南京市哪吒河排澇方案研究

張 穎，趙燕霞，顧 冬

（1.南京市江寧區(qū)水務(wù)局，江蘇 南京 210000；2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

哪吒河屬秦淮河水系，原為直通溧水河的一級支流，是南京市江寧區(qū)祿口街道和秣陵街道的界河。上世紀八十年代初期，因水系整治需要，于河口打壩，從而使哪吒河變?yōu)閮?nèi)河。2005年，河道上游的空港工業(yè)園開發(fā)建設(shè)，改變了流域下墊面條件，增加了河道兩岸受淹風險，尤以2007年內(nèi)澇最為嚴重，兩岸共計5500畝農(nóng)田受淹。2011年，為解決河道兩岸農(nóng)田受淹問題，于河口新建排澇泵站，泵站設(shè)計流量6.4m3/s。

近年來，由于祿口集鎮(zhèn)和空港新城的開發(fā)建設(shè)，城市面積不斷擴大，排水工況日益復(fù)雜，排澇要求也不斷提高，加上極端天氣頻發(fā)，區(qū)域的排澇形勢十分嚴峻。2016年汛期，秦淮河流域普降大雨，天祿大道（跨哪吒河市政道路）及哪吒河右堤多處漫堤，淹及堤后魚塘；2020年6月15日，江寧區(qū)短期強降雨，哪吒河水位驟升，在高水位持續(xù)浸泡下，河道迎水坡多處大面積坍塌。

2016年，南京市規(guī)劃局江寧分局主持編制了《祿口新城市政專項規(guī)劃》，對祿口新城60.35km2區(qū)域的豎向、水系、排水、管線等分別進行規(guī)劃，并融入了海綿城市規(guī)劃理念，在水安全、水生態(tài)、水環(huán)境和水資源等方面確定海綿城市建設(shè)指標體系，通過生態(tài)護岸、植被緩沖帶、海綿道路、海綿綠地等相關(guān)措施，實現(xiàn)社會水循環(huán)和自然水循環(huán)相互貫通。

本文以哪吒河為研究對象，通過分析其來水與排水情況，按現(xiàn)狀工況和規(guī)劃工況分別研究水文特性，計算河道流量和河口泵站排澇規(guī)模，在此基礎(chǔ)上提出河道和泵站的調(diào)度運行方案。

1 研究范圍

哪吒河位于祿口新城規(guī)劃區(qū)東南側(cè)，上游與如意湖（調(diào)蓄景觀湖）兩條通湖河道連通，下游通過河口泵站進入溧水河，泵站規(guī)模為6.4m3/s。河道總長3.5km，左岸為南京市江寧區(qū)秣陵街道，右岸位于南京市江寧區(qū)祿口街道。

哪吒河上游主排祿口空港新城來水，該區(qū)域地面高程7.1～30.2m，起伏很大，整體地勢呈中間高兩側(cè)低、南高北低的形態(tài)。哪吒河位于區(qū)域東北角，附近地面高程9.5m左右，根據(jù)《祿口新城市政專項規(guī)劃》屬于低排區(qū)，但因空港新城排水系統(tǒng)尚未完全建成，現(xiàn)狀存在高低水混排的情況，因此哪吒河目前尚承擔高水低排任務(wù)。

據(jù)此，本研究分別按現(xiàn)狀工況和規(guī)劃工況確定河道匯水范圍。

1.1 現(xiàn)狀工況匯水范圍

現(xiàn)狀工況為哪吒河上游如意湖已建成，但輔湖及通湖河道均未開工，排水仍然是高低水混排。此時河道匯水面積7.63km2，分為山丘區(qū)3.36km2（高低水混排區(qū)）、農(nóng)業(yè)圩區(qū)3.58km2（低排區(qū)）和附近居民小區(qū)0.69km2（低排區(qū)）。

1.2 規(guī)劃工況匯水范圍

規(guī)劃工況為哪吒河上游如意湖及通湖河道均已建成，場地高程滿足設(shè)計要求，管網(wǎng)均建設(shè)完工，整體達到《祿口新城市政專項規(guī)劃》要求，如意湖通湖河道設(shè)置控制閘門，汛期主要通過楚風河閘、旱河閘排洪，洪水不進入哪吒河。此時哪吒河河道匯水面積6.8km2，分為山丘區(qū)2.53km2，農(nóng)業(yè)圩區(qū)3.58km2和附近居民小區(qū)0.69km2，均為低排區(qū)。

2 排澇標準

哪吒河上游為城鎮(zhèn)圩區(qū)，排澇標準為20a一遇降雨內(nèi)河水位不超排澇控制水位；下游為農(nóng)業(yè)圩區(qū)，排澇標準為20a一遇澇水雨后24h排出；管道設(shè)計降雨重現(xiàn)區(qū)取3a。

3 設(shè)計暴雨

3.1 設(shè)計面暴雨

因區(qū)域乏實測洪水資料，參照常規(guī)，設(shè)計暴雨采用《江蘇省暴雨洪水圖集》法計算，查得各歷時暴雨點面折算系數(shù)K，據(jù)此得各歷時各重現(xiàn)期設(shè)計面暴雨見表1。

表1 設(shè)計點暴雨及面暴雨計算表

3.2 設(shè)計凈雨

采用圖集法雨型，采用同頻率法放大對典型雨型進行放大。將典型暴雨按最大24h、6h、1h雨量采用同頻率法縮放至20a一遇設(shè)計暴雨。設(shè)計凈雨按設(shè)計暴雨每小時扣損1mm計算成果見表2。

表2 設(shè)計凈雨過程

4 哪吒河排水計算

4.1 現(xiàn)狀工況

（1）山丘區(qū)設(shè)計洪水計算

現(xiàn)狀工況下，哪吒河上游排水面積3.36km2，均為山丘區(qū)，干流比降5.679‰。

根據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集》（1984），區(qū)域匯水面積為3.36km2，流量系數(shù)Fc=F/（3.6Δt），得到Fc=0.93。各時段總徑流量Ii=Ri×Fc，計算結(jié)果見表3。

表3 研究區(qū)20a一遇時段總徑流量Ii

匯水區(qū)為山丘區(qū)，采用《江蘇省暴雨洪水圖集》（1984）中的瞬時單位線法推求洪水過程線。計算區(qū)

位于蘇南山丘區(qū)，m2=1/3，m1通過以下公式求得：

當P＞5%時，m1=4.3（F/J）0.28；

當P≤5%時，m1=3.2（F/J）0.28。

干流比降為5.679‰，當P=5%時，m1=1.45。查m1和Δt=1h的單位線關(guān)系表，線性插值得該區(qū)1h單位線，乘以時段總徑流量，并錯開相加，得到設(shè)計洪水過程線見表4。

表4 研究區(qū)20a一遇設(shè)計洪水過程

根據(jù)哪吒河上游山丘區(qū)20a一遇入流過程，得到洪峰流量48.04m3/s。

（2）農(nóng)業(yè)圩區(qū)排澇

農(nóng)業(yè)圩區(qū)地勢低洼，暴雨徑流難以自排，往往需要排澇泵站輔助排澇[1]，合理設(shè)置排澇動力、確定排澇模數(shù)，對提高排澇效率，降低澇災(zāi)經(jīng)濟損失而言意義重大[2]。

哪吒河下游左岸為秣陵聯(lián)圩，根據(jù)《江寧區(qū)秣陵街道水利工程建設(shè)規(guī)劃（報批稿）》，排澇流量為2.69m3/s。

哪吒河下游右岸為祿口聯(lián)圩，根據(jù)《南京市江寧區(qū)祿口街道水利工程建設(shè)規(guī)劃報告（修訂稿）》，排澇流量為1.94m3/s。

（3）居民小區(qū)排澇

哪吒河下游右岸局部為奧斯博恩莊園居民小區(qū)，現(xiàn)狀通過泵站排澇，排澇規(guī)模為3.0m3/s。

（4）河道總排水流量

通過以上數(shù)據(jù)累計，哪吒河山丘區(qū)、農(nóng)業(yè)圩區(qū)、居民小區(qū)總排水洪峰流量為55.67m3/s。

（5）河道控制水位計算

河口泵站現(xiàn)狀排澇能力為6.4m3/s，哪吒河河道長3.75km，寬85m，將其概化為小水庫，采用水庫調(diào)洪演算推算最大調(diào)蓄水深[3-4]。哪吒河河道調(diào)蓄水位—庫容—出流關(guān)系見表5。

表5 哪吒河調(diào)蓄水位—庫容、水位—出流能力關(guān)系

哪吒河調(diào)洪演算過程詳見表6。

表6 哪吒河調(diào)洪演算過程（20a一遇）

在河口泵站6.4m3/s、起調(diào)水位7.5m（河道常水位）條件下，哪吒河最高水位為9.77m，調(diào)蓄水深為2.27m。此時跨河道路天祿大道受淹（路面高程9.5m），與實際相符。

4.2 規(guī)劃工況

（1）管網(wǎng)排水能力

哪吒河上游匯水區(qū)域內(nèi)降雨產(chǎn)流先匯入雨水管網(wǎng)，通過管網(wǎng)排入哪吒河。澇水排入哪吒河上游的過程受雨水管網(wǎng)的排水能力約束，因此需要復(fù)核雨水管網(wǎng)排水能力。

根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014—2014）規(guī)定，特大城市非中心城區(qū)，雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期為2～3a；中心城區(qū)的重要地區(qū)，雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期為5～10a。本次雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期取3a。

徑流系數(shù)選取依據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2014）規(guī)定，綜合排水區(qū)用地性質(zhì)，綜合考慮定為0.5。

（2）排澇計算

a.內(nèi)河入流過程

基于圩區(qū)排澇標準條件的設(shè)計暴雨過程計算產(chǎn)流得到凈雨過程，以管道排水能力為上限，排入內(nèi)河河道。當凈雨過程流量小于管道排水能力時按凈雨過程流量入內(nèi)河，否則以管道排水能力入內(nèi)河。

以管道3a一遇排水能力（取α=0.5，t=60min，h=27.60mm/h）為控制，推求內(nèi)河入流過程，結(jié)果見表7。

表7 內(nèi)河入流過程

b.排澇規(guī)模計算

根據(jù)常規(guī)內(nèi)河調(diào)蓄經(jīng)驗，擬定哪吒河調(diào)蓄水深1.0m，即最高控制水位8.5m條件下，哪吒河調(diào)洪演算過程詳見表8。

表8 規(guī)劃工況下哪吒河調(diào)洪演算過程（調(diào)蓄水深1.0m）

此時計算得河道外排出流量28.2m3/s，現(xiàn)狀河口泵站排澇流量6.4m3/s，為保證排澇片區(qū)排澇，需另新建排澇規(guī)模為21.8m3/s的外排泵站，該結(jié)果與《祿口新城市政專項規(guī)劃》擬新建20.0m3/s規(guī)模的泵站基本吻合。

5 結(jié)論與排澇建議方案

5.1 結(jié)論

（1）現(xiàn)狀工況下，哪吒河承擔上游高、低水外排任務(wù)，排澇壓力大，現(xiàn)有河口泵站規(guī)模不足，調(diào)蓄水深達2.27m，當在常水位7.5m時起調(diào)的條件下，河道高水位達9.77m，此時河道兩岸及跨河市政道路（天祿大道實測標高9.5m）均有受淹風險。

（2）規(guī)劃工況下，哪吒河上游來水通過管網(wǎng)匯入，排澇壓力減小，按常規(guī)設(shè)定調(diào)蓄水深1.0m時，需新建21.8m3/s規(guī)模的外排泵站，該結(jié)論與《祿口新城市政專項規(guī)劃》基本吻合。

5.2 排澇建議方案

現(xiàn)狀工況下，為避免河道兩岸及相關(guān)市政道路受淹，汛前河口泵站需提前開機，預(yù)降哪吒河水位，控制汛限水位不高于7.23m，此時最高水位9.5m，有條件時可將哪吒河水位降低至6.6m以滿足超高要求，考慮到水位波動驟升驟降對河道岸坡的影響，建議相關(guān)部門對河道坡面進行必要的防護。

規(guī)劃工況下僅需做好常規(guī)防汛調(diào)度，使河道汛限水位保持在7.5m（常水位）時即可保證河道最高水位不超8.5m。

因近期暫無河口泵站擴建計劃，現(xiàn)狀泵站仍需維持現(xiàn)有6.4m3/s運行，此時需加強汛期調(diào)度運行以避免發(fā)生嚴重洪澇災(zāi)害，遠期建議泵站擴建至28.2m3/s后，能大幅降低相關(guān)部門防汛壓力。