进行进一步扩充：
41.其中，设防水位选取方法，下面显示建设工程防洪水位、现状防洪标准、建设工程防涝水位、建设工程设防水位近年来的降雨情况，根据该情况设置设防水位，详见表1。
42.表1各片区建设工程设防水位选定方法
[0043][0044]
将现状防洪标准不满足100年一遇的圩区，当发生100年一遇洪水时，可认为该状况下为开敞区，现状防洪标准满足100年一遇的圩区，需计算100年一遇的防涝水位，若防涝水位大于防洪水位，该种情况不符合实际圩区运行，实际上当内河水位高于外河水位时，会将闸门打开，使内外连通，该种情况下也可认为开敞区，因此该防涝水位仅是假设值，防涝水位与防洪水位一致，设防水位取防洪水位，若防涝水位小于防洪水位，认为防涝水位可能发生，设防水位取防涝水位。
[0045]
实施例三：
[0046]
本发明实施例提供城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，根据具体实施例二中的内容进行进一步扩充：
[0047]
其中，防洪水位计算，根据枫桥站采用1977～2016年系列资料，所述苏州站采用1952～2009年系列实测资料，对水位进行p
‑ⅲ
型曲线进行频率计算的各站点年最高水位频
率分析成果，适线结果见表2。
[0048]
表2各站点年最高水位频率分析成果表
[0049][0050][0051]
枫桥站采用1977-2016年共40年观测的年最高水位进行p
‑ⅲ
频率曲线拟合，得100年一遇洪水位为4.86m，苏州站采用1952-2009年共58年观测的年最高水位进行p
‑ⅲ
频率曲线拟合，得100年一遇洪水位为4.38m。
[0052]
实施例四：
[0053]
如图2所示，本发明实施例提供城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，根据具体实施例三中的内容进行进一步扩充：
[0054]
其中，防涝水位计算，采用枫桥站1983～2017年共35年实测年最大1h、6h、24h系列雨量资料，通过p
‑ⅲ
型适线法分别进行暴雨频率计算，均值采用矩法计算值，cs与cv值参考《江苏省水文手册》和适线情况选定，枫桥站短历时暴雨频率计算成果见表3所示。
[0055]
表3枫桥站1983-2017年短历时雨量频率计算成果表
[0056][0057]
其中雨水分配，根据《江苏省暴雨洪水图集》(1984年)最大24小时设计雨型分析原则，其采用同频率组合和典型概化雨型相结合的方法，雨型考虑了主峰出现位置在三分之二处对工程较不利的形式，对工程设计偏安全，确定雨型采用“84图集”最大24小时设计暴雨雨型分配表进行时段雨量分配，成果见表4。
[0058]
表4设计24h暴雨过程
[0059]
[0060][0061]
得出防涝计算结果，根据计算：
[0062]
城市中心区大包围内遇100年一遇24h暴雨时内河水位最高达4.70m，圩区内涝水位小于西北片区外河洪水位(采用枫桥水文站排频值)，该种情况符合工程实际运行，防涝水位为4.70m，圩区内涝水位大于东南片区外河洪水位(采用苏州水文站排频值)，该种情况不符合工程实际运行，防涝水位同防洪水位；
[0063]
金阊新城包围内遇100年一遇24h暴雨时内河水位最高达4.59m，由于内涝水位小于外河洪水位，该种情况符合实际工程运行，因此防涝水位为4.59m。
[0064]
实施例五：
[0065]
如图3和图4所示，本发明实施例提供城市中心区建设工程设防水位计算研究方法，根据具体实施例四中的内容进行进一步扩充：
[0066]
其中，建设工程设防水位选取，根据以上城市中心区不同片区的建设工程防洪水位和防涝水位计算结果以及设防水位选取方法，城市中心区各区域建设工程100年一遇设防水位取值结果如表5所示。
[0067]
表5不同片区建设工程100年一遇设防水位取值
[0068][0069]
得出结果：
[0070]
1、苏州市城市中心区由现状的城市中心区大包围和金阊新城包围共同组成，其中城市中心区大包围现状防洪标准为200年一遇，金阊新城现状防洪标准为100年一遇；
[0071]
2、城市中心区大包围西北片区和金阊新城包围建设工程防洪水位的计算以枫桥水文站为参考测站，城市中心区大包围东南片区建设工程防洪水位的计算以苏州水文站为参考测站，根据各站实测水位资料排频计算结果，100年一遇防洪水位分别为4.86m和4.38m；
[0072]
3、城市中心区大包围内遇100年一遇24h暴雨时内河水位最高达4.70m，圩区内涝水位小于西北片区外河洪水位4.86m，该种情况符合实际工程运行，防涝水位为4.70m，而圩区内涝水位大于东南片区外河洪水位4.38m，该种情况不符合实际工程运行，防涝水位同防洪水位4.38m，金阊新城包围内遇100年一遇24h暴雨时内河水位最高达4.59m，由于内涝水位小于外河洪水位，该种情况符合实际工程运行，因此防涝水位为4.59m；
[0073]
4、城市中心区大包围西北片区建设工程100年一遇设防水位为4.70m，东南片区建设工程100年一遇设防水位为4.38m，金阊新城包围内建设工程100年一遇设防水位为4.59m；
[0074]
该计算结果得出的城市中心区内建设工程设防水位，为工程设计竖向提供科学指导。
[0075]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。