赤石河瓶頸段阻洪分析及應對思路

章晶晶

(深圳市水務規(guī)劃設計院股份有限公司,廣東 深圳 518001)

0 引 言

深汕位于廣東省東南部,地處珠三角平原和潮汕平原之間,西、北部與惠州市惠東縣接壤,東與汕尾市海豐縣相連,南臨紅海灣,是粵東通往珠三角地區(qū)的橋頭堡,距廣州200km、深圳60km、汕頭200km,距香港82海里,距臺灣高雄港200海里,距太平洋國際航道12海里,距汕尾港35km,距小漠深水碼頭5km,處在深圳1h交通圈內(nèi),珠三角經(jīng)濟圈與海峽西岸經(jīng)濟圈結(jié)合部,是粵港澳大灣區(qū)向粵東城鎮(zhèn)群拓展輻射的重要戰(zhàn)略節(jié)點。深圳市深汕特別合作區(qū)(以下簡稱“深汕合作區(qū)”)作為深圳的第“10+1”區(qū)及特區(qū)中的特區(qū),承擔著延續(xù)深圳基因、延伸城市功能的新興城區(qū)。

研究的赤石河是深汕合作區(qū)的第一大河,發(fā)源于北部山區(qū),向南貫通城區(qū)全境,經(jīng)小漠鎮(zhèn)注入小漠灣,全長約36.8km,流域總面積382km2,占合作區(qū)總面積的 81.6%。深汕合作區(qū)由深圳市主導建設及管理,作為新開發(fā)地區(qū),水利規(guī)劃建設應與城市發(fā)展相協(xié)調(diào)。

目前赤石河干流已有《深圳市防洪(潮)排澇規(guī)劃(2021—2035)》等相關規(guī)劃成果。由于深汕合作區(qū)內(nèi)城市規(guī)劃的空間及主要建成區(qū)分布在赤石河以及支流兩岸,城市開發(fā)豎向標高與河道防洪水位息息相關,為尋求更經(jīng)濟合理的河道整治方案,文章將在相關規(guī)劃方案的方案基底上進一步對赤石河瓶頸段進行阻洪分析,并提出應對思路。

1 流域概況

1.1 地形地貌

1.1.1 河流水系

赤石河位于深圳市深汕特別合作區(qū)(以下簡稱深汕合作區(qū)),為廣東省東南部地區(qū)河流。赤石河流域面積為382km2。流域內(nèi)水系發(fā)達,除干流外有一級支流14條,二級支流15條,三、四級支流6條,共計36條。

1.1.2 水文地形

赤石河地勢總體北高南低,內(nèi)有平坦低洼地。流域內(nèi)山區(qū)面積306.79km2,占總面積的 65.74%,北部多山且坡度較陡,造成山洪產(chǎn)匯流時間短且洪量大。

赤石河由北向南穿插過境,中部為丘陵地帶,深汕合作區(qū)內(nèi)城市規(guī)劃的空間及主要建成區(qū)分布在赤石河以及支流兩岸,兩岸地勢低洼,城市開發(fā)豎向標高對河道洪水較為敏感。

赤石河為直接入海河流,流域下游為濱海沉積、沖積平原地帶,地勢平坦,受潮影響,風險因子主要為外海潮水頂托。

1.1.3 現(xiàn)狀防洪體系

赤石河流域現(xiàn)狀水利設施較差,已建水庫多是以防洪、灌溉為主的小水庫,調(diào)洪庫容相對較小,控制面積不足14%。目前深汕合作區(qū)內(nèi)尚無調(diào)蓄流域洪水的骨干工程,防洪體系單薄,主要以堤防為主。

赤石河流域大部分河道目前處于天然狀態(tài),除部分河道已按20a一遇標準進行整治,其余河道防洪標準普遍5～10a一遇;深汕現(xiàn)狀除鵝埠街道部分已新建排水管網(wǎng),其他區(qū)域無排水管網(wǎng),澇水地表散排;由于片區(qū)內(nèi)河道未經(jīng)系統(tǒng)整治,河道過流能力不足,澇水無法及時排走,造成片區(qū)內(nèi)極易形成內(nèi)澇,整體治澇標準低。

防洪排澇體系不完善。由于片區(qū)開發(fā)尚處于起步階段,受經(jīng)濟發(fā)展、財政收入和技術力量等因素制約,水務設施建設相對滯后,現(xiàn)狀水利基礎設施整體底子薄弱,缺少防洪骨干工程,且現(xiàn)有水庫病險嚴重,大部分未完成除險加固;干支流水系大多為天然河道,未經(jīng)系統(tǒng)整治,河道防洪標準低;排水管網(wǎng)、污水收集處理等均未形成體系。

1.2 河道管理范圍線內(nèi)用地規(guī)劃

通過解讀土地利用規(guī)劃可知,赤石河干流以及支流的兩岸河道管理范圍線內(nèi)涉及居住用地,商業(yè)服務業(yè)用地、工業(yè)用地、市政設施用地以及教育科研用地。

沿赤石河的主要開發(fā)區(qū)域為赤石中心區(qū)、及鵝埠街道、小漠街道3個片區(qū)。其中小漠街道不屬于赤石河流域范圍內(nèi),本次重點分析赤石中心區(qū)及鵝埠街道。

表1 深汕合作區(qū)主要開發(fā)區(qū)域面積統(tǒng)計表

1.3 瓶頸段分析

赤石河上中下游分別以福田水陂和G324橋分界,通過對河道的相關分析,從上游至下游赤石河干流瓶頸段主要有:廈深鐵路跨河橋、G324 國道跨河橋、沈海高速跨河橋、小漠大橋等,瓶頸段的形成是因橋梁建設束窄了河道過流斷面。瓶頸段參數(shù)表,見表2。

表2 瓶頸段參數(shù)表

2 阻洪分析

2.1 方案設計

2.1.1 方案基底

規(guī)劃方案是通過增加調(diào)蓄空間,拓寬河道卡口段,改造水工構筑物,全面清障、清違和清淤增加河道行洪能力。具體措施如下:

1)充分利用現(xiàn)狀水庫以及規(guī)劃新建的三座大中型水庫(僅分析水庫的調(diào)蓄功能),有效攔蓄區(qū)域洪水,減少洪水進入河道。新建北坑水庫、水底山水庫、明溪水庫 3 座水庫以及赤石、明熱調(diào)蓄空間。

2)對赤石河干流福田水陂至 G324 橋段拓寬河道、加高堤防等河道整治,整治長度 17.61km。

3)龍?zhí)端楦脑?。將龍?zhí)端楦脑鞛榭煽厮そㄖ?洪水期保證赤石河行洪斷面,非洪水期保證上游于河道取水的需求。

4)赤石河河道清障并結(jié)合 G324 橋改造、小漠大橋拆除,將沈海高速跨河橋到小漠大橋之間局部較窄的河道斷面進行適當拓寬。

2.1.2 優(yōu)化方案措施

在方案的基礎上進一步增加卡口拓寬及清淤清障相關措施:

措施1:①赤石河河口～南門河匯入口處河道清障;②將沈海高速跨河橋到小漠大橋之間局部較窄的河道斷面進行適當拓寬。

措施2:①沈海鐵路跨河橋～響水坑匯入口下游局部較窄的河道進行適當拓寬;②G324國道跨河橋附近河道清障。

措施3:①明熱河匯入口上游1.1km河道清淤及局部拓寬;②縣道131旁河道2.1km河道清淤。

2.2 模擬論證

本次采用的MIKE11模型,通過構建赤石河流域河網(wǎng)模型綜合分析,提出整治方案。

2.2.1 軟件計算原理

核心方程式為一維非恒定圣維南方程組,圣維南方程組由連續(xù)性方程及動量方程組成, 連續(xù)性方程反映河道水量平衡,動量方程反映水體運動規(guī)律,方程組如下:

(1)

式中:Q為流量,m3/s;x為空間坐標,m;t為時間坐標,s;Z為水位,m;B為河面寬度,m;q為旁側(cè)入流,m2/s;A為過流斷面面積,m2;C為謝才系數(shù);R為水力半徑,m;g為重力加速度,m/s2。

式(1)中第1式為連續(xù)方程,第2式為動量方程。

2.2.2 計算工況

根據(jù)設計洪水與設計潮位,考慮洪潮遭遇組合,分別考慮以洪為主和以潮為主工況,洪潮標準與規(guī)劃保持一致,計算結(jié)果取洪潮外包線,各工況詳細參數(shù)見表3。

表3 水文組合工況特征參數(shù)

2.2.3 數(shù)字模型構建

本次模型概化赤石河流域水系的干流及兩條支流,干流全長27.8km,結(jié)合規(guī)劃及工程測量資料,本次共收集河道斷面67個。上下游邊界為:上游輸入其洪水流量過程線;赤石河河口位于港口站附近,本次收集了港口站1974—2018年的各年最高潮位實測資料,對實測資料排頻后得出設計潮位,下游邊界采用設計潮位。

根據(jù)雨洪遭遇分析,赤石河流域內(nèi)洪水與外江洪水遭遇具有隨機性,模型采用上述工況進行計算。河道區(qū)間和支流流量作為旁側(cè)入流邊界輸入,軟件中作為point source輸入。

3 分析結(jié)果

3.1 行洪影響分析

1)措施1實施后,從長坑匯入口下游處斷面(13+703)水位開始下降,水位下降差值為0.82～0.16m,河口水位受潮位影響,水位未發(fā)生變化。其中集中在赤石鎮(zhèn)中心區(qū)及鵝埠街道附近的建成區(qū)下降水位最大分別為0.33m及0.43m。

2)措施1+2實施后,從福田水陂處斷面(11+680)水位開始下降,水位下降差值為1.02～0.08m,河口水位受潮位影響,水位未發(fā)生變化。其中集中在赤石鎮(zhèn)中心區(qū)及鵝埠街道附近的建成區(qū)下降水位最大分別為0.62m及0.58m。

3)措施1+2+3實施后,從塘下水斷面(6+173)水位開始下降,水位下降差值為1.02～0.08m,河口水位受潮位影響,水位未發(fā)生變化。其中集中在赤石鎮(zhèn)中心區(qū)及鵝埠街道附近的建成區(qū)下降水位最大分別為0.99m及0.58m。

3.2 效益評估

通過實施卡口拓寬及清淤清障相關措施,河道設計水位在基底方案的基礎上進一步下降,且下降明顯,同時帶來堤防工程量、場坪填方量的降低。按照相關片區(qū)一一進行效益評估:

1)赤石鎮(zhèn)中心區(qū):措施1實施后,有效降低了赤石鎮(zhèn)中心區(qū)水位約0.33m,相應減少場坪填方量262.55萬m3;措施1、2實施后,有效降低了赤石鎮(zhèn)中心區(qū)水位約0.62m,相應減少場坪填方量493.28萬m3;措施1、2、3實施后,有效降低了赤石鎮(zhèn)中心區(qū)水位約0.99m,相應減少場坪填方量787.65萬m3。

2)鵝埠街道:相關措施實施后有效降低了赤石河干流設計水位,減少對一級支流南門河的頂托,降低了南門河水位,有利于鵝埠街道的建設。

其中措施1實施后,有效降低了南門河水位約0.43m,相應減少場坪填方量191.84萬m3;措施1、2實施后,有效降低了南門河水位降低約0.58m,相應減少場坪填方量258.76萬m3; 措施1、2、3實施后效益同措施1、2。

相關措施效益分析表見表4。

表4 相關措施效益分析表

續(xù)表4 相關措施效益分析表

4 結(jié)論及建議

文章根據(jù)對赤石河瓶頸阻洪分析,提出應對思路,擬對瓶頸段進一步實施相關卡口拓寬及清淤清障工程,根據(jù)相關措施,赤石鎮(zhèn)中心區(qū)最多可在方案基底的基礎上下降設計水位約0.99m;鵝埠街道片區(qū)最多可在方案基底的基礎上下降設計水位約0.58m。河道設計水位的降低可相應降低河道兩岸城市的場坪標高及堤防高度,同時更有利于赤石河本身河道治理,減輕兩岸的防洪壓力,減少地區(qū)淹沒風險,助力打造城市水安全格局,對深汕特別合作區(qū)的城市開發(fā)格局有重大影響。

根據(jù)文章對河道瓶頸段阻洪分析可知,通過建立河道水動力模型,并通過模型模擬可以更直接快捷地識別出影響水面線的敏感因素,如河道瓶頸段,并可驗證改變相關因素引起的水面線變化,有助于得出方案的有效性及效益評估,為河道治理尋找最優(yōu)解。