新建城市區(qū)域防洪方案探討

張曉鋒,盛 軍

(1.上海友為工程設(shè)計(jì)有限公司,上海 200333;2.上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司,上海 201108)

1 問(wèn)題的提出

伴隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,城市洪澇災(zāi)害已經(jīng)成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。當(dāng)前,我國(guó)很多城市的防洪減災(zāi)能力依然很低[1],現(xiàn)有城市防洪工程病險(xiǎn)隱患眾多,因排水能力不足導(dǎo)致的城市內(nèi)澇嚴(yán)重。因此新建城區(qū)的建設(shè)應(yīng)吸取以往城市建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),將防洪規(guī)劃作為城市總體規(guī)劃的重要組成部分,結(jié)合城市發(fā)展的狀況,科學(xué)編制防洪規(guī)劃,因地制宜,綜合考慮各方面因素,從現(xiàn)狀情況分析、防洪規(guī)劃原則、標(biāo)準(zhǔn)及城市防洪體系等幾方面,構(gòu)建新的城市防洪建設(shè)和管理體系,進(jìn)而保障城市防洪安全,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 研究區(qū)概況

良渚組團(tuán)是杭州市總體規(guī)劃所確定的城市空間發(fā)展戰(zhàn)略中所構(gòu)建的6大組團(tuán)之一,該區(qū)域位于杭州市余杭區(qū)中部,包括良渚鎮(zhèn)、仁和鎮(zhèn)和良渚遺址保護(hù)區(qū)等[2]。根據(jù)良渚組團(tuán)各區(qū)塊現(xiàn)狀地形特點(diǎn)及功能定位,分為組團(tuán)中心區(qū)、良渚片勾莊片居住區(qū)、先進(jìn)制造業(yè)基地、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)基地、良渚遺址保護(hù)區(qū)、高新農(nóng)業(yè)園區(qū)、濕地保護(hù)區(qū)、東明山森林公園區(qū)等8大區(qū)塊。該組團(tuán)的規(guī)劃面積為215.6 km2,其中規(guī)劃城市建設(shè)用地41.99 km2,規(guī)劃城市人口30萬(wàn)。良渚組團(tuán)屬于運(yùn)河水系,河網(wǎng)密布,現(xiàn)狀地面高程1.8～2.5 m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn))。

3 區(qū)域防洪水利計(jì)算與分析

3.1 設(shè)計(jì)暴雨

計(jì)算區(qū)內(nèi)瓶窯站資料連續(xù)系列長(zhǎng),地理位置具有一定的代表性,故選用瓶窯站作為設(shè)計(jì)暴雨分析計(jì)算的代表站。按年最大值選樣的方法,統(tǒng)計(jì)瓶窯站的1,3,7 d暴雨,瓶窯站暴雨系列選用1950—2002年。進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)排頻計(jì)算,按P-Ⅲ型曲線適線擬合,求得該站各頻率設(shè)計(jì)暴雨,成果見(jiàn)表1。

表1 瓶窯站設(shè)計(jì)暴雨成果表

設(shè)計(jì)雨型:根據(jù)閘口站20場(chǎng)年最大3 d暴雨的日程分配情況,最大1 d降雨量置于第2日,其余2 d降雨量各占50%,設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配模式采用1963年型。

3.2 數(shù)學(xué)計(jì)算模型

平原河網(wǎng)水利計(jì)算采用感潮河網(wǎng)非恒定流計(jì)算程序,即用隱式差分格式求解圣維南偏微分方程組。

(1)式為連接性方程;(2)式為動(dòng)力方程。

式中:B為水面寬,m;Z為水位,m;Q為流量,m3/s;q為旁側(cè)流量,m3/s;v為斷面平均流速,m/s;g為重力加速度(為9.8 m/s2);F為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2;K為單位過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的流量模數(shù)。

以4點(diǎn)隱式差分格式將上述偏微分方程組化為差分方程組。該差分方程組與河汊、閘汊方程,邊界條件及初始條件一起構(gòu)成一大型的非線性方程組,計(jì)算中考慮倒堤、漫灘、分洪及多種形式的閘、泵、堰、阻水橋梁等因素,計(jì)算出各種水利工程條件下,河道各特征斷面水位和流量的過(guò)程。

3.3 河網(wǎng)概化

根據(jù)良渚組團(tuán)地形、地勢(shì)、河流走向,結(jié)合杭州市總體規(guī)劃的布局,構(gòu)成此次模型計(jì)算的河網(wǎng)概化圖(見(jiàn)圖1)。計(jì)算范圍進(jìn)行拓展,西至東苕溪,東至博陸、赭山港一線,南至錢(qián)塘江,北至德博港一線,面積1 500 km2。計(jì)算范圍內(nèi)的主要骨干排澇河道有:運(yùn)河、西塘河、余杭塘河等。在上述河段中截取了399個(gè)斷面,考慮了92個(gè)河汊,50個(gè)閘汊,63個(gè)概湖,及14條集中入流。錢(qián)塘江采用潮位邊界,運(yùn)河、上塘河均采用水位邊界。

圖1 水利計(jì)算河網(wǎng)概化圖

3.4 現(xiàn)狀防洪排澇能力分析

為判斷良渚組團(tuán)現(xiàn)有防洪設(shè)施的抗災(zāi)能力,就現(xiàn)狀水利工程條件下,流域遭遇不同頻率暴雨,進(jìn)行河網(wǎng)水利計(jì)算,成果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)狀工況最高洪水位表 m

結(jié)果表明,良渚組團(tuán)現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)區(qū)防洪排澇能力普遍低于10 a一遇。目前圩區(qū)的大部分防洪堤不滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求,遇較大洪水時(shí),外港洪水倒灌入圩區(qū)內(nèi),造成大面積低洼的居民點(diǎn)和農(nóng)田受淹。

3.5 區(qū)域防洪存在的主要問(wèn)題

區(qū)域防洪設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后,圩區(qū)排澇能力不足。當(dāng)前,除馬角洋圩區(qū)排澇模數(shù)達(dá)到1.6 m3/(s·km2),其他圩區(qū)均在0.6～1.0 m3/(s·km2)。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),良渚組團(tuán)土地利用性質(zhì)發(fā)生了改變,因此在提高圩區(qū)防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),急需解決區(qū)域的排澇能力不足,引起的內(nèi)澇問(wèn)題。

4 防洪規(guī)劃方案

4.1 規(guī)劃原則及依據(jù)

規(guī)劃原則為貫徹全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標(biāo)本兼治的原則[3]。遵循平原河網(wǎng)現(xiàn)有水系基本格局,充分發(fā)揮水生態(tài)環(huán)境綜合功能。堅(jiān)持河道整治與保護(hù)并重,增強(qiáng)河道的防洪能力,改善生態(tài)環(huán)境。在提高防洪能力的同時(shí),確保河網(wǎng)水系連通及蓄水能力,提高排澇能力。

4.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

城市防洪標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系到防洪工程的規(guī)模、投資和建設(shè)期限等問(wèn)題,取決于城市的發(fā)展規(guī)模及一定時(shí)期的國(guó)民經(jīng)濟(jì)能力[4]。根據(jù)GB 50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》,東苕溪以東區(qū)塊防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇;東苕溪以西區(qū)塊防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇;東苕溪西險(xiǎn)大塘防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。根據(jù)DL/T 5015—1996《水利水電工程動(dòng)能設(shè)計(jì)規(guī)范》,并根據(jù)良渚組團(tuán)的規(guī)劃要求,排澇標(biāo)準(zhǔn)采用重現(xiàn)期20 a一遇24 h暴雨24 h排出不受淹。

4.3 防洪方案擬定及選擇

結(jié)合良渚組團(tuán)現(xiàn)狀情況,初步擬定3種防洪規(guī)劃方案。方案1:圩區(qū)維持現(xiàn)狀防洪格局,防洪方式以圍圩為主。方案2:圩區(qū)格局進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,與良渚組團(tuán)分區(qū)規(guī)劃相適應(yīng),將零星的小圩區(qū)合并為大圩區(qū),因地制宜采用地坪抬高和圍圩相結(jié)合的防洪方式。方案3:采用全面抬高地坪的防洪方式代替圍圩。

通過(guò)綜合分析,方案1投資省,實(shí)施難度小,但圩區(qū)防洪格局分散,不利于組團(tuán)分區(qū)規(guī)劃的實(shí)施。方案3全面縮短了防洪搶險(xiǎn)戰(zhàn)線,但該方案投資大,對(duì)河道生態(tài)和水環(huán)境的破壞嚴(yán)重。方案2與組團(tuán)分區(qū)規(guī)劃相適應(yīng),圩區(qū)防洪格局優(yōu)化調(diào)整后,防洪搶險(xiǎn)壓力減小,雖有部分地坪抬高,但填土量較少,可以通過(guò)城市建設(shè)過(guò)程中地下空間開(kāi)挖的多余土方來(lái)解決,投資比方案3省。因此總體防洪規(guī)劃格局推薦采用方案2。

4.4 規(guī)劃排澇模數(shù)的選擇

圩區(qū)依據(jù)土地利用性質(zhì)分為城鎮(zhèn)圩區(qū)、農(nóng)業(yè)圩區(qū)分別計(jì)算相應(yīng)的排澇模數(shù)。城鎮(zhèn)圩區(qū)一般利用河道湖泊的調(diào)蓄能力對(duì)徑流峰值進(jìn)行調(diào)蓄,t時(shí)澇水t時(shí)排出,排澇模數(shù)q城鎮(zhèn)=(ht-kΔ z)/(t/3.6);農(nóng)業(yè)圩區(qū)利用水位預(yù)降增加河道湖泊調(diào)蓄能力,農(nóng)業(yè)圩區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的澇水T日后排出,排澇模數(shù) q農(nóng)業(yè)=0.011 6(ht-kΔ z)/T;

式中:q為圩區(qū)排澇模數(shù),m3/(s·km2);ht為t時(shí)暴雨產(chǎn)生的徑流深,mm;T(t)為排澇歷日,h;k為圩區(qū)水面率;Δ z為圩區(qū)河流湖泊預(yù)降水深,mm。

在良渚組團(tuán)規(guī)劃中,城市建設(shè)用地大幅增多,城市化率的提高使得建成區(qū)不透水面積增加,圩區(qū)產(chǎn)水量和洪峰量增大,通過(guò)管渠排水系統(tǒng)和坡面匯流的形式匯入圩區(qū)內(nèi)河流湖泊,排澇模數(shù)應(yīng)隨之增大以滿足新的防洪排澇要求,良渚組團(tuán)城鎮(zhèn)圩區(qū)規(guī)劃排澇模數(shù)不低于2.0m3/(s·km2),農(nóng)業(yè)圩區(qū)和濕地保護(hù)區(qū)規(guī)劃排澇模數(shù)不低于1.0m3/(s·km2)。

4.5 水面率及河道規(guī)劃

水面率決定著圩區(qū)河流湖泊的調(diào)蓄能力。在圩區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)中,要注意水域面積的保護(hù)。良渚組團(tuán)合理水面率根據(jù)水域滯蓄能力,考慮圩區(qū)水土資源利用效益綜合確定,城市區(qū)規(guī)劃水面率控制在5.6%～7.1%,農(nóng)業(yè)和濕地保護(hù)區(qū)控制在15%以上,總規(guī)劃水面率不低于9.5%。在城市用地建設(shè)規(guī)劃中現(xiàn)狀河道和蕩漾水域應(yīng)加以保留,在圩區(qū)城市建設(shè)中因部分池塘被填埋占用而減少的水面率,可結(jié)合河道整治、建設(shè)人工湖等措施補(bǔ)償水域面積。

在河道規(guī)劃中,遵循平面河網(wǎng)現(xiàn)有水系基本格局,確定以京杭大運(yùn)河、東苕溪等河流作為骨干排澇河道,形成互相溝通、水流順暢的排水網(wǎng)絡(luò)。注意控制河道寬度線、河岸線、堤防線、堤腳線與河道管理范圍線?，F(xiàn)狀河寬大于控制寬度的部分,應(yīng)予保留。規(guī)劃應(yīng)遵循因勢(shì)利導(dǎo)、綜合治理的原則,統(tǒng)盤(pán)考慮河道上、中、下游及河道兩岸經(jīng)濟(jì)發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃,從宏觀上控制河床演變向有利的方向發(fā)展。

4.6 防洪保障措施

城市防洪工程涉及到多個(gè)行政部門(mén)的方方面面,傳統(tǒng)的管理體制難以支撐新形勢(shì)下的水利發(fā)展要求,因此,防洪規(guī)劃的實(shí)施,首先要理順工程管理的體制和機(jī)制[5]。應(yīng)通過(guò)有效的管理體制改革,加強(qiáng)對(duì)防洪工程的統(tǒng)一管理,從整體出發(fā),統(tǒng)籌兼顧,處理好上下游,市、郊區(qū)及各部門(mén)之間的關(guān)系。在實(shí)施具體的河道管理中,因職能重疊,城市發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化情況,河流水體流動(dòng)等特性,河道管理工作常常產(chǎn)生滯后、交叉或盲區(qū)的結(jié)果。按照新的余杭區(qū)組團(tuán)控制性詳細(xì)規(guī)劃,市區(qū)城市化比率相當(dāng)大,農(nóng)業(yè)保留區(qū)范圍河道也與城區(qū)河道密實(shí)相關(guān),行政管理上劃分的“城區(qū)”和 “農(nóng)村”已經(jīng)不適應(yīng)發(fā)展的需要,矛盾日亦突出,應(yīng)盡快進(jìn)行調(diào)整,建立和設(shè)置水務(wù)一體化的統(tǒng)一行政管理部門(mén),健全河網(wǎng)工程及水資源的統(tǒng)一管理體制。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于新型人水關(guān)系的新的城市防洪規(guī)劃是城市安全的基本保障,隨著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展與綜合實(shí)力的增強(qiáng),城市防洪體系建設(shè)在不斷加強(qiáng)。城市防洪規(guī)劃要緊密結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)城市防洪規(guī)劃與流域規(guī)劃、城市規(guī)劃、排水規(guī)劃等的相互關(guān)系,確立科學(xué)的防洪規(guī)劃原則,選取合理的防洪規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn),制定出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的城市防洪體系建設(shè)方案,并通過(guò)建立有效的技術(shù)及管理體系,實(shí)現(xiàn)城市防洪安全和可持續(xù)全面發(fā)展。

[1]郭亮輝.蘇南沿江城市防洪規(guī)劃研究 [D].南京:河海大學(xué)出版社,2007.

[2]浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.杭州市余杭區(qū)良渚組團(tuán)分區(qū)規(guī)劃2008—2020年 [R].杭州:浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2009.

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