秦莊水庫泄洪道改道工程區域洪澇排除方案比選分析

劉偉時

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇揚州 225000）

0 引言

隨著城市建設的不斷發展，城市內澇已嚴重制約城市經濟社會健康可持續發展[1-5]。為此，在新的形勢下，建立優良的城市防洪排澇體系已變得越發重要[6-11]。

由于寧淮城際鐵路建設的影響，導致天長市區域水系布局發生變化，現狀及原城市防洪規劃水系布局難以滿足寧淮城際鐵路建設對天長市防洪除澇安全的需求。因此，為適應天長市城市基礎設施建設，保障城市防洪排澇安全，支撐區域經濟社會健康可持續發展，急需對G345 以南的水系布局進行調整，優化并配套建設撇洪、排澇等工程設施，完善天長市防洪除澇體系。

本文結合天長市秦莊水庫泄洪道改道工程的實際情況，提出了該工程區域洪澇的多種排澇方案，并對各排澇方案進行對比分析，選取最優排澇方案對天長市秦莊水庫泄洪道改道后產生的洪澇進行排除。

1 工程概況

天長市秦莊水庫泄洪道改道工程一方面解決排水通道攔截后崗地洪水及低洼地澇水排除問題；另一方面防止秦莊泄洪渠洪水進入城區，減輕城區防洪除澇壓力，并適應城市建設對水系、用地布局提出的新要求。該工程任務為在秦莊水庫泄洪渠與小新圩排澇溝截斷后，有組織地將兩部分來水排除，并于城區以外節點入禹王河干流。工程具體概況如下所示。

秦莊水庫為不在冊小（2）型水庫，壩址控制來水面積約3.3km2，壩頂高程13.5m，正常蓄水位12.5m，興利庫容約11.7 萬m3。筆者分析認為該水庫庫容系數較小，洪水調節能力較弱。

秦莊水庫泄洪渠為秦莊水庫來水下泄通道，水庫以下區間承接東北側徐莊大沖側面來水。該渠未經整治，斷面較不規則，河底高程9.5~10.0m，河道比降1/1500~1/2000，經復核過流能力滿足水庫下泄要求。

禹王河屬新白塔河二級支流，流域面積74km2，其中上游高峰水庫壩址控制流域面積25km2，河道全長11.5km。南河道現狀底寬10~20m 不等，河底高程4.8~6.4m，河道比降約1/1500~1/2000。

小新圩排澇溝為秦莊泄洪渠與禹王河之間洼地排澇大溝，全長約1.8km，匯水總面積約1.9km2，其中城區排澇面積0.8km2，農圩排澇面積1.1km2。南外環以南段長約0.8km，斷面較為規整，現狀底寬約8m，溝底高程5.5~6.5m，溝底比降1/1500~1/2000。

秦莊撇洪溝實為禹王河上游一條較大支流，自秦莊節點封閉作為秦莊、曹莊、杜莊等村組洼地（小新圩）的撇洪溝道，集水總面積約16.4km2，河道全長約5.9km，作撇洪溝段長約1.0km。

工程防洪排澇保護范圍為秦莊、曹莊、杜莊等村組洼地（小新圩），總面積約1.0km2。秦莊水庫泄洪渠攔截后，其水庫壩址以上來水及崗地側面來水將匯入上述保護范圍一并排除。洪澇水排除總面積為5.3km2。其中城區范圍2.7km2來水經雨水出口匯入秦莊水庫。工程保護范圍及洪澇水排除范圍示如圖1 所示。

圖1 工程保護范圍及洪澇水排除范圍

2 洪澇排除方案

經地形與匯流條件分析可知，秦莊水庫泄洪渠改道后區域洪澇水可采取以下兩種排除方案。

（1）高水高排方案：秦莊水庫及泄洪渠區間來水通過泄洪渠改道，沿國道G345 南側新建排水溝，自排入禹王河，小新圩內澇水則利用排澇閘站自排抽排結合入排水溝，而考慮到澇水通道形式，該方案可衍生出明渠、箱涵兩種子方案。

（2）混排方案：秦莊水庫及泄洪渠區間來水經秦莊泄洪渠改道后入小新圩，經槽蓄后會同圩內澇水一并排除，排澇方式為自排、抽排結合，且以抽排為主，而考慮到圩內現有排澇溝利用，該方案可衍生出新建排澇溝、利用現有排澇溝兩種子方案。

按常規布置原則及思路，防洪排澇工程布局應盡量采取高水高排策略，不僅可減小抽排工程規模，還可節約建后運行、管護費用。而對于本工程，考慮到占地、投資、空間布置、對現有基礎設施影響等因素，需進行多方案比選，以確定最優洪澇排除方案。綜合以上分析，參與比選的洪澇排除方案有以下4 種。

2.1 方案一：明渠高水高排方案

采用明渠改道。沿國道G345 南側新建排水溝，秦莊水庫及泄洪渠區間來水自排入禹王河，小新圩內澇水利用排澇閘站自排抽排結合入排水溝。

主要規劃參數：排水溝采用20 年一遇撇洪溝標準，底高程考慮圩內自排，采用5.1~6.1m，按洪峰流量（35.8m3/s）及秦莊泄洪渠現狀堤頂高程復核斷面底寬采用5m，邊坡1:2.0；堤防考慮城市防洪要求，與禹王河堤防規劃標準銜接，設計洪水位采用禹王河20 年一遇洪水位碰20 年一遇洪峰和禹王河50 年一遇洪水位碰10年一遇洪峰取外包線，為11.84~11.85m，超高采用1m，則堤頂高程12.84~12.85m；排澇閘站僅排圩內澇水，排澇標準采用10 年一遇，設計抽排流量0.8m3/s，自排流量9.4m3/s。

主要建設內容：新建穿路箱涵，斷面尺寸為2 孔5.0m×2.5m；新建排水溝及兩岸堤防，全段護砌，堤頂高程為12.84~12.9m，新建堤頂防汛道路2.0km；新建交通橋3 座，橋面板設計總跨長40m，凈寬5.0m；新建排澇泵站，裝機80kW；國道G345 沿線墊地及排水處理。

2.2 方案二：箱涵高水高排方案

采用箱涵改道。沿國道G345 南側新建箱涵，將秦莊水庫及泄洪渠區間來水自排入禹王河，小新圩內澇水利用排澇泵站抽排。

主要規劃參數：行洪輸水箱涵洪水標準采用10 年一遇，設計洪峰流量19.8m3/s；排澇閘站僅排圩內澇水，排澇標準采用10 年一遇，設計抽排流量0.8m3/s，自排流量9.4m3/s。

主要建設內容：新建行洪輸水箱涵，斷面尺寸為2孔4.5m×2.5m；水塘地形整理；新建排澇泵站，裝機80kW。

2.3 方案三：新建排水溝混排方案

新建排水溝。沿國道G345 南側新建排水溝，納泄洪渠與小新圩排澇溝來水，混合槽蓄后入禹王河，溝口新建自排閘與排澇泵站。

主要規劃參數：排水溝采用10 年一遇標準，底高程考慮圩內自排，采用5.1~6.0m，按洪澇水疊加后洪峰流量（29.1m3/s）復核斷面底寬采用8m，邊坡1:2.0，設計澇水位7.70~8.23m，不設防；排澇閘站按洪澇混排考慮，排澇標準采用10 年一遇，設計抽排流量8.8m3/s，自排流量10.6m3/s。

主要建設內容：新建穿路箱涵，斷面尺寸為2 孔3.8m×1.8m；新建排水溝并護砌；新建連通穿堤涵，斷面尺寸為2 孔4.5m×2.5m；新建橋梁，橋面板設計總跨長20m，凈寬5.0m；新建排澇閘站，總裝機720kW。

2.4 方案四：利用現有排水溝混排方案

利用現有排水溝。將泄洪渠來水改道入排澇干、支溝，混合槽蓄后終入秦莊撇洪溝，溝口建自排閘與排澇泵站。

主要規劃參數：排水溝采用10 年一遇標準，底高程考慮圩內自排，采用5.5~6.1m，按洪澇水疊加后洪峰流量（29.1m3/s）復核斷面底寬采用8m，邊坡1:2.0，基本維持現狀斷面，設計澇水位7.70~8.25m，不設防；排澇閘站按洪澇混排考慮，排澇標準采用10 年一遇，設計抽排流量8.8m3/s，自排流量10.6m3/s。

主要建設內容：新建穿路箱涵，斷面尺寸為2 孔3.8m×1.8m；擴挖整治排澇干溝、支溝；新建連通穿堤涵2 座，斷面尺寸均為2 孔4.5m×2.5m；擴挖整治秦莊撇洪溝（增加自排概率）；新建排澇閘站，總裝機720kW。

3 方案比選

為比較四種排澇方案的優劣，分別從技術角度和經濟角度進行綜合比較分析。四種方案投資比較如表1所示。

表1 四種方案綜合比較 單位：萬元

方案一和方案二均為高水高排方案，方案三和方案四均為混排方案。

（1）將兩種高水高排方案進行對比。從技術角度看：方案一需抬高地面高程且兩岸筑堤，存在國道G345 排水受阻、國道G345 右岸狹長帶凹地墊高、村村通主干道交叉銜接處理等多方面制約因素，實施難度大；方案二利用箱涵行洪，可避免切割地形、影響已建基礎設施，匯水條件好、空間布置形態好，實施難度相對小，但涉及穿越水塘及地形整理，且后期維護、檢修困難；總體來看，方案一更為常規，從技術角度看方案一略優。從經濟角度看：方案一新筑堤防、且沿線需墊地抬地、布置護堤地，工程占地大，且涉及國道G345 排水及已建道路處理，工程投資較大；方案二新建箱涵長度達1km，填塘及地形處理難度大，且混凝土工程體量大，較方案一投資更大，且后期運行維護成本相對高；從經濟角度看方案一較優。由此可知，高水高排方案中，方案一較好。

（2）對兩種混排方案進行對比。從技術角度看：方案三沿路布置，岸線規整，空間形態好；分析內外河水位組合條件，方案三洪澇水承泄區為禹王河，自排條件更優，后期運行管護成本低；另一方面圩內地形南高北低，排澇時效性更好；從技術角度看方案三更優。從經濟角度看：據工程規模及方案布置，兩方案總投資相差不大，差值主要為占地投資差異；方案三投資略大于方案四，但考慮自排概率，方案三后期運行成本相對低；因此，從經濟角度看方案三亦更優。由此可知，混排方案中，方案三較好。

（3）將方案一和方案三進行對比。從技術角度分析：方案一使得外部洪水自排入禹王河，極大地減小了泵站裝機規模，但綜合分析方案一仍存在5 點制約因素：①國道G345 為兩側雙向排水，排水溝堤防建設后，道路南側排水將受阻，滿溢至北側排除，威脅道路安全。②新筑堤防使得國道與堤腳間護堤地成為狹長凹地，空間布置形態不良，需抬地銜接并同步解決排水出路問題。③新筑堤防阻隔小新圩原自然坡面匯水格局，減緩了北部圩內澇水產匯進程，不利于澇水快速排除。④禹王河右岸堤防及沿國道已建村村通主干道受新建堤防分割，均需建橋銜接兩岸。⑤排水溝筑堤極大地增加了防洪任務長度，防汛及管護難度不容忽視。而方案三排澇通道唯一，存在洪水入圩與澇水混排情形，使得泵站裝機規模較大，但相比方案一，總體匯流條件更優，排澇布局更合理。從技術角度來看，方案三較優。從經濟角度分析：方案一可減小抽排工程規模，節約建后運行、管護費用，但考慮國道G345 沿線已建燃氣管道、擬建堤防護堤地布置、墊地工程、現有道路調整與橋梁新建等，土方工程量及工程占地均較大，且產生額外費用；方案三泵站規模較大，但由于不涉及堤防填筑及抬高地勢，工程占地相對節約，工程量較小，總投資較少。從經濟角度來看，方案三更為合理。

由以上分析可知，方案三新建排水溝混排方案是四種排澇方案中最為優良的方案。

4 結語

為保障天長市防洪排澇安全，本文結合天長市秦莊水庫泄洪道改道工程實際情況，提出四種不同的區域洪澇排除方案，并從技術角度和經濟角度對四種排澇方案進行綜合比較分析。最終得出方案三新建排水溝混排方案相較其他三種方案而言，具有更好的可操作性和性價比。為其他相似工程提供良好的借鑒經驗。