缸瓦沙圍外江堤防防潮減災(zāi)能力提升建設(shè)管理實踐

戴 敏

(廣州市南沙區(qū)供水和節(jié)水事務(wù)中心，廣東 廣州 510000)

0 引言

城市水利堤防工程建設(shè)對于流域洪澇災(zāi)害整治和水資源合理利用具有顯著的社會經(jīng)濟價值和民生安全效益[1]。缸瓦沙圍位于南沙區(qū)洪奇瀝水道出口，受洪潮雙重影響，缸瓦沙圍外江堤由于建設(shè)時間早，堤身低矮單薄，部分堤段填土密實度不均、局部松散，防洪潮標準不高，抗風暴潮能力低，亟需進行工程加固達標建設(shè)。目前關(guān)于堤防加固工程的研究主要集中在防滲截滲技術(shù)應(yīng)用[2，3]、工程質(zhì)量監(jiān)測與檢測[4]、河道綜合整治[5]、主要施工內(nèi)容及工藝[6]、水土保持分析與評價[7-8]、工程方案決策優(yōu)選[10]等方面。

本文以缸瓦沙圍外江堤防綜合整治工程為研究背景，針對工程現(xiàn)狀和存在的主要問題，提出符合南沙區(qū)防災(zāi)減災(zāi)標準建設(shè)的缸瓦沙圍外江堤防加固達標方案，并從流域調(diào)洪演算、工程堤防布置、施工建設(shè)以及環(huán)境影響管理等方面綜合論證方案的科學性。工程建設(shè)后可提高缸瓦沙堤圍的防洪潮能力，解決該區(qū)經(jīng)常遭受洪潮侵襲的問題。

1 工程區(qū)域現(xiàn)狀及存在問題

1.1 流域概況

缸瓦沙圍位于南沙區(qū)南端、珠江入海口之一洪奇瀝水道中，四面環(huán)水。缸瓦沙圍外江堤防綜合整治工程位于南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)民立村屬區(qū)內(nèi)。缸瓦沙圍為圍海而成，現(xiàn)狀堤防為土石結(jié)構(gòu)。缸瓦沙一涌以北的五福圍、同福圍圍墾時間較長，經(jīng)多年加高加固，圍堤較完整，防洪(潮)標準約20年一遇，堤頂高程3.5～4.0m，堤頂寬3.5～4.0m，五福路民房密集段老堤堤頂寬約2.0m，該段外江邊建有新堤，由于堤頂不通行，部分堤頂蓋有房子。缸瓦沙一涌以南的七零圍堤防低矮單薄，防洪(潮)標準約10年一遇，堤頂高程2.5～2.8m，堤頂寬2.0～2.5m。因而，缸瓦沙圍外江堤防難以抵御洪潮襲擊。工程位置及流域水系分布如圖1所示。

圖1 流域水系分布圖

1.2 徑流特性

缸瓦沙島內(nèi)多年平均徑流深為825mm，徑流變差系數(shù)為0.375，Cs/Cv取2.0，缸瓦沙徑流年際變化不均，最大、最小年徑流量的比值可達4～5。徑流年內(nèi)分配也不均勻，汛期(4—9月)徑流量占年總量的80～85%，最大徑流量多出現(xiàn)在5、6月份。

1.3 暴雨洪水特性

洪奇瀝水道承泄西、北江的水沙，是徑流較強的河口。西江流域面積大，洪水漲、落相對較緩慢，洪水峰高、量大、歷時長，洪水過程線以多峰型為主。高要站實測最大洪峰流量5500m3/s。北江洪水漲落較快，峰型較尖瘦，即峰高而量相對較小，過程線以單峰和雙峰為主，多峰型過程較少出現(xiàn)。石角站實測最大洪峰流量16700m3/s。珠江流域洪水均產(chǎn)生于暴雨，由于各水系的氣候條件不同，因而各水系洪水的時空分布也不一致，北江發(fā)洪較西江早?；诟淄呱澈樗嬎銋^(qū)域分區(qū)的暴雨、產(chǎn)流、匯流參數(shù)特性，采用廣東省洪峰流量經(jīng)驗公式法計算洪水成果見表1。

表1 缸瓦沙設(shè)計洪水成果表

1.4 工程潮汐特性

洪奇瀝水道水道最高水位主要受臺風暴潮控制。萬頃沙西站年最高潮位多出現(xiàn)在汛期，尤其是夏季受熱帶氣旋的影響引發(fā)的風暴潮，常使口門站出現(xiàn)歷史最高潮位，而年最低潮位則出現(xiàn)于枯水期。工程位于洪奇瀝水道出口，萬頃沙西站以下，受洪潮雙重影響。缸瓦沙堤圍設(shè)計洪潮水面線成果見表2。

表2 缸瓦沙堤圍設(shè)計洪潮水面線成果表

根據(jù)典型潮位過程分析，此過程最高潮的峰值接近該站多年平均高潮位(1.94m)，最高潮漲潮歷時小于6小時，落潮歷時大于6小時，最高潮位高于1.5m的歷時不小于3小時，潮位過程曲線如圖2所示。為反映近期潮位出現(xiàn)頻率的特性，通過分析監(jiān)測站逐日潮位，得到潮位～頻率曲線如圖3所示。由此曲線得知，50%頻率南沙潮位是0.01m，-0.3～0.3m發(fā)生的頻率為26.8%，即南沙站的多年平均潮位是0.01m，有26.8%的時間潮位維持在-0.3～0.3m之間。

圖2 典型潮位過程曲線

圖3 潮位～歷時頻率曲線

1.5 建設(shè)區(qū)工程地質(zhì)評價

工程區(qū)各堤段堤身填土經(jīng)過多次填筑，成分較復雜，一般以砂質(zhì)粘性土層為主，各處的含泥量不同，但壓實程度大多較好，部分堤段表部為礫砂及碎石，不同堤段堤身的滲透性存在較大差異。堤基主要由淤泥、淤泥質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉砂層等組成，堤基結(jié)構(gòu)較多，基本均為雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ)。堤基存在的主要工程地質(zhì)問題有沉降變形、抗滑穩(wěn)定、及飽和砂土液化等問題。工程區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度，工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性相對較差。

堤線總長5097.9m。堤防區(qū)A、B類基本不存在，主要為C類和D類，占總長分別為74.9%和25.1%。工程區(qū)基本均有防護，但部分破損嚴重，岸坡穩(wěn)定性主要為穩(wěn)定岸坡、基本穩(wěn)定岸坡及穩(wěn)定性差岸坡，占總長分別為24.9%、50%和25.1%。

2 工程排澇規(guī)劃與調(diào)洪演算

2.1 工程排澇堤線規(guī)劃

現(xiàn)狀缸瓦沙外江防洪(潮)堤環(huán)島閉合，但部分標準不夠。本工程堤防布置大部分采用原堤線，同時，結(jié)合河勢、地形、地質(zhì)條件與水工建筑物等因素對原有堤線予以調(diào)整。

對現(xiàn)狀堤線超出規(guī)劃治導線部分，依照《珠江河口綜合治理規(guī)劃》要求退堤建設(shè)；對現(xiàn)狀堤線不順直，影響水流河勢的部分應(yīng)予以調(diào)整；對于現(xiàn)狀干堤與子堤之間有可利用土地，在條件許可的情況下，可采用增加用地的堤線走向。本次加固缸瓦沙圍外江堤防總長度為5902.6m，其中缸瓦沙一涌以北段(樁號GN0+000～GN4+422.9)長度為4422.9m，以南段(樁號GS0+000～GS1+479.7)長度為1479.7m。

2.2 堤圍水系調(diào)洪演算

本次排澇復核計算時，采用“高切林法”法來推求調(diào)洪庫容：

式中，qp—頻率為P的洪水時，泵站的排澇流量，m3/s；Vz—滯洪庫容，萬m3。

泵站的排澇流量按20年一遇24小時暴雨所產(chǎn)生的徑流量一天排干，泵站每天工作時間取20h。缸瓦沙堤圍內(nèi)的水位-庫容關(guān)系見表3。

表3 缸瓦沙堤圍內(nèi)的水位-庫容關(guān)系

缸瓦沙堤圍內(nèi)澇水采用調(diào)蓄、自排、抽排相結(jié)合的排澇方式，堤圍內(nèi)起調(diào)水位為堤圍內(nèi)的園地、耕地的高程，其中五福圍為-0.4m，同福圍為-0.6m，七零圍(南沙側(cè))為0.1m，當項目區(qū)內(nèi)澇水位超過起調(diào)水位時，如果內(nèi)河涌水位高于外江水位，則開閘排澇，這時也打開泵站同時進行抽排；如果內(nèi)河涌水位低于外江，則打開泵站抽排。當?shù)虈鷥?nèi)發(fā)生20年一遇暴雨洪水時，充分利用堤圍內(nèi)水系調(diào)蓄及水閘自排，蓄排聯(lián)合演算計算成果見表4。

表4 缸瓦沙堤圍內(nèi)調(diào)蓄計算結(jié)果

結(jié)合泵站站現(xiàn)狀的調(diào)度原則，泵站運行調(diào)度原則如下：同福圍泵站的運行方式為：進水渠水位達到-0.60m時，啟動電排站。低于-1.00m且繼續(xù)下降時，則關(guān)閉電排站。五福圍泵站的運行方式為：進水渠水位達到-0.40m時，啟動電排站。低于-1.00m且繼續(xù)下降時，則關(guān)閉電排站。

3 防洪潮工程整體布局

3.1 工程總體布置

在流域調(diào)洪演算的基礎(chǔ)上，本次防洪潮工程總體方案為：加固缸瓦沙圍外江堤防總長度為5902.6m，其中缸瓦沙一涌以北段(樁號GN0+000～GN4+422.9)長度為4422.9m，以南段(樁號GS0+000～GS1+479.7)長度為1479.7m。重建北段同福圍泵站泵房，按現(xiàn)狀自排涵底高程重建自排涵。重建北段五福圍泵站泵房，按現(xiàn)狀自排涵底高程重建自排涵。重建樁號GN3+859.3處泵房(5m×5m)，重新安裝泵及出水管道，無需設(shè)置自排涵。重建GN0+663.5處涵洞，重建南段4座排水涵。

3.2 堤岸線布置

工程堤防加高加固總長度為5902.6m，堤頂路面高程根據(jù)不同斷面高程不同，具體范圍為3.2～3.7m，防浪墻頂高程為4.04m。根據(jù)現(xiàn)狀堤岸結(jié)構(gòu)及完好情況，分為四種加固型式，即舊堤加固段Ⅰ(北段有房屋段)、舊堤加固段Ⅱ(北段無房屋段)、舊堤加固段Ⅲ(北段無房屋段、有子堤)及舊堤加固段Ⅳ(南段)，堤段長分別為0.97km、3.241km、0.188km及1.480km，各堤線特性見表5。

表5 堤線布置特性統(tǒng)計表

3.3 重建泵站布置

重建同福圍及五福圍泵站為堤后式泵房，進水方式主要為正向進水。同福圍泵站廠房寬9.0m，長9.8m，水泵采用一臺80kw(700ZLB-100(0°))和一臺45kw(500ZLB-125(0°))立式軸流泵，單列式布置，利用隔墩將廠房下部分隔為兩個獨立的進水池。將電氣設(shè)備布置在廠房上游側(cè)樓板上。在泵站進口設(shè)置兩扇攔污柵。五福圍泵站廠房寬9.0m，長9.8m，水泵采用兩臺22kw(350ZLB-125(0°))立式軸流泵，單列式布置，利用隔墩將廠房下部分隔為兩個獨立的進水池。將電氣設(shè)備布置在廠房上游側(cè)樓板上。在泵站進口設(shè)置兩扇攔污柵。

由于同福圍泵站內(nèi)河涌最低水位為-1.00m，進水渠底高程為-2.80m；五福圍泵站內(nèi)河涌最低水位為-1.00m，進水渠底高程為-2.80m，設(shè)備檢修時，采用進水口適當堆放砂包進行檢修，不專門設(shè)置檢修閘門。水泵出水采用壓力管道，管道出口設(shè)置自動拍門。

4 工程建設(shè)管理與評價

4.1 建設(shè)環(huán)境影響評價與管理

環(huán)境影響評價范圍為缸瓦沙圍外江堤防綜合整治工程，評價重點為此工程范圍內(nèi)水利工程實施對環(huán)境的影響。針對工程建設(shè)所產(chǎn)生的不利影響采取了多方面的保護措施，在保證發(fā)揮工程效益的同時將使不利影響降到最小限度，評價單位分析結(jié)果見表6。

4.2 工程經(jīng)濟分析評價

工程屬于公益型建設(shè)項目，該類項目屬于國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施，工程的建成將對國家和地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。計算防洪排澇效益時，參考南沙區(qū)水利工程分攤效益，水利工程占圍內(nèi)總產(chǎn)值的18.5%，則洪排澇效益為3230×18.5%=597.55萬，本工程的防洪效益平均為597.55萬元/年。

工程經(jīng)濟內(nèi)部收益率為10.70%，大于社會折現(xiàn)率8%；經(jīng)濟凈現(xiàn)值為1174.63萬元，大于0；經(jīng)濟效益費用比為1.23，大于1。以上經(jīng)濟指標說明本工程在經(jīng)濟上是可行的。為評價本工程在國民經(jīng)濟評價中的可靠性，估計項目可能承擔的經(jīng)濟風險，現(xiàn)按3種不確定因素分析，分別為投資增加10%、效益減少10%和投資增加10%，同時效益減少10%。成果見表7。敏感性分析表明，在各種不利的情況下，經(jīng)濟指標仍然較好，超過國家規(guī)范要求，說明本項目具有較好的抗風險能力。

表7 國民經(jīng)濟評價敏感性分析成果表(i=8%)

5 結(jié)論

本次工程總體方案為加固缸瓦沙圍外江堤防總長度為5902.6m，根據(jù)現(xiàn)狀堤岸結(jié)構(gòu)及完好情況，分為四種加固型式，即舊堤加固段Ⅰ(北段有房屋段)、舊堤加固段Ⅱ(北段無房屋段)、舊堤加固段Ⅲ(北段無房屋段、有子堤)及舊堤加固段Ⅳ(南段)，完善堤防加固措施是預(yù)防洪澇災(zāi)害的主要途徑，有助于提升堤防工程的防控等級，降低決堤事故的發(fā)生幾率；本文堤防設(shè)計未充分考慮到地質(zhì)條件的影響，建議相關(guān)人員應(yīng)重視地質(zhì)問題做好地基處理工作，考慮到堤防加高厚度不大，據(jù)此可借助于拋石換填的方式進行處理，并希望能夠為類似工程提供借鑒和參考。