澇區(qū)排水模數(shù)主要影響因子分析

姜 辛

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

排水模數(shù)(也叫排水率)是指在一定的頻率設計暴雨下，每平方公里的地面所產(chǎn)生的徑流量，一般以q(m3/s/km2)表示。排水模數(shù)是計算排澇流量的主要指標，已知某渠道或某泵站所控制的排水面積，即可推求出該排水區(qū)的流量。一定排澇標準下，排澇流量的大小對排澇區(qū)治理工程量、治理效果及工程投資影響較大。合理確定農(nóng)田排水模數(shù)，是為了更經(jīng)濟、合理地確定排澇工程規(guī)模，一方面不致因排澇模數(shù)偏大造成機泵閑置，資金浪費，另一方面也不致因排澇模數(shù)偏小而使圩口達不到設計排澇標準，加重澇災損失［1］。

因此，對農(nóng)田排水模數(shù)進行進一步的探討與研究，在影響因素、原理方法及適應性上進行深入解析對精確澇區(qū)排水標準、合理確定排澇系統(tǒng)規(guī)模、有效減免澇災經(jīng)濟損失、保障我國糧食安全有著重大的實際意義。

1 排水模數(shù)影響因子分析

影響排水模數(shù)的主要因素分為自然因素和客觀因素兩類。自然因素有降雨量、土壤類型、地形地貌、下墊面條件、地下水位和農(nóng)作物屬性(包括高產(chǎn)田或低產(chǎn)田、淹沒深度、淹沒歷時)等;客觀因素是指當?shù)氐膰窠?jīng)濟狀況和勞動力情況、排水模數(shù)計算方法不同的影響等［2］。

1.1 自然影響因素

1.1.1 降水量對排水模數(shù)的影響

從天空降落到地面上的雨水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水面上積聚的水層深度，稱為降水量(以mm 為單位)。在一個降雨過程中，隨著降水量的增多，土壤內(nèi)蓄水逐漸增多，雨水下滲速度越來越緩慢。當下滲能力小于雨強時，地表形成排水徑流;當土壤蓄水飽和時，雨水將全部轉(zhuǎn)為地表排水徑流，因此，直觀的表現(xiàn)為降水量越多，地表徑流雨量越多，導致排水模數(shù)越大，地區(qū)易澇。

1.1.2 土壤類型對排水模數(shù)的影響

土壤類型同樣是對排水模數(shù)影響較大的因子，土壤顆粒級配越小，土壤越密實，降水越不容易下滲，越容易在地表形成排水徑流，在其他限制因素一定的情況下，導致排水模數(shù)越大，地區(qū)易澇。

土壤主要分為砂質(zhì)土、黏質(zhì)土、壤土3 種類型。具體土壤指標見表1。

1.1.3 地形地貌對排水模數(shù)的影響

地形是指地勢高低起伏的變化，即地表的形態(tài)。地面坡度是坡面與地面所成銳角的正切值，可以理解成坡上兩個不同點間高度差與其水平距離的比值或以水平面為基準，沿測量的坡面頂端向坡面底端劃出的一條斜線與水平面所成的夾角。

表1 不同土壤類別及土壤指標對照表

地面坡度越大集水越快，來水猛，洪峰大，排水模數(shù)相對越大。地面坡度較小則集水慢，洪峰小，排水模數(shù)相對較小。另外地形狹長的地區(qū)集水較慢，地形呈輻射狀的地區(qū)則集水快，影響洪峰變大，排水模數(shù)大。

1.1.4 地下水位對排水模數(shù)的影響

近年來由于地下水開采的不合理性，不少地區(qū)地下水位大幅度下降，導致降雨過程中入滲強度及入滲水量均較正常范圍大幅度增加。根據(jù)河北省相關(guān)研究單位資料數(shù)據(jù)，點繪不同地下水埋深情況下降雨與徑流關(guān)系線。由圖1 可以看出隨著地下水埋深的增大，降雨徑流系數(shù)顯著減小。根據(jù)以上情況可推斷，當?shù)叵滤宦裆钤酱髸r，等量降雨情況下產(chǎn)生的徑流越小，導致對應排水模數(shù)越小，反之亦然。

圖1 不同地下水埋深下降雨與徑流深關(guān)系圖

1.1.5 水面率對排澇模數(shù)的影響

水面率為水面積同區(qū)域內(nèi)總面積的比例，水面積則是以河道(湖泊)的設計水位或多年平均水位控制條件計算的面積［3］。黑龍江省某地區(qū)不同的2 個排澇區(qū)，屬于同一氣候區(qū)，降水特性基本一致，下墊面條件相近，排澇標準均為5 a一遇3d 降水4d 排除，排澇方式均為抽排，但區(qū)內(nèi)水面率差別較大，其中排澇區(qū)1 水面率6.9%，排澇區(qū)2 水面率14.8%，水面率前者是后者的47%，排澇模數(shù)前者是后者的1.7倍。由此可見水面率對排澇模數(shù)的影響十分明顯。

1.2 客觀影響因素

我國幅員遼闊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟社會發(fā)展等方面差異很大，導致省與省之間、省內(nèi)不同地區(qū)之間排澇模數(shù)的差異較大。同一省內(nèi)的相同或相近地區(qū)，其暴雨特性及產(chǎn)流特征基本相似，但由于所采用的排模方法不同，其計算的排澇模數(shù)也不盡相同。如山東省采用扣損法、徑流關(guān)系法，湖南、湖北采用徑流系數(shù)法等。

此外，同一種方法采用不同的參數(shù)，其排澇模數(shù)計算結(jié)果也有差異。如有的省降雨歷時采用24h、1d、3d 等，排除歷時采用24h、1d、2d、3d、4d 等，排模公式法的參數(shù)不同，其造成的排澇模數(shù)相應也不同。

湖南某市2 個排澇區(qū)排澇模數(shù)比較表見表2。

表2 湖南某市2 個排澇區(qū)排澇模數(shù)比較表

2 存在問題與展望

對于我國排水模數(shù)的研究，是一個需要大量實際確鑿數(shù)據(jù)的實驗內(nèi)容，通過真實數(shù)據(jù)而總結(jié)推斷出的排摸公式更具有說服力和理論依據(jù)，同時更能體現(xiàn)出不同地區(qū)、不同環(huán)境下影響因素對排水模數(shù)的響應。建立適應各地區(qū)排水模數(shù)的模型將會推動我國澇區(qū)排水領(lǐng)域的發(fā)展，有助于排水模數(shù)的實際應用和計算驗證。同時，可以將影響因素按一定的權(quán)重系數(shù)相應參與到模型的計算中，使得排水模數(shù)的計算更加全面的與實際澇區(qū)情況相符合。

因此，需要因地制宜的進行不同地區(qū)除澇計算方法比較研究，分析各地排澇計算方法的特點和適應性，提出排水模數(shù)計算分區(qū)及排水模數(shù)模型的建立，進一步規(guī)范治理標準或排澇流量計算方法對今后排水模數(shù)這項與實際息息相關(guān)的領(lǐng)域有著不可或缺的理論意義與指導作用。

［1］王燕.安徽省沿江圩區(qū)農(nóng)田排澇模計算［J］.水利經(jīng)濟，2000(04):40－45.

［2］王國安，賀順德，崔鵬，等.排澇模數(shù)法的基本原理和適用條件［J］.人民黃河，2011，23(02):21－26.

［3］鄭雄偉，周芬，侯云青，等.城鎮(zhèn)圩區(qū)排澇模數(shù)與合理水面率研究［J］.水利水電技術(shù)，2012，43(09):90－94.