浙江省科技城防洪規(guī)劃淺析

何 凡 ，樓少華 ，張 洋

(1.浙江城建設計研究院有限公司，浙江杭州 310005；2.杭州市城市規(guī)劃設計研究院，浙江杭州 310012)

0 前言

隨著城市化進程的推進，城市基礎設施建設迅速發(fā)展，城市面貌發(fā)生了巨大的變化。近年來不斷有城市在暴雨后發(fā)生內(nèi)澇災害，或由于城市防洪能力低，或因排澇系統(tǒng)不完善，形成雨后“水城”。如何提高城市防洪能力，避免和減少內(nèi)澇，預防和應對超標降雨等，成為擺在城市建設者面前的課題。本文結合浙江省科技城防洪工程規(guī)劃和設計，對山區(qū)城市防洪特點、洪水量計算、防洪系統(tǒng)布置要求等進行總結分析。

1 山區(qū)城市暴雨洪水特點

浙江省科研機構創(chuàng)新基地(科技城)位于臨安市，是浙江省傾力打造的國內(nèi)外科技資源集聚區(qū)、技術創(chuàng)新源頭區(qū)、高新企業(yè)孵化區(qū)、低碳經(jīng)濟示范區(qū)。

臨安地處浙西北，境內(nèi)地勢自西北向東南傾斜，市境北、西、南三面環(huán)山，形成一個東南向的馬蹄形屏障。西北多崇山峻嶺，深溝幽谷；東南為丘陵寬谷，地勢平坦，全境地貌以中低山丘陵為主，占89.6%。臨安境內(nèi)主要有天目山脈和昱嶺山脈等，科技城是典型的山區(qū)城市，更有“國家森林城市”的美譽(見圖1)。

作為山區(qū)城市，其暴雨所形成的洪水具有如下特點：

(1)暴雨集水時間短，短時段內(nèi)即可形成較大的降水量。結合臨安建設經(jīng)驗，城區(qū)內(nèi)地面初始集雨時間約為3～8 min，城區(qū)內(nèi)河道集水時間約為0.5～2 h。

(2)洪峰流量較為集中，洪水過程時間較短。受地形影響，暴雨后洪水快速集流，迅速外排，造成短時間內(nèi)洪峰量較為集中，。

(3)泄洪渠(河)道坡度較大，洪水流速快，對河床沖刷力較大。城內(nèi)地形變化較大，在科技城開發(fā)前，地形坡度在30%以上的用地占28.9%；坡度在15%～30%之間的用地占15%；坡度在15%以下的用地占52.5%。根據(jù)規(guī)劃，科技城建設后的總體地形坡度為3%～12%左右。

(4)洪水破壞力大。由于山區(qū)地形變化大，一旦洪水漫堤或泄洪不暢，其較快的流速造成較大的破壞力，經(jīng)常沖毀房屋或引起其它地質(zhì)災害，甚至造成人員傷亡。

2 排水現(xiàn)狀

2.1 自然條件

科技城位于臨安東部青山街道，一期規(guī)劃面積約11 km2?；貣|、北和西面為山體，南面為苕溪。基地內(nèi)地勢為北高南低，中部山體與外圍山體所圍合的區(qū)域較平坦，基地內(nèi)多低山丘陵，最高海拔138.72 m，最低7.04 m，相差約130 m左右。

基地年平均降雨1 578 mm，多年平均降雨日161 d，降雨量時空分布不勻，年內(nèi)變化大。降雨量春季約450 mm，占全年降雨量的30%，夏季約550 mm，占全年降雨量的37%，秋季約310 mm，占全年降雨量的21%，冬季約190 mm，占全年降雨量的12%。雨量集中在5～7月的梅雨期和8～9月的臺風季節(jié)。

本區(qū)域處于未開發(fā)地段，用地主要以農(nóng)田和緩坡林地為主。

2.2 排水現(xiàn)狀

現(xiàn)狀排水通道為山腳下的泄洪渠，主要有兩條南北向泄洪通道，分別位于區(qū)塊內(nèi)的西側和東側，最終排入苕溪。

基地南面的苕溪按20 a一遇設防，防洪堤堤頂高程在11.07～13.87 m之間，河底高程在2～8.5 m之間，20 a洪水位在9.97～12.67 m之間。

基地內(nèi)水體資源豐富，基地內(nèi)有官塘、羊塢、崗陽湖、瓦窯湖、大東湖等大小山塘水庫20余處，現(xiàn)狀基地內(nèi)的各類水庫總的庫容達到41.9萬m3，總的匯水面積約288 hm2，總的水域面積約18.4 hm2。水庫承擔了基地面積內(nèi)約1/4的匯水，足見其重要性。

3 防洪系統(tǒng)規(guī)劃

3.1 規(guī)劃標準與原則

根據(jù)臨安市域總規(guī)、科技城相關規(guī)劃，以及《防洪標準》確定的科技城規(guī)劃防洪標準如下。

(1)骨干河渠：20 a一遇降雨洪水歸槽不泛濫。

(2)園區(qū)：20 a一遇山洪歸槽不上路面、不進廠區(qū)。

科技城防洪系統(tǒng)主要原則為：“上截、中滯、下泄”原則：即在流域上游修建截洪溝和利用現(xiàn)狀水庫攔蓄洪水，中游利用綠地、下沉式廣場、水庫、景觀水系以及蜿蜒河流滯洪，下游采取新建河道整治加大洪水下泄能力。

3.2 防洪排澇區(qū)塊劃分

基地縱向以經(jīng)一路、經(jīng)六路和大園路等“三縱”道路為主，主要規(guī)劃用地也基本位于“三縱”兩側。在“三縱”之間，有保留的兩條縱向山體。規(guī)劃區(qū)塊豎向總體呈現(xiàn)：北高南低，中間高兩側低，西面高東面低的格局。

根據(jù)規(guī)劃豎向格局，并結合現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的分析論證，將區(qū)塊劃分為六個主要泄洪系統(tǒng)，每個系統(tǒng)內(nèi)有自己的主干泄洪通道。區(qū)塊外圍的防洪主要通過對保留泄洪通道的梳理調(diào)整、新建防洪渠和截洪溝等方式解決。區(qū)塊內(nèi)部泄洪主要通過水庫蓄洪、地塊自排、管道排水等方式實現(xiàn)(見圖2)。

經(jīng)過確定，基地雨水總匯水面積約1 423 hm2。

3.3 洪水流量計算

洪水流量是確定泄洪河渠規(guī)模的主要依據(jù)。推理公式是缺乏資料的小流域計算設計洪水時常用的方法。為更加合理的確定洪水量，采用三種方法計算洪水量，具體如下：

計算方法一：水利科學研究院水文研究所公式計算，適用于流域面積小于500 km2的洪水計算，公式如下：

(1)設計雨力 SP：SP=H24P×(24)n-1，H24P為設計頻率P的最大24 h雨量。

設計暴雨采用《浙江省短歷時暴雨》圖集查算。查圖求得設計流域 10 min、60 min、6 h、24 h、3 d的平均點雨量均值、CV值，然后由各歷時暴雨的適線參數(shù)(CS/CV=3.5)查圖的Kp值，從而求得各歷時各頻率的設計暴雨，運用公式：H24P＝Kp×H24，其中：Kp為某頻率下模比系數(shù)，H24為多年平均最大24 h雨量(mm)，即暴雨平均值；計算成果見表1。

表1 各頻率設計雨量表

(2)設計匯流參數(shù)m

采用浙江省匯流參數(shù)綜合公式，考慮區(qū)塊內(nèi)植被較好，則參數(shù)公式如下：

其中，θ＝L/J1/3；L為河槽長度(m)；J為河槽坡降(‰)。

(3)設計損失參數(shù)μ

由匯流參數(shù)推求設計匯流洪峰流量，其推理公式如下：

(4)設計洪峰流量系數(shù)Ψ

當t≤tc全面匯流時，Ψ＝1-μ/SP×tn

當 t＞tc部分匯流時，Ψ＝n×(tc/t)1-n

式中：tc為產(chǎn)流時間(h)

計算方法二：采用公路科學研究所的簡化公式計算，公式適用于流域面積小于30 km2情況下，如下：

式中：Ψ—地貌系數(shù)，該區(qū)塊為丘陵地帶，主河溝平均坡度在1%～2%之間，查表得Ψ＝0.09；Z—植物和坑洼滯留帶的攔蓄厚度(mm)，Z＝15mm。

計算方法三：采用公路科學研究所經(jīng)驗公式計算，公式適用于匯水面積小于10 km2情況下，具體如下：

式中：K—徑流模數(shù)，20 a重現(xiàn)期為21.0；n—面積參數(shù)，當 F＜1 km2時，n＝1，當 1＜F＜10 km2時，n＝0.75。

計算成果分析：上述三種方法計算的成果對比，考慮方法一水科院公式適用于大流域(流域面積小于500 km2)洪水量計算，而科技城約14 km2匯水面積，與水科院公式適用條件出入較大；公科所簡化公式和經(jīng)驗公式適用于流域面積小于30 km2和10 km2，與規(guī)劃面積較接近，故采用方法二和方法三計算成果，并采用兩者算術平均值作為最終計算成果，見表2。

表2 最終洪水流量計算成果表(重現(xiàn)期20 a)

3.4 泄洪渠流速控制和斷面確定

根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》，當渠道水深為0.4～1.0 m時，流速按表3規(guī)定取值。

當水深在0.4～1.0 m范圍以外時，上表最大設計流速宜乘以系數(shù)：h＜0.4 m，系數(shù)為 0.85；1.0＜h＜2.0 m，系數(shù)為 1.25；h≥2.0 m，系數(shù)為 1.40。

采用明渠均勻流公式確定斷面，即Q=AC×(Ri)1/2，具體尺寸見圖 3。

表3 渠道流速控制表

4 工程實施

4.1 保留主要水庫

根據(jù)科技城總規(guī)，保留水庫是規(guī)模較大的幾座水庫，其庫容占現(xiàn)狀水庫總庫容44%保留的水庫對蓄洪調(diào)峰具有重要的作用。擬保留的水庫主要有羊塢、瓦窯湖、大東湖和官塘水庫。總的庫容為18.4萬m3，總的匯水面積約93 hm2，總的水域面積約8 hm2，見表4。

表4 保留水庫情況表

4.2 辟筑泄洪渠

科技城自2009年開發(fā)建設以來，目前核心區(qū)塊建設已初具規(guī)模。正在建設的大園路泄洪渠位于基地主干路大園路西側，斷面為10 m×3.5 m，長約1 800 m，縱坡0.002；渠上設三道翻板閘門，保留平時景觀蓄水；同時，其與核心區(qū)內(nèi)部景觀水系通過閘門控制，渠道蓄水后作為景觀水系的補充用水。

5 總結分析

結合防洪工程實施情況，對于山區(qū)城市的防洪系統(tǒng)總結如下：

(1)城市防洪系統(tǒng)中，可采用“上截、中蓄、下泄”相結合的排洪體系。外圍山體盡量散排，并利用現(xiàn)有截洪溝收集截流，避免進入規(guī)劃區(qū)塊；區(qū)塊內(nèi)部應利用綠地、景觀水體、雨水回用等來蓄洪滯洪，減輕排水壓力，延長匯集時間；對于城市排水和防洪系統(tǒng)的下游河道，應盡量外泄系統(tǒng)內(nèi)洪水量，保證泄洪安全通暢。

(2)山區(qū)城市建設中，盡量保留現(xiàn)狀山塘水庫?？山Y合用地改造成景觀水體、水塘等，發(fā)揮其暴雨時蓄洪滯洪的作用，減輕暴雨對防洪溝渠的沖擊。

(3)洪水流量計算時，采用簡化公式和經(jīng)驗公式等多個公式進行計算，結合實地狀況經(jīng)分析后合理取值。

(4)由于山區(qū)洪水短時流量大，流速快，山體洪水中經(jīng)常夾帶樹枝、石塊等雜物，應在截洪溝進口處設格柵和減擴段等措施，來保證截洪溝運行安全。

(5)山區(qū)泄洪渠由于坡度較大，流速較快，應設有跌水、消能等措施；渠道材料應有一定的抗沖刷能力。

(6)由于山區(qū)內(nèi)泄洪渠短時段內(nèi)流量較大，而平時流量較小，可適當設置涵閘，保持提高常水位，增加景觀性。

(7)在城市內(nèi)部或邊緣，由于建設過程中辟筑的山體，應對破壞面有植被復綠的處理措施，杜絕其受暴雨造成滑坡或泥石流的可能性。并應有可靠的截洪泄洪措施，減輕暴雨對山體的影響力和破壞力。

(8)提高城市排水系統(tǒng)建設標準。隨著經(jīng)濟發(fā)展，資金投入已不再是排水系統(tǒng)建設的主要制約因素，更重要的是排水系統(tǒng)安全可靠。應提高城市排水系統(tǒng)標準，采用較高的暴雨重現(xiàn)期，一般地區(qū)建議采用2～3 a，重要地區(qū)采用5～10 a或更高標準；增設泵站等強排保障措施；加大城市防洪排澇設施的建設投資和養(yǎng)護力度等。

6 結語

城市防洪可采用“上截、中蓄、下泄”相結合的方式。對于雨量較多的山區(qū)城市，防洪排澇工程必須切合實際。提高城市防洪減災能力，應對城市防洪、排水排澇、水塘水系利用、雨水綜合利用、地面徑流控制、城市景觀等進行綜合規(guī)劃，統(tǒng)一考慮，制定科學合理的規(guī)劃，并按規(guī)劃逐步實施，以使城市建設能安全健康有序地發(fā)展。