韶關(guān)市芙蓉新城排澇方案研究

張 杰

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635）

1 研究區(qū)域概況

1.1 地理位置

規(guī)劃芙蓉新城，位于韶關(guān)市西南部武江區(qū)內(nèi)，距離韶關(guān)市中心約10 km，地理位置優(yōu)越，交通發(fā)達(dá)。規(guī)劃區(qū)東臨北江，南接京珠高速，西連國(guó)道G 323，北通韶關(guān)市區(qū)，毗鄰武廣高鐵，武廣高鐵韶關(guān)站位于規(guī)劃區(qū)西南部，總規(guī)劃用地面積16.09 km2[1]。

1.2 水系概況

1.2.1 北江

芙蓉新城南臨北江，北江屬于珠江北支，流經(jīng)中國(guó)廣東省北部。北江西源的武水出湖南省臨武縣西，北江東源的湞水出江西省信豐縣石碣大茅山，兩源南流在廣東省韶關(guān)市匯合后始稱北江，到三水同西江匯合。干流長(zhǎng)468 km，流域面積4.67萬(wàn)km2。

北江從芙蓉新區(qū)南部經(jīng)過(guò)，流向由東向西，河面寬150～600 m，在芙蓉新區(qū)南部車頭洲上游，建有孟洲壩水電站。

1.2.2 沐溪河

沐溪河發(fā)源于韶關(guān)西山沐溪水庫(kù)，從武江工業(yè)園附近流入西聯(lián)新區(qū)，并在芙蓉新區(qū)西部呈蛇曲狀迂回盤(pán)旋向南徑流，匯入北江。沐溪河集雨面積35.35 km2，河長(zhǎng)11.6 km，平均河床比降5.0‰，沐溪河河面寬10～30 m。上游有沐溪水庫(kù)、長(zhǎng)塘水庫(kù)及佛塘水庫(kù)。其中沐溪水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)的中型水庫(kù)，水庫(kù)以上集雨面積8.26 km2。

1.2.3 東沖河

東沖河為北江一級(jí)支流，發(fā)源于芙蓉山西南側(cè)山腳下的東沖，從西聯(lián)新區(qū)北面呈蛇曲狀往南流，于車頭洲村附近匯入北江。東沖河集雨面積19.28 km2，河長(zhǎng)9.45 km，平均河床比降5.3‰。東沖河上游東北角有石背窩水庫(kù)，水庫(kù)集雨面積3.44 km2，河長(zhǎng)3.28 km。

1.3 現(xiàn)狀排澇能力分析

芙蓉新城三面環(huán)山，南面臨北江。百旺路以北地勢(shì)向北逐漸抬高，高程在50～115 m左右，場(chǎng)地以農(nóng)田、果樹(shù)、魚(yú)塘為主。西聯(lián)大道以南地勢(shì)較為平坦，局部有峰從，高程為50～65 m左右，場(chǎng)地多為農(nóng)田、魚(yú)塘及村莊居住用地。

新城現(xiàn)狀排水系統(tǒng)由沐溪河、東沖河、少部分已開(kāi)挖建設(shè)的截洪溝、幾個(gè)有調(diào)蓄作用的水塘組成。現(xiàn)狀沐溪河和東沖河河口位置均沒(méi)有水閘、泵站。

以現(xiàn)狀排水系統(tǒng)進(jìn)行排水分析，在新城內(nèi)發(fā)生10年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水時(shí)，百旺路以南區(qū)域的洪水位，均高于規(guī)劃的地面標(biāo)高。因此，新城現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的排澇能力未達(dá)到10年一遇標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法滿足新城建設(shè)的需求。

2 建立模型

2.1 河網(wǎng)及建筑物概化

芙蓉新城水系河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，相互連通自然分流，水流運(yùn)動(dòng)特性較為復(fù)雜，因此采用傳統(tǒng)蓄排澇演算難以準(zhǔn)確有效地模擬區(qū)內(nèi)渠網(wǎng)的水流過(guò)程。采用MIKE 11一維非恒定水動(dòng)力學(xué)模型，建立芙蓉新城區(qū)域內(nèi)的河網(wǎng)水利計(jì)算模型。MIKE 11模型系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐驗(yàn)證的模型，適用于包括復(fù)雜平原河網(wǎng)在內(nèi)的一維非恒定流計(jì)算，是模擬一維水流和水質(zhì)的國(guó)際化工程軟件[2]。本次研究范圍內(nèi)，沐溪河、東沖河上游區(qū)域?qū)儆谏角鹌碌亍⑾掠涡鲁菂^(qū)域內(nèi)屬于河網(wǎng)區(qū)。本次河網(wǎng)主要概化北江（乳源河上游～韶關(guān)水文站）、沐溪河、東沖河、世紀(jì)涌、芙蓉渠，以及調(diào)蓄節(jié)點(diǎn)世紀(jì)湖、湞陽(yáng)湖、濕地湖。河網(wǎng)共概化河道17條，河道節(jié)點(diǎn)共665個(gè)，研究區(qū)域河道概化見(jiàn)圖1。

圖1 河道概化圖

2.2 模型邊界條件

2.2.1 設(shè)計(jì)洪水

研究區(qū)域劃分為11個(gè)集水區(qū)，總集雨面積約54.65 km2。各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水以點(diǎn)源或沿程匯流的方式加入河網(wǎng)模型，集水分區(qū)見(jiàn)圖2。

為了同時(shí)解決該樣機(jī)的維間耦合和多維加載兩個(gè)問(wèn)題,本文提出了一種新的思路,即在獲取標(biāo)定數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)進(jìn)行單維加載和多維加載,再使用上述兩種方法分別解耦運(yùn)算,觀察解耦效果如何,是否可以投入使用。

圖2 集水區(qū)域的劃分

沐溪河上游、石背窩水庫(kù)，采用廣東省綜合單位線法和推理公式法（1988年修訂）兩種方法對(duì)比計(jì)算，并參照協(xié)調(diào)兩種方法的設(shè)計(jì)洪峰流量值相差不超過(guò)20%（以數(shù)值大者為分母）后，采用綜合單位線的洪水成果。新城范圍內(nèi)的9個(gè)集水區(qū)域的設(shè)計(jì)洪水，采用雨量扣損法計(jì)算。根據(jù)不同的土地利用類型的產(chǎn)流系數(shù)，得出計(jì)算區(qū)域的綜合產(chǎn)流系數(shù)，采用《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊(cè)》[3]中的雨型成果，演算凈雨過(guò)程，得到計(jì)算區(qū)域的流量過(guò)程。設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見(jiàn)表1。

2.2.2 河道糙率

現(xiàn)狀模型計(jì)算東沖河、沐溪河糙率采用0.033；整治后河道河床較為平整，兩岸阻水植被少，規(guī)劃模型計(jì)算東沖河、沐溪河糙率采用0.03，其余新建河道糙率為0.027。

3 排澇方案

3.1 暴雨洪水遭遇分析

韶關(guān)站位于韶關(guān)市北江橋下游70 m的北江右岸，距離新城中心約7 km，暴雨等值線在新城附近分布比較均勻，故采用韶關(guān)站的實(shí)測(cè)水位和暴雨資料進(jìn)行洪水遭遇分析。采用1969—2013年逐日降雨和同系列的逐日水位進(jìn)行遭遇分析。統(tǒng)計(jì)韶關(guān)站各年最高水位，進(jìn)行P-III型曲線適線，頻率分析成果見(jiàn)表2。

表1 研究區(qū)域設(shè)計(jì)洪水成果

表2 韶關(guān)站實(shí)測(cè)水位頻率分析成果

3.1.1 以暴雨為主遭遇外江洪水分析

篩選出日降雨量不小于最大日雨量多年平均值，對(duì)應(yīng)當(dāng)日水位前后1天中的最高水位，以此作相關(guān)分析，相關(guān)分析見(jiàn)圖3。

圖3 以暴雨為主遭遇外江洪水相關(guān)圖

1969—2013年大于多年平均日雨量的暴雨有27次，其中2000年9月1日，雨量157.4 mm，遭遇外江水位52.715 m，小于外江多年平均最高水位；1972年5月6日，雨量142 mm，遭遇外江水位54.935 m，約為5年一遇水位；1994年6月16日，雨量116.7 mm，遭遇外江水位56.625 m，為20年一遇水位，而此時(shí)的雨量大小不足5年一遇，由此，區(qū)域很少遭遇暴雨外江5～10年一遇洪水。

3.1.2 以外江洪水為主遭遇暴雨分析

圖4 以外江洪水為主遭遇暴雨相關(guān)圖

1969—2013年大于多年平均日水位的洪水有17場(chǎng)，其中最高水位為1994年6月16日，外江水位56.625 m，遭遇雨量116.7 mm，接近5年一遇雨量；1972年5月6日，外江水位54.935 m，遭遇雨量142 mm，接近10年一遇雨量。由此，外江稀遇洪水遭遇區(qū)域5～10年一遇暴雨。

從上圖可以看出韶關(guān)站降雨量與水位沒(méi)有明顯的相關(guān)性，因此可以認(rèn)為區(qū)內(nèi)暴雨產(chǎn)生的洪水與外江潮位之間不存在必然的相關(guān)關(guān)系，可視為獨(dú)立事件。

結(jié)合排澇標(biāo)準(zhǔn)按有效應(yīng)對(duì)30年一遇分析，可分為內(nèi)洪為主及外洪為主兩種工況分析。其中內(nèi)洪為主30年一遇暴雨遭遇外江10年一遇工況，低于防洪要求，可通過(guò)水閘自排出北江。因此，重點(diǎn)研究新城流域范圍內(nèi)，發(fā)生10年一遇暴雨遭遇外江30年一遇洪水位。

3.2 排澇方案計(jì)算

根據(jù)區(qū)域洪水特性、流域地形等因素，需要在沐溪河河口、東沖河河口建設(shè)排澇泵站，下面通過(guò)3個(gè)方案對(duì)比分析研究排澇泵站的規(guī)模，詳見(jiàn)表3。

初始方案：采取預(yù)降水位至49.0 m，沒(méi)有增加工程措施。

方案一：采取預(yù)降水位至49.0 m，對(duì)沐溪河水庫(kù)進(jìn)行加固建設(shè)，提高攔蓄洪水能力，將20年一遇以下（含）洪水全部攔蓄不放水。

方案二：采取預(yù)降水位至49.0 m，對(duì)沐溪河水庫(kù)進(jìn)行加固建設(shè)，提高攔蓄洪水能力，將20年一遇以下（含）洪水全部攔蓄不放水；在沐溪河河口位置建設(shè)1個(gè)人工湖攔蓄洪水，湖面面積79 546 m2。

經(jīng)計(jì)算，在區(qū)域內(nèi)20年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水工況下，最小泵站規(guī)模為沐溪河泵站98 m3/s，東沖河泵站規(guī)模為60 m3/s；在區(qū)域內(nèi)10年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水工況下，最小泵站規(guī)模為沐溪河泵站68 m3/s，東沖河泵站規(guī)模為55 m3/s。

表3 三種方案比較

經(jīng)對(duì)比分析，工況1（區(qū)域內(nèi)20年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水），兩種方案泵站規(guī)模分別減少7 m3/s、14 m3/s；工況2（區(qū)域內(nèi)10年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水），兩種方案泵站規(guī)模分別減少10 m3/s、15 m3/s。

4 結(jié)論

在研究芙蓉新城現(xiàn)狀水系河網(wǎng)特征的基礎(chǔ)上分析現(xiàn)狀排澇能力，通過(guò)MIKE11模型對(duì)韶關(guān)芙蓉新城沐溪河、東沖河河網(wǎng)進(jìn)行概化，加進(jìn)水閘泵站等水工建筑物模塊，并對(duì)調(diào)度方式建立一維水動(dòng)力模型。在排澇標(biāo)準(zhǔn)及排澇目標(biāo)下，根據(jù)暴雨洪水遭遇分析以及芙蓉新城現(xiàn)實(shí)條件，提出了加固沐溪水庫(kù)、沐溪河河口增加調(diào)蓄湖的排澇方案，并通過(guò)建立的模型計(jì)算不同方案下的排澇泵站規(guī)模。