河口地區(qū)規(guī)劃新區(qū)水安全保障存在的主要問題及對策初探

和宛琳

(河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南 鄭州 450016)

河口地區(qū)是濱海城市環(huán)境特色最鮮明、形象最具代表性、活力最充盈和土地價值最寶貴的區(qū)域，其高質(zhì)量的規(guī)劃開發(fā)對于提高生活品質(zhì)、提升區(qū)域競爭力具有舉足輕重的作用，新區(qū)規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)以保障水安全作為前提，綜合考慮河流與整體水系的關(guān)系、河流與腹地的關(guān)系以及河流與堤岸的關(guān)系。

1 主要水安全問題與風險

海南博鰲樂城國際醫(yī)療旅游先行區(qū)于2013年經(jīng)國務(wù)院同意批復(fù)設(shè)立，規(guī)劃面積20.9km2，位于萬泉河下游入海口，橫跨萬泉河兩岸，地勢平坦，地處臺風走廊，獨特的地理位置和自然條件決定了樂城先行區(qū)面臨洪、澇、潮災(zāi)害交織的風險；同時，以土地的高開發(fā)率為核心的城市開發(fā)建設(shè)速度越來越快，人水爭地矛盾突出，天然排洪空間萎縮，洪澇頻發(fā)，水安全成為樂城先行區(qū)規(guī)劃和建設(shè)中面臨的首要難題。

1. 1 萬泉河流域防洪(潮)體系不完善

萬泉河是海南島第三大河流，有南北兩源，其上分別建有牛路嶺大型水庫和紅嶺水利樞紐工程，但牛路嶺水庫未承擔防洪任務(wù)，其所在乘坡河的洪水未得到有效控制。目前，萬泉河流域干支流堤防工程少，已建堤防15處，長17.4km(其中樂城先行區(qū)范圍內(nèi)堤防長0.2km)，大部分不足10 年一遇防洪(潮)標準，流域整體防洪(潮)能力較低。

1.2 地勢低洼洪澇潮災(zāi)害風險較大

樂城先行區(qū)位于萬泉河下游，距入?？诩s6km，地勢低洼，面臨洪澇潮多重威脅。

1.3 水系排水能力缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃

前期規(guī)劃中未對先行區(qū)及周邊集匯水區(qū)進行排水能力統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，主要洪澇行泄通道和蓄滯空間的規(guī)模未有效定量并納入藍線進行強制管控。

1.4 已建工程惡化當?shù)匦泻榕艥衬芰?/h3>

樂城先行區(qū)于2015年開始建設(shè)，集中在萬泉河右岸的規(guī)劃區(qū)南部，低洼蓄滯澇水地帶被占用，部分河流人為改道，水系的完整性遭到破壞。

1.5 單水源供水存在安全隱患

先行區(qū)現(xiàn)狀以嘉積水廠為供水水廠，水源為單一的萬泉河引水，無備用水源；現(xiàn)狀污水處理能力不能滿足未來大量醫(yī)療和生活污水處理的需求。

2 水安全保障對策研究范圍

摒棄傳統(tǒng)局限思維，放眼全流域，大空間尺度研究水安全保障方案，用統(tǒng)籌治理的思路，協(xié)調(diào)解決先行區(qū)的局部水安全問題。研究范圍以先行區(qū)為核心、以萬泉河為軸線擴大到全流域(含九曲江)，流域面積3693km2。

3 安全韌性的災(zāi)害防御體系

3.1 多元動態(tài)耦合模型與多工況風險模擬分析

截至2018年，樂城先行區(qū)已建園區(qū)15個，位于萬泉河右岸的規(guī)劃區(qū)西南部。2016年樂城先行區(qū)已建園區(qū)遭受臺風“莎莉嘉”正面襲擊，造成較為嚴重的洪澇損失，暴露了先行區(qū)在前期規(guī)劃建設(shè)中存在一定的防洪(潮)排澇問題。為此，利用數(shù)值模擬技術(shù)進行風險模擬分析，解析先行區(qū)在不同建設(shè)階段防洪潮排澇體系中的薄弱環(huán)節(jié)及對周邊區(qū)域造成的影響。

以原狀(2014年未規(guī)劃先行區(qū))、現(xiàn)狀(2018年底先行區(qū)部分建設(shè))和控詳規(guī)規(guī)劃(根據(jù)《海南博鰲樂城國際醫(yī)療旅游先行區(qū)控制性詳細規(guī)劃》中提出的先行區(qū)2030年規(guī)劃建設(shè)完成)3種工況為基礎(chǔ)，分別構(gòu)建河道洪水、暴雨內(nèi)澇、排水管網(wǎng)、風暴潮多元風險因素下的MIKE 11、MIKE 21、MIKE URBAN及MIKE FLOOD多模型動態(tài)耦合系統(tǒng)，模型范圍以先行區(qū)為核心，以萬泉河為軸線，上至加積壩，下至入?？?，河道兩岸總體上以流域分水嶺為界，二維模型有萬泉河、塔洋河、九曲江3個入流邊界，下游入?？谶吔缫詣討B(tài)潮位進行控制。樂城先行區(qū)位置及模型范圍見圖1。

圖1 樂城先行區(qū)位置及模型范圍示意圖

分析方案組合分為以洪為主和以潮為主兩種情況，模擬不同工況下洪澇潮各種風險組合方式時的淹沒致災(zāi)情況。以淹沒情況最為嚴重的20年一遇以洪為主方案為例：

原狀工況時，由于區(qū)域防洪(潮)排澇能力嚴重不足，樂城先行區(qū)內(nèi)77%的區(qū)域受洪水及暴雨內(nèi)澇淹沒影響；現(xiàn)狀工況時，由于先行區(qū)已建園區(qū)缺乏必要的防洪排澇措施，因而仍有71%的區(qū)域易遭受洪澇災(zāi)害影響；控詳規(guī)規(guī)劃工況時，由于萬泉河規(guī)劃堤防范圍僅限于先行區(qū)范圍以及缺乏防洪(潮)閘，致使49%的園區(qū)受萬泉河洪水倒灌淹沒影響。隨著先行區(qū)的建設(shè)，區(qū)域內(nèi)建基面抬高，淹沒面積由原狀、現(xiàn)狀至控詳規(guī)工況逐漸減小，即由77%降至71%再降至49%，而先行區(qū)外淹沒面積卻由36%增加至40%，說明先行區(qū)建設(shè)加重了周邊區(qū)域的淹沒風險。樂城先行區(qū)范圍內(nèi)各工況最大淹沒水深分布情況見圖2，淹沒面積對比情況見表1。

圖2 萬泉河20年一遇以洪為主先行區(qū)內(nèi)外最大淹沒水深分布

3.2 近期防洪保障方案

《海南博鰲樂城國際醫(yī)療旅游先行區(qū)控制性詳細規(guī)劃》中，規(guī)劃在先行區(qū)范圍內(nèi)的萬泉河兩岸新筑堤防，根據(jù)模擬分析，應(yīng)在此基礎(chǔ)上，新筑堤防范圍向上游延伸至加積壩、向下游延伸至博鰲河口，同時對先行區(qū)范圍內(nèi)的塔洋河兩岸新筑堤防，并延伸至上游高地，新筑堤防防洪標準均為20年一遇，以構(gòu)建完整的防洪保護圈，使樂城先行區(qū)防洪標準達到近期的20年一遇。

表1 20年一遇以洪為主先行區(qū)內(nèi)外淹沒面積成果

樂城島為萬泉河流域下游較大的沙洲，位于樂城先行區(qū)最東部，島上面積約145萬m2。經(jīng)模擬計算，天然情況下，萬泉河發(fā)生20年一遇洪水時，島上淹沒比例達96%，最大淹沒水深6.1m，平均淹沒水深2.6m，55%的面積淹沒水深達到了2.0m以上；新筑萬泉河加積壩—博鰲河口兩岸堤防后，若再修建樂城島堤防會形成河道卡口段，造成萬泉河加積壩—樂城島段河道水位壅高0.26～0.57m，對流域防洪造成不利影響，因此建議樂城島不修建堤防。未來對樂城島進行開發(fā)建設(shè)時，應(yīng)合理規(guī)劃建筑用地范圍，20年一遇洪水位以下區(qū)域不能修建阻礙行洪的建筑物、構(gòu)筑物，確保洪水順暢下泄。

3.3 遠期防洪保障方案

研究上游牛路嶺和紅嶺水庫聯(lián)合調(diào)度，結(jié)合比選合口咀(萬泉河上游南北兩源匯合處)建閘、開辟萬泉河干流分洪道、加高下游規(guī)劃堤防設(shè)計高程等工程措施，分析將先行區(qū)防洪標準由20年一遇提高到50年一遇的最優(yōu)方案，同時減輕對先行區(qū)周邊區(qū)域的影響。

經(jīng)比選，推薦方案為：在牛路嶺、紅嶺兩水庫工程規(guī)模、正常蓄水位不變條件下，牛路嶺水庫維持汛限水位105m不變，根據(jù)臺風預(yù)報，洪水來臨前48h內(nèi)預(yù)泄至99m(預(yù)泄過程加積壩流量不大于現(xiàn)狀安全流量6000m3/s)，降低水位運行，洪水過后蓄至原汛限水位105m；紅嶺水庫維持汛限水位167m不變；調(diào)整兩庫調(diào)度方式，結(jié)合加高萬泉河加積壩—博鰲河口兩岸規(guī)劃堤防設(shè)計高程的工程措施，構(gòu)建“庫堤結(jié)合”的防洪(潮)體系，可使先行區(qū)防洪標準達到遠期的50年一遇。

3.4 排澇保障方案

按照維持原有水系格局的思路，利用原有排水通道，按20年一遇除澇標準對流經(jīng)先行區(qū)的翡翠灣溝、維禮溝、水境坡溝、雅寨下村溝、中溪溝、書田溝、龍忠溝7條溝道全河段進行疏浚連通治理。在翡翠灣溝入塔洋河口處、龍忠溝上游低洼地帶設(shè)置2處蓄滯澇區(qū)。在翡翠灣溝、維禮溝、雅寨下村溝、中溪溝、書田溝、龍忠溝入萬泉河口處設(shè)置6處防洪(潮)排澇閘，另在較小溝道及雨水管網(wǎng)入萬泉河口處設(shè)置6處排澇涵，構(gòu)建由“排澇河道+蓄滯澇區(qū)+擋洪潮閘”組成的排澇體系，使先行區(qū)排澇標準達到20年一遇。

3.5 洪澇(潮)預(yù)警預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)

根據(jù)先行區(qū)防汛信息化發(fā)展現(xiàn)狀及管理需求，采用已建的一維河網(wǎng)模型、二維地表產(chǎn)匯流模型、地下排水管網(wǎng)模型及其動態(tài)耦合模型，基于衛(wèi)星遙感技術(shù)、GIS技術(shù)、BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等，開發(fā)建設(shè)在時間上“分析過去—掌握實時—預(yù)報未來”、在空間上“優(yōu)調(diào)上游—集控下游”的洪澇潮預(yù)警預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)。采取兩期建設(shè)的方式。

近期在已經(jīng)搭建的先行區(qū)數(shù)字耦合模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)先行區(qū)的洪澇潮數(shù)字模擬系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對先行區(qū)不同工況洪澇潮的數(shù)值模擬、方案對比、信息查詢等功能，為防汛管理提供決策支持。遠期在先行區(qū)洪澇潮數(shù)字模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)構(gòu)建萬泉河流域產(chǎn)匯流模型、一維模型以及萬泉河流域與先行區(qū)防洪耦合的預(yù)報調(diào)度模型，同時進行前端檢測感知、網(wǎng)絡(luò)通信、視頻會商等硬件支撐環(huán)境的建設(shè)，從而建設(shè)完整的先行區(qū)洪澇潮預(yù)警預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)防汛信息實時監(jiān)測、洪水在線預(yù)報調(diào)度、洪水風險分析以及在線應(yīng)急會商，為防汛管理提供全面的信息服務(wù)及科學(xué)合理的決策支持，實現(xiàn)工程措施與非工程措施相結(jié)合以保障區(qū)域水安全的目的。

4 多源互聯(lián)的供水保障體系

從整個瓊東流域和瓊海市水資源總體配置格局出發(fā)，根據(jù)流域、區(qū)域水資源承載能力，協(xié)調(diào)經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水關(guān)系；依托牛路嶺水庫、加積壩，串聯(lián)區(qū)流域內(nèi)中小型水庫，通過水廠之間的互聯(lián)互通，實現(xiàn)多水源、多線路供水并互為備用，滿足先行區(qū)供水安全，在此思路指導(dǎo)下，進行多種工程布局的研究。

先行區(qū)規(guī)劃供水規(guī)模3.5萬m3/d，現(xiàn)狀以加積壩為主水源，遠期以牛路嶺水庫為主水源、中平仔水庫為補充水源；遠期形成牛路嶺水庫、加積壩雙水源供水格局，規(guī)劃新建南部水廠，近期(2025年)供水規(guī)模8萬m3/d，遠期(2030年)擴建后規(guī)模達到20萬m3/d。南部水廠建設(shè)后與嘉積水廠互聯(lián)互通，嘉積水廠與美容水廠互聯(lián)互通，互為備用，不僅可以多水源保障先行區(qū)供水安全，還可提高整個瓊海市及博鰲亞洲論壇特別規(guī)劃區(qū)、博鰲機場等重點對象供水安全保障程度。樂城先行區(qū)供水總體布局見圖3。

圖3 樂城先行區(qū)供水總體布局

5 分區(qū)分流的排水保障體系

規(guī)劃在先行區(qū)范圍內(nèi)采用分流制排水體制，根據(jù)先行區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的功能定位及主要河流分布，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個污水分區(qū)。

先行區(qū)北側(cè)I區(qū)利用現(xiàn)有嘉積污水處理廠處理污水，排放標準為一級A，受納水體為塔洋河。先行區(qū)北側(cè)II區(qū)污水處理提供兩種解決方案：方案一為新建北岸污水處理廠，排放標準為準IV類，受納水體為維禮溝，同時建設(shè)功能性人工濕地，對尾水和河水進行深度處理，嚴格控制排入下游的污染物量，保障維禮溝的水環(huán)境及先行區(qū)的生態(tài)安全，減少進入萬泉河的污染負荷；方案二為將Ⅱ區(qū)污水通過兩級提升泵站，輸送到現(xiàn)有嘉積污水處理廠處理，排放標準一級A，受納水體為塔洋河。先行區(qū)南側(cè)Ⅲ區(qū)新建南岸污水處理廠，排放標準為一級A，受納水體為九曲江。樂城先行區(qū)污水處理廠布局情況見圖4，排水保障方案見表2。

圖4 樂城先行區(qū)污水處理廠布局圖(方案一)

表2 樂城先行區(qū)排水保障方案

6 結(jié) 語

“設(shè)計結(jié)合自然”強調(diào)在城市建設(shè)過程中尊重自然并結(jié)合自然進行設(shè)計，健康的城市發(fā)展建設(shè)，是在遵循河流自然進程基礎(chǔ)上的可選擇性開發(fā)，是一種彈性的發(fā)展模式。海南博鰲樂城國際醫(yī)療旅游先行區(qū)水安全保障方案，以大空間、長時間尺度的水安全保障為研究思路，以洪澇潮多元動態(tài)耦合模型為貫穿項目始末的技術(shù)手段，通過構(gòu)建“庫堤結(jié)合”“排澇河道+滯澇區(qū)+擋洪潮閘”的防洪(潮)排澇體系，以及“多源互聯(lián)”“分區(qū)分流制”的供排水保障體系，為新區(qū)控制性詳細規(guī)劃修編提供約束性條件，為新區(qū)實現(xiàn)“水安為先，因水而美、由美而富、富而文明”提供有力支撐。