黃埔區(qū)華埔社區(qū)水患防治響應(yīng)方案研究

羅浩斌

(廣州科學(xué)城排水管理有限公司，廣州 510000)

2020年“5.22”特大暴雨，廣州地區(qū)遭遇歷史上罕見的持續(xù)強降水，黃埔區(qū)華埔涌周邊地區(qū)由于排水能力不足發(fā)生了嚴(yán)重內(nèi)澇，周邊華埔村村落道路淤水嚴(yán)重、房屋受損，人民生命財產(chǎn)受到威脅，其境內(nèi)的開源大道隧道內(nèi)積水驟增，雨水渠排水受阻，開源隧道完全被雨水倒灌淹沒，造成3臺車輛被淹，2人死亡。為保證黃埔區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，迫切需要做好水利方面的建設(shè)，因此本文綜合分析華埔社區(qū)的水患成因，從片區(qū)整體排水現(xiàn)狀去了解問題的所在，并提出解決方案。

1 工程概況

南北走向的開創(chuàng)大道和東西走向的開源大道走向成X型相交，相交處采用了隧道加立交型式布置，經(jīng)現(xiàn)場查勘，黃浦區(qū)云埔街道周邊主要匯水河道為華埔涌，其過水?dāng)嗝娌蛔?，排洪能力偏??；且現(xiàn)狀周邊山體四周無截洪溝，大部分山洪沿山坡漫排匯入市政雨水管道，每逢大雨，山洪來勢迅猛，市政雨水管排水不及，導(dǎo)致云埔街道社區(qū)境內(nèi)的開源隧道等低洼區(qū)域發(fā)生水浸[1]。

工程區(qū)域內(nèi)河流為華埔涌，華埔涌屬于南崗河流域左岸一級支流。主干河道發(fā)源于石厘頭，經(jīng)華埔村，往東流經(jīng)華浦新村，往東穿開創(chuàng)大道管涵，流經(jīng)華浦新村，通過明渠折向東南，沿開源大道向南，于伴河路與開源大道交匯處流入南崗河，流域面積為7.03 km2，長度為2.69 km；支涌河道發(fā)源于開源大道北側(cè)永和隧道牛頭領(lǐng)，沿開源大道向南，經(jīng)開源隧道西側(cè)箱涵，于時代春樹里小區(qū)匯入干流雨水箱涵，長度為3.5 km。

2 現(xiàn)狀情況及主要存在問題

2.1 現(xiàn)狀市政排水管網(wǎng)壓力大、容易發(fā)生內(nèi)澇

根據(jù)黃浦區(qū)內(nèi)澇點統(tǒng)計情況，發(fā)現(xiàn)黃浦區(qū)華埔村社區(qū)內(nèi)存在內(nèi)澇隱患風(fēng)險點，其原因為華埔村社區(qū)民居密集，城區(qū)地面硬化，水面、植被的減少，雨水徑流系數(shù)加大，也致使雨水徑流量加大，排水管渠負(fù)擔(dān)加大。

原有調(diào)蓄水體(人工湖)調(diào)蓄容量大幅減少，也加重了排水管網(wǎng)的壓力，以前農(nóng)田、部分被覆蓋的水塘等都可排水滯水蓄水，地面硬化致使原有排水設(shè)施設(shè)計的排水標(biāo)準(zhǔn)降低，致使原排澇系統(tǒng)能力不足。

城市建設(shè)占用低洼調(diào)蓄區(qū)域；由于城市建設(shè)和交通道路的發(fā)展，城市化進程加快，排澇設(shè)施未能同步建設(shè)，澇情日趨嚴(yán)重，汛期致使村莊道路受浸較普遍。河涌暗渠過流能力不足，導(dǎo)致澇水難以排除，常常發(fā)生內(nèi)澇[2]。

2.2 現(xiàn)狀河涌排水能力不足

本工程將整個華埔涌河道劃分為主涌上游段、主涌下游段、支涌段3個區(qū)域(如圖1所示)，現(xiàn)分別對3段區(qū)域排水情況進行分析。

圖1 華埔涌河道劃分區(qū)段示意

1) 主涌下游段

主涌下游段存在問題：① 現(xiàn)狀河道已全部暗渠化；② 過水?dāng)嗝娌蛔悖俜e嚴(yán)重；③ 由于入河口處，箱涵較低，南崗河行洪水位高于箱涵頂，箱涵水流流態(tài)為有壓流，出口水位頂托上游來水，導(dǎo)致排水緩慢，不利于渠箱排澇。

2) 主涌上游段

主涌上游段存在問題：① 河道明渠段老舊漿砌擋墻破損，護腳沖刷嚴(yán)重；② 行洪斷面不夠，河段淤積嚴(yán)重。

3) 支涌段

支涌段存在問題：該段箱涵長約1.76 km，為B×H=3 600×2 100混凝土箱涵。受開源隧道工程影響，暗渠由順直方向改成“幾”字，“幾”字部分河道轉(zhuǎn)彎半徑小，排水緩慢，造成渠箱內(nèi)水位偏高，流速偏小，排水不暢。

2.3 工程范圍內(nèi)可用調(diào)蓄水體規(guī)模小，調(diào)蓄作用不大

開源隧道所在道路周邊有新建小區(qū)樓盤、自然村落和創(chuàng)新公園，周邊為自然山體，本次工程范圍集雨面積為1.737 km2，本工程范圍內(nèi)僅有創(chuàng)新公園4個人工湖水體，為梯級人工湖，且全部集中在華埔涌下游段，上游段無可用調(diào)蓄水體。

3 工程主要建設(shè)內(nèi)容

3.1 工程總體設(shè)計思路

為了減緩下游主干排水渠箱的排水壓力，本工程考慮在華埔村東北角山谷處新建調(diào)蓄湖，并在華埔村山腰處新建一條截洪渠，將山洪匯流引進調(diào)蓄湖內(nèi)，其次在調(diào)蓄湖泄洪渠通過控制水閘進一步增加調(diào)蓄湖對流域上游洪水的調(diào)蓄能力[3]。

為避免洪水匯流至開創(chuàng)大道，淹沒開源隧道等低洼處，將華埔村東側(cè)山腳處暗涵按照50 a一遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)改造為排洪明渠，增加區(qū)域匯水能力，并在東南側(cè)山腳新建排洪明渠將開源大道側(cè)的洪水匯流；將華埔西街西側(cè)山腳處的暗涵按照20年一遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)改造為排洪明渠，增加區(qū)域匯水能力，并在開創(chuàng)大道以頂管的形式將上游匯過排洪明渠的洪水引至下游排洪明渠[4]。

將原創(chuàng)新公園內(nèi)的3#、4#景觀湖進行改造作為下游調(diào)蓄湖，在4#景觀湖泄洪渠后端已建排洪箱涵，將經(jīng)過調(diào)蓄后的洪水排至開源大道在建的排洪箱涵，最后排入南崗河[5]。根據(jù)工程總體規(guī)劃，以及工程規(guī)劃任務(wù)與各分項工程中截洪溝布置位置，對工程總體進行了水文分區(qū)，主要劃分為7個排水區(qū)，具體分區(qū)情況見圖2。

3.2 設(shè)計洪水

3.2.1計算參數(shù)

依據(jù)黃埔區(qū)1∶5 000地形圖對各分區(qū)地理參數(shù)及洪水參數(shù)計算，計算結(jié)果見表1所示。

3.2.2計算方法

設(shè)計洪水時遵循“多種方法、綜合分析、合理取值”的原則，分別采用廣東省綜合單位線法、推理公式法(1988 年修訂)進行計算，并通過在合理范圍內(nèi)調(diào)整單位線滯時和推理公式匯流參數(shù)控制不同方法計算成果偏差在20%以內(nèi)[6](見表2～表3)。

表2 本工程分區(qū)P=5%洪水計算成果

從表2、表3可知：綜合單位線法及推理公式法的計算成果總體較為接近。因此，在設(shè)計洪峰流量比較接近的情況下，本次計算采用廣東省綜合單位線法的計算成果。

3.2.3調(diào)蓄計算

本工程集雨范圍內(nèi)現(xiàn)狀有調(diào)蓄水體，如創(chuàng)新公園人工湖、區(qū)域魚塘、水塘、低洼濕地等。此外，為適當(dāng)控制工程下游建設(shè)規(guī)模，增加蓄納澇水的能力，實現(xiàn)蓄泄結(jié)合，同時美化城市景觀，打造親水宜居的城市環(huán)境，本工程根據(jù)規(guī)劃在適當(dāng)位置新建有調(diào)蓄湖，并在創(chuàng)新公園現(xiàn)有3#、4#景觀湖的基礎(chǔ)進行改造，使其調(diào)蓄功能更加明顯。

1) 起調(diào)水位確定

根據(jù)新建調(diào)蓄及改造景觀湖實測地形資料結(jié)合實際使用情況，本次新建調(diào)蓄湖，按開敞式無閘控制寬頂堰自由溢流設(shè)計[7]；3#、4#景觀湖按開敞式有閘控制寬頂堰泄流設(shè)計，其中3#景觀湖汛期水閘開度按0.5 m控制泄流，4#景觀湖汛期水閘開度按全開自由泄流，各調(diào)蓄湖起調(diào)水位高程見表4。

表4 各調(diào)蓄湖起調(diào)水位高程 m

2) 計算方法

調(diào)蓄水體對洪峰的影響采用基于水量平衡的調(diào)蓄演算方法分析[8]，公式如下：

(1)

式中:

Q1——時段初來水流量，m3/s；

Q2——時段末來水流量，m3/s；

q1——時段初泄水流量，m3/s；

q2——時段末泄水流量，m3/s；

Dt——計算時段，s；

V1——時段初蓄水量，m3；

V——時段末蓄水量，m3。

其中蓄泄方程q=f(V)按照調(diào)蓄水體泄水建筑物的水力特性計算。新建調(diào)蓄湖泄洪道底高程為30.0 m，改造3#、4#景觀湖后泄洪道底高程分別為22.3 m和17.1 m。本次以此作為起調(diào)水位，當(dāng)各調(diào)蓄湖洪水水位高于泄洪道底高程時，通過泄洪道自由泄流。

3) 泄流方式確定

由于 4#景觀湖泄洪時水閘開度按全開控制，因此新建調(diào)蓄湖及4#景觀湖泄流口按寬頂堰泄流能力計算[9]，公式如下。

(2)

式中:

Q——堰流流量，m3/s；

σ——側(cè)收縮系數(shù)；

ε——淹沒系數(shù)；

m——自由堰流的流量系數(shù)；

B——堰流凈寬，m；

g——重力加速度，m/s2；

v0——行近流速，m/s。

本次設(shè)計新建調(diào)蓄湖、4#景觀湖泄洪道為開敞式自由溢流，無閘墩，故不計行近流速水頭。根據(jù)堰型、堰高等邊界條件，結(jié)合同類工程經(jīng)驗，取淹沒系數(shù)ε=1，側(cè)收縮系數(shù)為σ=1.0。

根據(jù)《水力計算手冊》，現(xiàn)狀寬頂堰進口邊緣為直角，其流量系數(shù)由別列津斯基公式計算[10]：

(3)

式中:

P——上游堰高，m；

H——堰頂水頭，m。

3#景觀湖泄洪道為有閘控制的自由出流，泄洪時控制開度為 0.5 m。因此，當(dāng)湖內(nèi)水位低于0.5 m時，其泄流能力按寬頂堰泄流能力計算；當(dāng)湖內(nèi)水位高于0.5 m時，其泄流能力按平頂坎上閘孔自由出流計算，公式如下。

(4)

式中:

Q——流量，m3/s；

b——閘孔寬度，m；

e——開度，m；

μ——流量系數(shù)；

g——重力加速度，m/s2；

H0——行近水頭。

根據(jù)上述公式計算各湖水位—下泄流量關(guān)系，新建調(diào)蓄湖和改造景觀湖洪水調(diào)節(jié)計算成果見表5～表6。

表5 各調(diào)蓄湖P=5%洪水調(diào)洪計算成果

表6 各調(diào)蓄湖P=2%洪水調(diào)洪計算成果

3.3 湖堤選型

新建調(diào)蓄湖設(shè)計總庫容為9.80萬m3，調(diào)蓄庫容為9.30萬m3。湖堤根據(jù)地形選址長度為128.5 m，設(shè)計調(diào)蓄湖湖底高程為28.4 m，設(shè)計堤頂高程為32.5 m，根據(jù)設(shè)計需要，新建調(diào)蓄湖湖堤可選取碾壓式土石湖堤或混凝土重力式湖堤，結(jié)合工程實際情況，從地形條件、地質(zhì)條件、施工難度等8項進行綜合比較[11]。方案對比見表7。

表7 新建調(diào)蓄湖堤型方案對比

綜合項目地形條件、地質(zhì)條件、施工難度等8項進行綜合比對，結(jié)合實際情況，選取碾壓式土石湖堤為推薦方案。

3.4 節(jié)制閘選型

工程共需新建節(jié)制閘2座，1#節(jié)制閘位于3#景觀湖與4#景觀湖連接明渠渠首，為單孔節(jié)制閘，設(shè)計閘門寬度為2.5 m，高度為3.2 m，閘底高程為22.3 m；2#節(jié)制閘位于4#景觀湖排洪箱涵首部，設(shè)計寬度為4.0 m，閘門高度為3.20 m，閘底高程為17.1 m。新建節(jié)制閘在直升式鋼閘門和液壓翻板鋼閘門之間進行比選[12]，比選方案見表8。

表8 節(jié)制閘方案對比

綜合地質(zhì)條件、施工難度、建設(shè)用地等6項進行綜合比對，結(jié)合實際情況，主要從直升式鋼閘門及液壓翻板鋼閘門主要從方案的施工難度、結(jié)構(gòu)可靠度及耐久性、管養(yǎng)方便程度及方案投資考慮，本項目選取直升式鋼閘門為推薦方案。

3.5 渠道選型

3.5.1排洪明渠方案比選

根據(jù)計算排洪明渠流速為1.0～2.85 m/s，渠道高度為1.5～4.0 m，根據(jù)現(xiàn)場實際地形情況，排洪明渠擋土墻在生態(tài)擋墻和混凝土擋墻之間進行比選[13]，比選方案見表9。

表9 排洪明渠方案比選

綜合以上比對，結(jié)合實際情況，主要從從方案的施工難度、施工工期、生態(tài)環(huán)保及方案投資考慮，本項目選取生態(tài)擋墻排洪明渠為推薦方案。

3.5.2排洪暗涵方案比選

根據(jù)計算，排洪暗管所需過流量為24.80 m3/s，根據(jù)現(xiàn)場實際地形情況，排洪箱涵在鋼筋砼箱涵及鋼筋砼承插管之間進行比選[14]，比選方案見表10。

表10 排洪暗涵方案比選

綜合項目地質(zhì)條件、施工難度、施工難度等6項進行綜合比對，結(jié)合實際情況，為保證方案的整體安全，選取鋼筋砼箱涵為推薦方案。

4 結(jié)語

廣州“5.22”特大暴雨啟示是經(jīng)濟發(fā)展需要做好水利方面的建設(shè)，只有保證區(qū)域水安全才能滿足經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的需要。本文以實際工程為例，對劉村華埔社區(qū)周邊現(xiàn)狀存在的水患問題進行了分析，通過對整個劉村華埔片區(qū)進行流域劃分并進行水文分析，通過新建和改建調(diào)蓄湖、設(shè)置截洪溝和排水渠等水利措施將區(qū)域洪水收集至調(diào)蓄湖，經(jīng)調(diào)蓄作用后排入下游河涌，減輕了市政管網(wǎng)排澇壓力，能夠保證區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和人民的生命安全，可為相似工程提供參考。