港珠澳大橋鴨涌河恢復(fù)工程防洪影響分析

張 朋，劉楷操

(珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，廣東 珠海519000)

鴨涌河為珠海和澳門的界河，北起拱北口岸，南下入海，具有納潮和兩岸排洪功能。港珠澳大橋拱北隧道陸域段鴨涌河段位于鴨涌河上游段，采用明挖暗埋法施工。施工單位在未經(jīng)水行政主管部門批準(zhǔn)情況下，對(duì)鴨涌河上游進(jìn)行回填施工。建成隧道主體工程和臨時(shí)道路侵占部分原河道，在隧道主體工程交工驗(yàn)收后，施工單位對(duì)河道進(jìn)行恢復(fù)。因此，本文通過推求設(shè)計(jì)暴雨條件下的設(shè)計(jì)洪水，并利用MIKE 11 一維水動(dòng)力模型，模擬分析在設(shè)計(jì)洪水遭遇設(shè)計(jì)潮位情況下，河道恢復(fù)工程對(duì)河道防洪的影響。

1 工程概況

鴨涌河全長為2.3 km，河寬度為25 m～60 m，原河道兩岸均為直立式擋墻。拱北隧道陸域段鴨涌河段基本位于原河道范圍內(nèi)，長約440 m（對(duì)應(yīng)河道樁號(hào)SK0+000～SK0+440）。其中，起點(diǎn)段320 m（SK0+000～SK0+320），原河道被填平，該段已結(jié)合隧道主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行恢復(fù)，型式為：隧道上部作為鴨涌河永久河道，平均寬度23.9 m；隧道頂兩側(cè)設(shè)置直立式導(dǎo)向墻作為河岸，墻頂標(biāo)高同原地面標(biāo)高，約3.5 m（本文高程為1956黃海高程）；隧道頂板作為河道底，標(biāo)高1.5 m，基本與原河道底標(biāo)高相同。轉(zhuǎn)彎段（SK0+320～SK0+360）設(shè)置弧長57.4 m 直立式擋墻截水，擋墻頂標(biāo)高同原地面標(biāo)高，底標(biāo)高1.5 m。新建排水渠段（SK0+360～SK0+440），原河道地面已全部硬化，建成風(fēng)機(jī)房位于SK0+380 處，平面尺寸約5 m×3 m，侵占原河道寬約1/3；恢復(fù)方案為：破除風(fēng)機(jī)房南側(cè)路面，設(shè)置排水渠（岸坡、渠底均為混凝土），渠頂寬10 m、兩岸邊坡1∶1.5，渠底標(biāo)高1.5 m，渠頂標(biāo)高3.0 m，排水渠下游與現(xiàn)狀鴨涌河相接?；謴?fù)后河道走向基本與原河道一致，鴨涌河恢復(fù)方案示意圖見圖1。

圖1 鴨涌河恢復(fù)方案示意圖

2 水文分析及水力計(jì)算

2.1 工程防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》《珠海市雨水系統(tǒng)及防洪規(guī)劃》等資料，確定鴨涌河按照50 年一遇（P=2%）暴雨徑流、遭遇外海5 年一遇高潮位設(shè)防。

2.2 匯水面積

通過地形劃分鴨涌河集水分區(qū)，集水分區(qū)參數(shù)見表2。

2.3 設(shè)計(jì)暴雨

設(shè)計(jì)暴雨采用《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》的成果進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)項(xiàng)目所屬區(qū)域，查算該區(qū)域的暴雨變差系數(shù)及雨量均值成果，見表1。

表1 設(shè)計(jì)暴雨特征值

2.4 產(chǎn)水洪峰流量

采用廣東省綜合單位線法和廣東省推理公式法[1]計(jì)算產(chǎn)水洪峰流量，設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)t 取24 h；土壤的滲透性取中等；項(xiàng)目區(qū)位屬暴雨低區(qū)，雨型編號(hào)為分區(qū)號(hào)；產(chǎn)流分區(qū)為粵東沿海、珠三角，m1～θ 關(guān)系選B 線，m～θ 關(guān)系選大陸線，選用3 號(hào)無因次單位線，um=0.750、K=1.547。同時(shí)采用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算了雨水設(shè)計(jì)流量，因鴨涌河兩岸建筑較為密集，但匯水區(qū)域內(nèi)有較大面積公園和綠地，綜合徑流系數(shù)取0.6。三種計(jì)算方法計(jì)算產(chǎn)水洪峰流量見表2。

表2 洪峰流量Q m 計(jì)算成果表（P=2%）

由表2 可知，對(duì)于50 年一遇暴雨，采用廣東省綜合單位線法得到的設(shè)計(jì)流量最大，且該方法可得設(shè)計(jì)流量過程。從安全及方便水力計(jì)算方面考慮，設(shè)計(jì)流量采用廣東省綜合單位線法得到的結(jié)果，設(shè)計(jì)流量(Qm)過程見圖2。

圖2 設(shè)計(jì)流量過程（P=2%）及設(shè)計(jì)潮位過程（P=20%）

2.5 水力計(jì)算

（1）糙率系數(shù)

根據(jù)《水力計(jì)算手冊》[2]，排洪渠土質(zhì)渠底糙率系數(shù)取0.03，混凝土擋墻糙率系數(shù)取0.016，通過加權(quán)平均，下游現(xiàn)狀河道斷面的綜合糙率系數(shù)取0.026。鴨涌河恢復(fù)段河道雖然為全混凝土斷面，但考慮到現(xiàn)狀河道淤積比較嚴(yán)重，已恢復(fù)段后期也會(huì)有一定的淤積，所以河道沿線糙率系數(shù)均取0.026。

（2）設(shè)計(jì)潮位

鴨涌河入?？诮咏夂?，外海附近有三灶水文站和澳門水文站，澳門水文站5 年一遇的潮位設(shè)計(jì)值高于三灶水文站，從安全角度考慮，鴨涌河出?？跀嗝? 年一遇的潮位設(shè)計(jì)值采用澳門站潮位，潮位最大值為2.58 m，潮位(h)過程見圖2。

（3）河道水位及流速計(jì)算

水力計(jì)算采用丹麥DHI MIKE 11 一維水動(dòng)力模型（HD 模型），該模型采用一維明渠非恒定流圣維南方程組來求解，其差分格式為Abbott 六點(diǎn)中心隱式差分格式，其數(shù)值計(jì)算采用“ 追 趕 法”[3]。 利 用 河 道 地 形 資 料， 構(gòu) 建 整 條 河 道（SK0+000～SK2+296）一維河道模型。圖2 設(shè)計(jì)流量過程沿河道全程均分加入模型中；模型中糙率系數(shù)取0.026；模型下邊界采用圖2 設(shè)計(jì)潮位。

通過模型計(jì)算，得到在50 年一遇（P=2%）暴雨徑流、遭遇外海5 年一遇高潮位情況下，原河道和恢復(fù)方案對(duì)應(yīng)的河道水面線和流速，見表3。

3 阻水比及壅水分析

（1）阻水比分析

鴨涌河堤防為2 級(jí)堤防，根據(jù)《廣東省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)規(guī)程》（DB44/T 1661-2015），河道內(nèi)涉水建筑物需滿足阻水比的控制要求，跨越2 級(jí)堤防橋梁的阻水比不宜超過7%。

通過計(jì)算原河道及恢復(fù)方案對(duì)應(yīng)河道過水?dāng)嗝婷娣e可得，已恢復(fù)段（SK0+000～SK0+320）河道恢復(fù)工程最大阻水比為46.3%；擬恢復(fù)段（SK0+320～SK0+440）河道恢復(fù)工程最大阻水比為77.82%；均不滿足《廣東省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)規(guī)程》的建議要求。

表3 鴨涌河原河道及恢復(fù)方案的河道水面線和流速

（2）壅水分析

由表3 可知，恢復(fù)方案對(duì)河道恢復(fù)段有壅水作用，最大壅水高度為0.006 m，工程建設(shè)對(duì)河道水位影響較小。

4 河勢影響分析

鴨涌河恢復(fù)段為全斷面混凝土斷面；下游現(xiàn)狀鴨涌河為土質(zhì)渠底，兩岸為混凝土護(hù)岸。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，粘土最大設(shè)計(jì)流速為1.2 m/s，混凝土最大設(shè)計(jì)流速為4 m/s；明渠最小設(shè)計(jì)流速為0.4 m/s。結(jié)合表3 可知，河道恢復(fù)段因河道變窄，流速有所增大；下游現(xiàn)狀河道段流速不變；河道恢復(fù)工程對(duì)河道不會(huì)產(chǎn)生沖刷影響；工程實(shí)施前后，大部分河道流速均小于明渠最小設(shè)計(jì)流速，存在一定的淤積問題，現(xiàn)狀鴨涌河沿線淤積嚴(yán)重，與計(jì)算分析結(jié)果一致。而且恢復(fù)段河道走向基本與原河道一致，所以恢復(fù)工程對(duì)整體河勢影響較小。

5 工程建議

根據(jù)計(jì)算分析，河道恢復(fù)方案滿足50 年一遇洪水過流標(biāo)準(zhǔn)。恢復(fù)方案的主要問題是，恢復(fù)河道段阻水比不滿足規(guī)范要求的不宜超過7%的要求。對(duì)此給出以下建議：由于鴨涌河起點(diǎn)段320 m（SK0+000～SK0+320）已結(jié)合隧道主體進(jìn)行恢復(fù)，且滿足河道防洪要求，同時(shí)拆除已完工導(dǎo)向墻可能會(huì)對(duì)隧道主體結(jié)構(gòu)、防水等方面產(chǎn)生不利影響，所以建議維持恢復(fù)現(xiàn)狀；新建排水渠段（SK0+360～SK0+440）斷面較上下游河道均有明顯縮窄，但風(fēng)機(jī)房是隧道主體結(jié)構(gòu)一部分，所以建議維持風(fēng)機(jī)房現(xiàn)狀，僅將其上下游的新建排水渠段河岸盡量恢復(fù)到原河道岸線，同時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)彎段與新建排水渠順接。

6 結(jié)語

通過推求設(shè)計(jì)暴雨條件下的設(shè)計(jì)洪水，并利用MIKE 11一維水動(dòng)力模型，模擬分析在設(shè)計(jì)洪水遭遇設(shè)計(jì)潮位情況下，鴨涌河恢復(fù)工程對(duì)河道防洪的影響。結(jié)果表明，河道恢復(fù)工程對(duì)河道水位影響較小，對(duì)整體河勢影響較小，滿足防洪要求。