上海市徐涇東圩水系調(diào)整方案研究

高 肖

(淮河水利委員會綜合事業(yè)發(fā)展中心，安徽 蚌埠 233000)

上海樂高樂園度假區(qū)總投資約35億元，將成為全球最大的樂高樂園度假區(qū)之一，初步計劃2023年建成開園。樂高樂園的建設，不僅有利于滬浙經(jīng)濟對接，更好地促進長三角地區(qū)高質(zhì)量一體化發(fā)展，也是增強區(qū)域發(fā)展動力、提升城市吸引力和競爭力的重大契機，有利于加快地區(qū)轉(zhuǎn)型升級步伐、推進先進制造業(yè)與現(xiàn)代服務業(yè)“兩業(yè)并舉”、打造國際化大都市的高品質(zhì)生活，進而推動金山成為宜居、宜業(yè)、宜游的長三角節(jié)點性區(qū)域[1]。

樂高樂園選址位于金山區(qū)楓涇鎮(zhèn)徐涇東圩東北角，涉及大樹頭河道和毛塘涇2條現(xiàn)狀河道，區(qū)域現(xiàn)狀河網(wǎng)水面率為2.0%，大樹頭河道出口設有排澇泵站。在現(xiàn)狀條件下，樂高樂園除澇能力與徐涇東圩圩區(qū)相同，基本達到5年一遇除澇標準。根據(jù)楓涇鎮(zhèn)總體規(guī)劃、控制性詳細規(guī)劃要求，考慮樂高樂園工程建設標準，需要將樂高樂園核心區(qū)范圍內(nèi)河道布局進行相應調(diào)整，使得樂高樂園核心區(qū)防洪除澇標準不低于20年一遇。

1 河道水系現(xiàn)狀分析

1.1 河網(wǎng)水系現(xiàn)狀

樂高樂園核心區(qū)位于上海市金山區(qū)楓涇鎮(zhèn)內(nèi)，西至興豪路，東靠面杖港，北鄰秀州塘，涉及大樹頭河和毛塘涇2條現(xiàn)狀河道。大樹頭河道為村級河道，位于浦南西片水利片區(qū)、徐涇東圩圩區(qū)，西接毛塘涇，東至面杖港。根據(jù)楓涇最新地形圖，大樹頭現(xiàn)狀水面積約為11707m2，河長約1.518km，平均寬度不到8m。毛塘涇為鎮(zhèn)級河道，是徐涇東圩的主要排水河道，西端連接規(guī)劃河道四，東部穿越興豪路后向南折彎與面杖港連接。河道總長2.846km，其中興豪路—面杖港范圍長約410m，平均寬度約9m。

1.2 水閘控制工程現(xiàn)狀

樂高樂園全部位于上海市金山區(qū)楓涇鎮(zhèn)徐涇東圩內(nèi)，圩區(qū)總面積約10.23km2，現(xiàn)狀河網(wǎng)水面率為2.98%，圩內(nèi)共設泵閘10座、水閘4座。圩內(nèi)現(xiàn)狀泵站總裝機流量為16.4m3/s，水閘均為節(jié)制閘。在現(xiàn)狀條件下，圩區(qū)基本滿足5年一遇除澇標準。規(guī)劃水面率8.71%，規(guī)劃泵站總規(guī)模為14.4m3/s，規(guī)劃除澇標準為20年一遇。大樹頭河、毛塘涇近面杖港處均建有1座泵閘，裝機流量分別為1.2、2.4m3/s，現(xiàn)狀主要滿足興豪路-面杖港-秀州塘合圍區(qū)域的除澇需求。

1.3 水系調(diào)整的必要性

為了配合樂高樂園建設，楓涇鎮(zhèn)總體規(guī)劃、控制性詳細規(guī)劃均對徐涇東圩區(qū)域內(nèi)興豪路以東的地塊進行了重新規(guī)劃，但是重新調(diào)整后的地塊與規(guī)劃大樹頭河道藍線出現(xiàn)沖突。同時，樂高樂園核心區(qū)實施時間先于圩區(qū)規(guī)劃河道實施時間，即先行達到20年一遇除澇標準。因此，需對徐涇東圩范圍內(nèi)河道布局進行相應調(diào)整。

2 水系調(diào)整方案

根據(jù)樂高樂園控規(guī)等上位規(guī)劃的建設要求，需要將樂高樂園核心區(qū)范圍內(nèi)河道布局進行相應調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容主要是填埋大樹頭河道、拆除婁上村泵站，大樹頭河道藍線的調(diào)整將直接影響樂高樂園核心區(qū)的防洪除澇。

2.1 區(qū)域獨立排水的必要性及可行性說明

《金山區(qū)水利規(guī)劃(2019—2035年)》中規(guī)劃目標提出：“至2025年，圩區(qū)除澇基本達到15～20年一遇除澇標準；至2035年圩區(qū)及控制片除澇能力達到20年一遇標準”。徐涇東圩圩區(qū)除澇能力建設為長期工作計劃，而樂高樂園計劃于2023年實現(xiàn)開園，樂高樂園核心區(qū)除澇能力需先于整個圩區(qū)達到規(guī)劃20年一遇標準。因此，需將樂高樂園核心區(qū)作為獨立排水區(qū)，先行實現(xiàn)區(qū)域除澇能力達到規(guī)劃要求。樂高樂園核心區(qū)域西側(cè)邊緣的興豪路地勢較高，隔斷區(qū)域東西兩側(cè)陸域雨水徑流路徑，東西兩側(cè)水力聯(lián)系僅通過毛塘涇連通。故而，僅須在毛塘涇(興豪路西側(cè)處)新建1座水閘，即可實現(xiàn)樂高樂園核心區(qū)所處的興豪路-面杖港-秀州塘合圍區(qū)域獨立排水。

2.2 新建水閘說明

考慮樂高樂園核心區(qū)域獨立排水需求，需在毛塘涇(興豪路西側(cè)處)新建一座水閘。該水閘在興豪路西側(cè)區(qū)域除澇能力未達到20年一遇標準之前處于常閉狀態(tài)，達到阻斷水體交換的作用；在興豪路西側(cè)除澇能力達到20年一遇標準后保持常開狀態(tài)，使整個徐涇東圩重新形成一個整體。

毛塘涇規(guī)劃河口較寬，與圩區(qū)內(nèi)其他河道溝通，河道的蓄水量較大，口門控制工程流量也較大，為使過閘水流不受阻，應采用開敞式式水閘。此外，閘址附近為樂高樂園核心區(qū)，有景觀需求，不宜采用排架較高的閘門型式，可采用中鉸上翻門。

2.3 區(qū)域除澇方案比選

樂高樂園核心區(qū)作為獨立排水區(qū)，通常采用區(qū)域內(nèi)水體調(diào)蓄與泵站強排相結(jié)合的除澇方式[2]。在填埋大樹頭河道、拆除婁上村鞥站、新建水閘的前提下，區(qū)域內(nèi)水體調(diào)蓄通常有2種形式，分別是新挖湖泊和開挖環(huán)園區(qū)水系。

2.3.1水系調(diào)整方案一

方案一采用“新挖湖泊調(diào)蓄、現(xiàn)有毛塘涇泵站強排”的方式進行除澇，如圖1所示。現(xiàn)狀毛塘涇泵站裝機流量為2.40m3/s，興豪路-秀州塘-面杖港合圍面積約1.12km2，區(qū)域內(nèi)排澇模數(shù)達到2.14m3/s/km2，需要開挖湖泊面積至少不低于大樹頭河道規(guī)劃藍線面積36394m2。

圖1 水系調(diào)整方案一

2.3.2水系調(diào)整方案二

方案二通過建立環(huán)區(qū)域水系解決區(qū)域排水問題，如圖2所示。此方案仍利用流量為2.40m3/s的毛塘涇泵站進行區(qū)域強排，環(huán)區(qū)域水系水面積為36394m2。

圖2 水系調(diào)整方案二

2.3.3比選結(jié)果

方案一不占用樂高樂園核心區(qū)的建設用地，新開湖泊水面集中，建設工程量較小。方案二設計的環(huán)園水系會占用樂高樂園核心區(qū)建設用地，且新開河線路較長，會增加橋梁等配套工程，實施投資成本增加。因此，綜合考慮可實施性、工程造價等因素，推薦樂高樂園區(qū)域水系調(diào)整方案采用方案一，即采取“新挖湖泊調(diào)蓄與現(xiàn)有毛塘涇泵站強排”相結(jié)合的除澇方式。

3 排澇分析

根據(jù)《金山區(qū)水利規(guī)劃》確定的河道水系框架，結(jié)合徐涇東圩水系新調(diào)整布局情況，對圩內(nèi)的除澇進行計算分析，充分發(fā)揮河、湖水系、泵站水閘的蓄排水功能，做到能控、能蓄、能排、能引。

3.1 河網(wǎng)水動力模型構(gòu)建

3.1.1模型原理

圣維南方程是河網(wǎng)水動力模型的核心原理，是反映有關物理定律的微分方程[3]，包括連續(xù)方程(質(zhì)量守衡定律)和動量方程(牛頓第二定律)：

(1)

式中，Q—流量，m3/s；q—側(cè)向入流，m3/s；A—過水面積，m2；h—水位，m；R—水力半徑，m；C—謝才系數(shù)；α—動量修正系數(shù)。

3.1.2河網(wǎng)概化

按照概化后的河網(wǎng)與實際河網(wǎng)水利特性等效的原則進行河網(wǎng)概化。本文基于Mike11一維河網(wǎng)水動力模型，根據(jù)2018年金山藍線入庫文件要求的河網(wǎng)水系規(guī)模創(chuàng)建概化河網(wǎng)[4]。模擬計算范圍為徐涇東圩，計算面積約10.23km2。規(guī)劃河網(wǎng)概化結(jié)果如圖3所示。

圖3 規(guī)劃河網(wǎng)概化結(jié)果(單位：m)

3.1.3河網(wǎng)泵閘系統(tǒng)控制模塊

泵閘控制方式的模擬是水動力模型的重要組成部分。根據(jù)上海的水網(wǎng)特征、水資源合理調(diào)度客觀要求以及水利工程運行管理的實踐經(jīng)驗，遵循防汛時按照防汛安全要求調(diào)度、平時按照改善水質(zhì)和用水需要的原則調(diào)度，對閘的運行方式按照上下游的水位、閘關聯(lián)水系的區(qū)域水位以及時間等多重控制要求進行詳細的調(diào)度模擬。徐涇東圩除澇計算考慮最不利狀況，區(qū)域排澇僅靠河道調(diào)蓄水體和排水泵站抽排。調(diào)度規(guī)則為：暴雨來臨前預降內(nèi)河水位至2.0m，當水位高于預降水位時，泵站開始抽排，直至內(nèi)河水位降至正常高水位泵站停機。

3.1.4除澇標準與計算條件

除澇計算標準與《金山區(qū)水利規(guī)劃》保持一致，即區(qū)域除澇標準為“63.9”雨型及相應潮型，規(guī)劃河網(wǎng)最大24h面暴雨量取20年一遇，24h累積降雨深為190.5mm。根據(jù)徐涇東圩的實際地形及《金山北站大型居住社區(qū)水系專業(yè)規(guī)劃》，確定徐涇東圩除澇最高水位為3.5m，在暴雨來臨之前預降內(nèi)河水位至2.0m，以此水位作為規(guī)劃河網(wǎng)排澇計算的起調(diào)水位。

3.2 計算工況

按已確定的初始條件和除澇標準，根據(jù)水系調(diào)整方案，設計2種計算工況。徐涇東圩現(xiàn)狀泵站總裝機流量為16.4m3/s，大于徐涇東圩規(guī)劃泵站總裝機流量14.4m3/s，且待徐涇東圩河網(wǎng)規(guī)模達到規(guī)劃標準后沒有拆除已建泵閘的計劃安排，故本次模擬計算采用現(xiàn)狀泵閘規(guī)模。具體方案內(nèi)容如下：

(1)工況1(本底)：采用規(guī)劃河道調(diào)蓄水體與現(xiàn)狀泵閘抽排相結(jié)合的除澇方式。

(2)工況2(水面補償方案)：在工況1的基礎上，實施水系調(diào)整方案。

水系調(diào)整方案具體內(nèi)容包括：①填埋規(guī)劃河道面積為36394m2的大樹頭河道；②在核心區(qū)內(nèi)新開面積為36394m2的湖泊，平衡大樹頭河道水面損失；③拆除裝機流量為1.2m3/s的婁上村泵站；④在毛塘涇與核心區(qū)交界處新建水閘，阻斷核心區(qū)與外界的水體交換，使得核心區(qū)及核心區(qū)以外區(qū)域形成獨立排水區(qū)。

3.3 計算結(jié)果

上述2種工況下，內(nèi)河除澇高水位分布圖及內(nèi)河水位過程線(內(nèi)河點位選核心區(qū)內(nèi)毛塘涇河段)如圖4—6所示。由圖4可知，在“63.9”雨型20年一遇除澇標準下，河道規(guī)模按照藍線規(guī)劃實施后，核心區(qū)內(nèi)河道最高水位約為2.975～2.985m，低于內(nèi)河除澇最高控制水位3.5m。因此，核心區(qū)規(guī)劃河網(wǎng)除澇能力滿足20年一遇。

由圖5可知，在“63.9”雨型20年一遇除澇標準下，水系調(diào)整方案實施后，核心區(qū)域內(nèi)水面率為4.51%，相較徐涇東圩規(guī)劃水面率8.71%有大幅降低，因此工況2核心區(qū)除澇高水為有所上升。工況2核心區(qū)內(nèi)河道最高水位約為3.420～3.430m，低于內(nèi)河除澇最高控制水位3.5m。雖然毛塘涇典型點位內(nèi)河高水位由工況1的2.979m上升至3.422m，水位抬升0.443m，但仍低于內(nèi)河除澇最高控制水位3.5m的要求，如圖6所示。因此，核心區(qū)實施水系調(diào)整方案后除澇能力依然滿足20年一遇。

圖5 工況2除澇高水位分布圖

圖6 不同工況下毛塘涇水位變化過程線

綜上所述，工況1河道規(guī)模按照藍線規(guī)劃實施后，核心區(qū)內(nèi)河道最高水位約為2.975～2.985m，核心區(qū)內(nèi)滿足20年一遇除澇。工況2水系調(diào)整方案實施后，核心區(qū)內(nèi)河道最高水位約為3.420～3.430m，核心區(qū)內(nèi)除澇能力仍可滿足20年一遇。因此，本次水系調(diào)整方案對核心區(qū)除澇能力影響不大。

4 結(jié)語

樂高樂園項目的建設會對徐涇東圩區(qū)域內(nèi)河道布局產(chǎn)生一定的影響，進而影響區(qū)域防洪除澇安全。綜合考慮各方因素，比選確定了合理的水系調(diào)整方案。利用一維河網(wǎng)水動力模型進行除澇分析，確保項目順利實施的同時保障了區(qū)域排水安全。在人水矛盾日益突出的現(xiàn)實背景下，有效減小了城市開發(fā)利用過程中生態(tài)與發(fā)展的矛盾，實現(xiàn)了人與自然的和諧共處，可為今后城市發(fā)展建設過程中處理好人水矛盾提供經(jīng)驗參考[5]。影響水系調(diào)整的因素有很多，本文著重從占補平衡及除澇安全等方面進行分析論證，有關水生態(tài)及水文化的建設將在方案實施過程中補充完善。