揚州市某水系調整方案分析

金 勇，費震禹，高 嵩

(1.揚州市勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225007；2.高郵市水利局，江蘇 揚州 225600)

1 研究背景

安墩河水系是揚州市主城區(qū)瘦西湖水系的主要排澇通道，安墩河北接二道河、南排古運河，呈南北走向，荷花池至古運河段河長1.1km，是瘦西湖水系的骨干引排河道。南端入古運河處建有安墩河閘站，閘門凈寬4.6m，泵站設計流量為19m3/s。西沙河水系由西沙河組成，是揚子津街道的骨干引排河道，河道呈“L”型，總長2.01km，西沙河排水一方面經由安墩河閘站抽排至古運河，另一方面可經小板橋閘相機自排至古運河。

擬建大學路是主城區(qū)連接國家5A級瘦西湖景區(qū)至328國道的一條重要南北向道路。大學路現(xiàn)狀南至江陽路為“斷頭路”，擬南延至328國道，與現(xiàn)狀安墩河走向基本一致，道路的建設將顯著影響安墩河水系排澇功能的發(fā)揮，不利于國家5A級瘦西湖景區(qū)的防洪安全。文章通過河道與道路線位比選，確定水系調整方案及布置；同時根據(jù)調整后的排水格局，通過建立一維河網水動力模型分析排澇、活水水位，復核泵站排澇標準。

2 現(xiàn)狀河道與擬建道路線位分析

受周邊現(xiàn)狀、征遷及交通限制，大學路南延線型難以大幅調整，根據(jù)現(xiàn)狀河道與道路的相對位置關系，提出了3種合理的線位選線方案。A方案：保留安墩河，道路沿現(xiàn)狀安墩河西側走線；B方案：部分遷改安墩河，利用安墩河部分河道空間進行道路建設；C方案：上跨安墩河及安墩閘站，如圖1所示。

圖1 河道與道路線位示意圖

對上述3種方案從工程總體造價、對河道的影響、規(guī)劃用地影響及可實施性幾個方面進行了比選(見表1)，最終確定了B方案。受其影響，需對安墩河及西沙河受影響段水系改線調整，并遷改安墩閘站、新建西沙河閘站。

表1 3種線位方案比選表

3 水系影響分析

(1)河道排水影響。由于大學路南延工程占用了安墩河河道空間，需對受影響河道進行改線，確保區(qū)域排水通暢，同時原經安墩河通過安墩河閘站抽排的澇水需另辟排澇通道排除。安墩河遷改后，原匯入安墩河的西沙河澇水也需單獨開辟通道外排。

(2)管網排水影響。安墩河線形調整后，需對原有雨水管網規(guī)劃做相應調整。由于安墩河兩側現(xiàn)狀房屋、地塊暫不能按規(guī)劃拆調整造到位。新開安墩河河道改線后，為減少對安墩河河道周邊現(xiàn)狀地塊的排水影響，需對該區(qū)域排水進行梳理與整治。

(3)引水活水影響。水系調整后，瘦西湖及安墩河水系引水活水仍維持北引南排，西沙河水系通過整治后，引水可利用興城東路下雨水管道北引瘦西湖水系的蒿草河水源，進入西沙河，通過小板橋閘、西沙河閘站排至古運河。

4 水系調整方案

4.1 調整原則

水系調整應在調整后的規(guī)劃基礎上，以利于區(qū)域排水為前提，同時兼顧區(qū)域用地發(fā)展建設實際需要。

4.2 總體布置

(1)安墩河。結合周邊用地情況，安墩河過江陽中路、嘉荷苑南側民房相對較少，征地拆遷量小，具備較好的平地開河條件，規(guī)劃擬沿著大學路東側新開東西向安墩河、排至古運河，新開河道與古運河銜接處需建閘站控制，即移址拆建安墩河閘站，保障瘦西湖水系排澇標準達到20a一遇。安墩河線形調整后，瘦西湖水系片區(qū)排水范圍將調整為18.3km2，該片20a一遇抽排總流量由38m3/s變?yōu)?7.6m3/s。

(2)西沙河。原有西沙河澇水通過安墩河閘站抽排，隨著大學路南延、安墩河改線，其排水也需相應調整。擬全線疏浚整治西沙河，拆建小板橋閘為小板橋閘站，對小板橋閘以東段河道布置生物景觀處理，澇水通過小板橋閘站抽排至古運河，提高該片區(qū)排澇能力至20a一遇。安墩河線形調整后，西沙河匯水范圍調整為1.0km2，該片20a一遇抽排流量由原來的3.05m3/s變?yōu)?.39m3/s。

4.3 河道布置

(1)安墩河調整段。安墩河改線后，匯水范圍較原來減少0.2km2，規(guī)劃安墩河新開河道設計常水位為▽5.0m，控制最高水位為▽5.2m，控制最低水位為▽4.2m，河口平均高程為6.2m。為減少占地，河道采用“L”形砼懸臂墻護岸。斷面設計標準為：河道底高程2.0m，底寬20m，擋墻頂高程5.0m，墻頂1∶3坡比至地面，河道兩側預留5m寬綠化帶。新開段河道長360m，河口寬為28m，新開挖水面積10080m2，水面達到“占一補一”的補償標準。

(2)西沙河調整段。西沙河河道匯水面積由原來的0.9km2增加到1.0km2，河道正常設計水位為▽5.0m，控制最高水位為▽5.2m，控制最低水位為▽4.4m。控制區(qū)域地面最低高程為6.0m，平均地面高程為6.2m。為減少占地，河口僅局部擴寬，河道全線疏浚并設護岸。南北段斷面：河道底高程2.5m，底寬8～10m，河口寬9～11m，地面平均高程在6.2m，采用板樁進行防護。東西段斷面：河道底高程2.5m，底寬10m，墻頂高程5.0m。墻頂以1∶3坡比至地面，地面平均高程在6.2m，河口寬15～20m。水系調整布置及排水范圍如圖2所示。

5 排澇及活水分析

5.1 排水標準

工程位于揚州市主城區(qū)范圍，治澇標準為20a一遇。采用最大24h設計雨量，排澇過程中建成區(qū)控制河道水位不超過內河控制的最高水位；河道、閘站均按20a一遇標準設計。

5.2 排水范圍

圖2 水系調整布置及排水范圍示意圖

原瘦西湖水系片區(qū)排水范圍為18.3km2，西沙河片區(qū)排水范圍調整為0.9km2。大學路南延工程及安墩河線形調整后，結合地形和雨水管網調整規(guī)劃，瘦西湖水系片區(qū)排水范圍調整為18.2km2，西沙河匯水范圍調整為1.0km2。

5.3 抽排流量

根據(jù)不同重現(xiàn)期的流量過程線、規(guī)劃調蓄水面積、調蓄水深，以2h為一個時段進行河網進、出水量平衡計算，并控制河道設計水位不超過內河最高水位，由此計算出各排水片區(qū)泵站的排澇流量與排澇模數(shù)。見表2—3。

表2 瘦西湖片排澇流量、排澇模數(shù)匯總表

表3 西沙河片排澇流量、排澇模數(shù)匯總表

瘦西湖片20a一遇抽排流量37.8m3/s，抽排模數(shù)2.05m3/s·km2，瘦西湖片現(xiàn)狀排區(qū)泵站抽排流量總計36.4m3/s，距離標準尚缺1.4m3/s，現(xiàn)狀安墩河閘站規(guī)模19m3/s，拆建規(guī)模為21m3/s。西沙河片20a一遇抽排流量3.9m3/s，抽排模數(shù)3.9m3/s·km2，拆除小板橋閘，新建西沙河閘站，規(guī)模為4m3/s，可滿足片區(qū)20a一遇排澇標準。

5.4 排澇水位分析

瘦西湖片區(qū)現(xiàn)狀地面高程一般在7.0m以上，正常設計水位4.8～5.0m，排澇控制最高水位5.2m，最低水位4.2m。西沙河片區(qū)現(xiàn)狀地面高程一般在6.0m以上，正常設計水位5.0m，排澇控制最高水位5.2m，最低水位4.5m。

考慮到平原河網地區(qū)水力條件相當復雜，泵站、水閘等水利控制工程對河網水流形態(tài)影響很大，采用MIKE11模型中的水動力學模型(HD model)模型計算排區(qū)內河道節(jié)點水位，將瘦西湖排水片和西沙河排水片合并研究，流域總面積19.2km2。

5.4.1河網概化

河網概化的原則為概化后的河網與實際河網的水利特性等效。本次模型考慮了河網干流河道、支流、及多種形式的閘、泵、涵管等實際存在的各種因素，模擬在水工建筑物的調度規(guī)則條件下，河道特征斷面水位和流量的過程，河網概化如圖3所示。

圖3 瘦西湖水系河網概化

5.4.2模擬工況

(1)工況一。工程實施前，模擬排區(qū)遭遇20a一遇暴雨，開啟片區(qū)內泵站抽排，抽排流量總計36.4m3/s。排區(qū)正常設計水位5.0m，排澇控制最高水位5.2m，控制最低水位4.2m。

(2)工況二。閘站工程實施后，模擬排區(qū)遭遇20a一遇暴雨，開啟片區(qū)內泵站抽排，抽排流量總計42.4m3/s(38.4m3/s+4m3/s)。排區(qū)正常設計水位5.0m，排澇控制最高水位5.2m，瘦西湖排區(qū)控制最低水位4.0m，西沙河排區(qū)控制最低水位4.6m。

5.4.3計算成果

選取規(guī)劃片區(qū)內柳湖橋、御碼頭、西沙河閘站、安墩河閘站處水位作為代表水位值，具體結果見表4，如圖4所示。

表4 工程前后河道沿程水位 單位：m

圖4 工程前后河道沿程水位對比

工程實施前，排區(qū)內河道各節(jié)點處水位超過控制最高水位5.20m；閘站工程實施后，排區(qū)內河道各節(jié)點處水位滿足要求，不超過控制最高水位5.20m，擬定的泵站規(guī)模是合理的。

5.5 活水水位分析

水系調整后，瘦西湖及安墩河水系引水活水仍維持北引南排，通過黃金壩閘站引古運河水，經邗溝、瘦西湖、玉帶河、二道河等河道對瘦西湖水系活水，最終通過安墩河閘站排至古運河；西沙河水系通過整治后，引水利用興城東路下雨水管道北引瘦西湖水系的寶帶河水源，進入西沙河，通過小板橋閘排至古運河，

5.5.1模擬工況

換水期間首先開啟安墩河閘站、西沙河閘站，抽排片區(qū)內河道水體，然后開啟黃金壩閘站引古運河水對片區(qū)進行活水換水，換水期間控制御碼頭處水位不低于4.8m，模擬安墩閘站不同開啟臺數(shù)，計算規(guī)劃片區(qū)內河道節(jié)點水位及活水換水所需時間(西沙河閘站擬開啟1m3/s進行換水)。

5.5.2計算成果

選取規(guī)劃片區(qū)內柳湖橋、御碼頭、西沙河閘站、安墩河閘站處水位作為代表水位值，計算成果見表5。

表5 不同開機臺數(shù)河道節(jié)點水位及換水時長統(tǒng)計表

根據(jù)計算結果，換水時長隨著安墩河閘站機組開啟臺數(shù)增加而減小，考慮片區(qū)換水基本在夜間進行，換水時長約10h，綜合考慮換水效率以及閘站運行成本，推薦選定開啟安墩閘站1～2臺機組，進行活水換水，活水工況下站前水位4.69～4.74m。

6 結語

大學路南延工程對安墩河、西沙河及周邊區(qū)域排水產生了一定影響。但是綜合分析比選現(xiàn)狀條件限制、城市規(guī)劃及地塊開發(fā)、工程造價及可實施性等因素，確定了合理的工程布局和水系調整方案。利用模型分析河道水位，復核確定合理的工程規(guī)模，維持區(qū)域北引南排活水格局的同時保障了區(qū)域的排水安全。在土地資源日益緊張的現(xiàn)實背景下，有效減小現(xiàn)代城市開發(fā)過程中水水系與道路的矛盾，達到了城市路網與水網的和諧共生，可為今后城市改造建設中處理好街河矛盾提供了經驗參考。影響水系調整方案的因素很多，文章主要從排澇、活水等水利基礎功能角度進行了分析，其他諸如水生態(tài)和水環(huán)境方面的研究將在后續(xù)工作中進一步研究完善。