基于景觀考慮的防洪排澇工程多方案比選設計

林 波

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

開平市赤坎新區臨近南海，地處珠江三角洲網河區，地勢低洼，歷史洪澇自然災害頻繁。主要受南海海洋氣候、熱帶氣旋影響，常造成平原地區暴雨積水成災，還受外江水位、潮汐影響，對基礎設施造成破壞，給社會經濟帶來巨大損失。潭江上游為山區，屬于暴雨高值區，中游有多條支流匯入，下游進入珠三角網河區，合山水閘以下為感潮河段，受洪水影響又受潮水頂托。多數支流沒有閉口水閘，當遇到暴雨、漲潮或臺風暴潮時，易引起支流河口以上兩岸發生澇災，而有閉口閘的支流，則圍內澇水難以及時排出。

開平市赤坎新區中央水軸及景觀體系工程的建設，既能改善赤坎新區濱水環境，滿足居民日?；顒有枨螅瑢Τ鞘行蜗竺婷埠徒洕l展有積極作用，還將極大改善區域環境形象，提升場地觀感，并滿足周邊地塊未來發展所需。在各水系統間的相互關系中，實現水資源、水生態、水景觀等方面的相互協同，并與國土空間規劃有機融合，充分體現水系統規劃中生態優先、綠色發展的新時代要求[1]。通過在傳統規劃中的的景觀設計運用，結合綠化美化及其他景觀工程的建設，在美化城市環境、提升城市品味、豐富人民群眾精神文化生活等方面起到了非常重要的作用[2]。

1 概述

1.1 研究區域概況

開平市位于廣東省中南偏西，珠江三角洲西南部，江門市西南方。北與新興縣、鶴山市交界，東與新會區、臺山市相鄰，西與恩平市接壤，南靠臺山市。地圖形似蘑菇云狀，南北縱長75.6km，東西橫寬北部最寬處約59.5km，中部最窄處約8km。赤坎鎮位于開平市中部的潭江之濱，毗鄰市區三埠，距開平中心城區12公里，上接恩平、陽江，下通江門、廣州，北連鶴山、高明、新興，南往臺山，面積61.4hm2。

赤坎鎮地勢西、北、南高，中、東低，地勢開闊平坦，鎮域山95%地域屬潭江沖積平原，小部分是山地丘陵。百合鎮地貌以潭江沖積平原為主，丘陵山地次之，鎮區內地勢西北高，東南低。西北為低丘臺地，一般海拔高程30～60m，東南為沖積平原，高程10～20m。赤坎鎮和百合鎮位于北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候，受海洋季風的影響，氣候溫和，雨量充沛。山、水、林、田、丘、崗等地形地貌要素十分豐富。

在保護潭江、大沙河、池塘、風水塘、溝渠等現有水系的基礎上，對局部水系進行改造連通，形成“一帶多點”水網結構。其中，一帶：擴寬大沙河，沿原河流形成一條貫穿規劃區東西的景觀水帶；多點：主要是指大小風水塘及池塘。赤坎南部新區以南干渠為中央水軸，串連周邊大小風水塘、池塘，打通水系，活化水網，打造一條南部新區的中央水軸景觀帶。

本工程位于赤坎南部新區范圍內，工程景觀水利研究范圍面積包括水體以及周邊的綠化空間，工程區域面積180hm2，其中景觀綠化面積1156畝及水體面積301畝[3]。

1.2 匯水分區

潭江干流以北的赤坎南部新區及周邊區域地面高程總體呈西邊高、東邊低分布特征，大部分地面高程分布在7m(國家1985高程系，以下均同)以下，0.6m以上[4]，如圖1所示。

圖1 赤坎南部新區周邊水系及高程分布圖

從地面高程可判斷圍內河渠的基本水流流向如下：

(1)南干渠：自西北向東南，為大沙河灌區上游山洪的排泄通道，高水高排，匯入潭江。

(2)赤坎支渠：總體上自西向東，兼灌溉與排水作用。

(3)坎蝦涌及其支流：自西向東收集雨水，穿越赤坎古鎮，于赤坎大橋下游約2.3km通過菓沖水閘匯入潭江的分汊河道，在新區范圍內主要為坎蝦涌的支流發揮雨水收集作用。

(4)其他規模較小的渠道為灌溉渠道，起到水系連通作用。

根據水系走向及相關規劃設計[5]，南部新區附近水系及內部匯水分布情況如圖2所示。

圖2 南部新區內部匯水分區分布示意圖

結合圖2，通過分析赤坎南部新區周邊水系及高程分布，可確定赤坎南部新區、原排洪渠道-赤坎大道區間、百梓里支渠區間、中央水系向南干渠匯水分區及中央水系向赤坎支渠匯水分區，共6個匯水分區，其具體分布如圖3(a)所示，各匯水分區集雨面積見表1。

表1 各匯水分區集雨面積

1.3 設計洪水

根據表1所示，由于本工程各匯水分區集雨面積均小于10km2，因此采用廣東省洪峰流量經驗公式法計算設計洪峰流量。其公式如下[6]：

QP=Cp×H24P×F0.84

(1)

式中，Qp—某頻率的洪峰流量，m3/s；Cp—隨頻率而異的系數，見表2；H24P—24h設計暴雨強度，mm，本區域位于珠江三角洲分區潭江亞區，24h設計暴雨應采用珠江三角洲雨型、暴雨高區暴雨定點定面關系、珠江三角洲24h暴雨時程分配[7-8]；F—集雨面積，km2。

表2 不同頻率Cp值

2 工程規劃設計分析

2.1 設計方案

(1)方案1：南干渠兼顧防洪排澇、景觀功能

南干渠渠首流量、百梓里支渠區間洪水、赤坎南部新區洪水、原排洪渠道-赤坎大道區間洪水、中央水系向南干渠匯水分區洪水，全部匯入南干渠。改建述成水閘、新建述成泵站。

(2)方案2：考慮景觀功能，新建排洪渠道分擔防洪排澇功能

根據赤坎新區規劃，赤坎新區將新建赤坎大道，本方案將沿著赤坎大道新建排洪渠道，通過連通渠對南干渠進行引水分洪，分擔原南干渠主要防洪排澇功能。其中南干渠渠首流量、百梓里支渠區間洪水、中央水系向南干渠匯水分區洪水、原渠道-赤坎大道區間洪水，均匯入新建排洪渠道；赤坎南部新區洪水匯入南干渠。改建述成水閘、新建赤坎大道水閘、述成泵站。

(3)方案3：考慮景觀功能，黃烈河分擔防洪排澇功能

本方案將在南干渠距離潭江1.55km處和黃烈排澇河距離潭江1.33km處新建連通渠，通過連通渠將南干渠洪水引到黃烈河中，分擔原南干渠主要防洪排澇功能。其中南干渠渠首流量、百梓里支渠區間洪水、中央水系向南干渠匯水分區洪水、黃烈河區間洪水，均匯入黃烈河；原渠道-赤坎大道區間洪水、赤坎南部新區洪水匯入南干渠。改建述成水閘、新建黃烈水閘、述成泵站。

赤坎南部新區、原排洪渠道-赤坎大道區間、百梓里支渠區間、中央水系向南干渠匯水分區及中央水系向赤坎支渠匯水分區，共6個匯水分區，在不同設計方案中的匯水分布，如圖3(b)、(c)、(d)所示。

2.2 水閘規模

出口水閘按搶排(外江水位低于內河水位)或外江水位較低時確定其排澇規模，考慮到上游調蓄容積很小，水閘設計流量取與澇區設計洪峰流量一致[9-11]。

自排閘排水標準為20年一遇設計洪水，按最大流量計算排水所需凈寬。根據水閘設計規范，一般情況下，平原區水閘的過閘水位差可采用0.1～0.3m[12-13]。

本次工程所有水閘均采用平底閘型式，當為堰流時，閘孔總凈寬按照如下公式計算：

(2)

(3)

式中，B0—閘孔總凈寬度，m；Q—過閘流量，m3/s；H0—計入行近流速水頭的堰上水深，m；g—重力加速度，可采用9.81m/s2；m—堰流流量系數，可采用0.385；ε—堰流側收縮系數；σ—堰流淹沒系數；hs—由堰頂算起下游的水深，m。

為了最大限度地搶排澇水，在承泄區水位退落到略低于閘上(閘內)水位時開閘，以抓住承泄區水位短暫回落的有利時機排水，一般以0.1～0.3m的排水落差計算搶排流量。當水閘堰頂高程確定后，閘孔凈寬決定于上、下游水位及設計過閘流量。本次規劃水閘均為平底閘，根據來水流量及水閘尺寸進行分析，水閘上、下水位差取0.1～0.3m。

根據干支流洪水遭遇分析結果，以黃烈河、新建排洪渠(赤坎大道排洪渠)、南干渠等支流洪水為主，遭遇潭江干流5年一遇水位。結合潭江干流設計水位成果[14-15]，本次工程擬建水閘的閘下水位均采用潭江5年一遇設計洪水位，為4.05m。經計算，各水閘的閘上水位、閘下水位及總凈寬計算成果見表3。

2.3 泵站規模

2.3.1排澇標準

根據規定，一般鄉鎮常住人口小于20萬人，設計暴雨重現期為10年一遇[16-17]。由于南干渠所處的赤坎南部新區將作為旅游景觀區，人口密集，遭受洪災后損失嚴重及影響較大，其設計暴雨重現期可適當提高，因此本次工程的赤坎南部新區、原排洪渠道-赤坎大道區間、百梓里支渠區間、中央水系向南干渠匯水分區的排澇設計標準均按澇區20年一遇24h暴雨所產生的徑流量1d排干設計。

黃烈河區間的排澇設計標準按澇區20年一遇24小時暴雨所產生的徑流量：城鎮及菜地按1d排干設計，稻田按2d排干設計。

2.3.2排澇流量

赤坎南部新區、原排洪渠道-赤坎大道區間、百梓里支渠區間、中央水系向南干渠匯水分區的排澇設計標準均按澇區20年一遇24小時暴雨所產生的徑流量1d排干設計。

區域內設計排水流量采用排澇期平均排除法計算[18]。具體公式如下：

V=1000∑Fiαi(Hp-Hi)

(4)

Q=V/T

(5)

式中，V—產水量,m3；Fi—各地類面積；αi—各種地類的徑流系數，河涌、魚塘、水田取1.0，經濟作物取0.7，村莊、道路取0.8，不透水地面取0.95；Hp—設計暴雨量，為24h設計暴雨值，mm；Hi—允許暫存水量，魚塘取50mm，河涌取100mm，水田取40mm；Q—設計排水流量，m3/s；T—排水時間，s，按1d開機22h計算。

根據排澇區劃分范圍，結合現狀地類、衛星影像等資料，得到排澇分區下墊面地類分布，主要有水田、魚塘、河涌、經濟作物、村莊、道路、不透水地面等，停車場全部按不透水地面產水類型計算，詳見表4。

表4 排澇分區地類分布 單位：km2

經計算，各排澇區的排澇流量見表5所示。

表5 各區間的排澇流量計算成果

(1)方案1：南干渠兼顧防洪排澇、景觀功能

當外江(潭江)水位高于南干渠內河水位時，通過新建述成泵站將南干渠內河澇水排出到外江(潭江)。述成泵站設計排澇流量為：

Qp(方案1：述成泵站排澇流量)=Qp(南干渠設計流量)+

Qp(5%百梓里支渠區間排澇流量)+Qp(5%中央水系向南干渠匯水分區排澇流量)

+Qp(5%原排洪渠道-赤坎大道區間排澇流量)+Qp(5%赤坎南部新區排澇流量)

=17.6+1.65+3.80+2.19+3.50=28.74m3/s。

(6)

(2)方案2：考慮景觀功能，新建排洪渠道分擔防洪排澇功能

當外江(潭江)水位高于南干渠內河水位時，通過新建述成泵站將南干渠內河澇水排出到外江(潭江)。述成泵站設計排澇流量為：

Qp(方案2：述成泵站排澇流量)=Qp(5%赤坎南部新區排澇流量)

=2.19m3/s。

(7)

(3)方案3：考慮景觀功能，黃烈河分擔防洪排澇功能

當外江(潭江)水位高于南干渠內河水位時，通過新建述成泵站將南干渠內河澇水排出到外江(潭江)。述成泵站設計排澇流量為：

Qp(方案3：述成泵站排澇流量)=Qp(5%赤坎南部新區排澇流量)+

Qp(5%原排洪渠道-赤坎大道區間排澇流量)

=3.50+2.19=5.69m3/s。

(8)

3 不同方案比選結果

3.1 方案1：南干渠兼顧防洪排澇、景觀功能

南干渠渠首流量、百梓里支渠區間洪水、赤坎南部新區洪水、原排洪渠道-赤坎大道區間洪水、中央水系向南干渠匯水分區洪水，全部匯入南干渠。

該設計方案主要擴建南干渠，由現狀14m擴寬到28m；潭江出水口處改建述成水閘1座，設計流量為56.03m3/s；新建述成泵站1座，設計排澇流量為28.74m3/s。

3.2 方案2：考慮景觀功能，新建排洪渠道分擔防洪排澇功能

根據赤坎新區規劃，赤坎新區將新建赤坎大道，本方案將沿著赤坎大道新建排洪渠道，通過連通渠對南干渠進行引水分洪，分擔原南干渠主要防洪排澇功能。其中南干渠渠首流量、百梓里支渠區間洪水、中央水系向南干渠匯水分區洪水、原渠道-赤坎大道區間洪水，均匯入新建排洪渠道；赤坎南部新區洪水匯入南干渠。

該設計方案主要新建寬10m的排洪渠道及其連通渠；潭江出水口處改建述成水閘1座，設計流量為14.59m3/s，新建赤坎大道水閘1座，設計流量為45.55m3/s；新建述成泵站1座，設計排澇流量為2.19m3/s。

3.3 方案3：考慮景觀功能，黃烈河分擔防洪排澇功能

本方案將在南干渠距離潭江1.55km處和黃烈排澇河距離潭江1.33km處新建連通渠，通過連通渠將南干渠洪水引到黃烈河中，分擔原南干渠主要防洪排澇功能。其中南干渠渠首流量、百梓里支渠區間洪水、中央水系向南干渠匯水分區洪水、黃烈河區間洪水，均匯入黃烈河；原渠道-赤坎大道區間洪水、赤坎南部新區洪水匯入南干渠。

該設計方案主要擴建黃烈河，由現狀擴寬到20m，并新建連通渠；潭江出水口處進行改建水閘2座，述成水閘的設計流量為21.85m3/s，黃烈水閘1座，設計流量為75.22m3/s；新建述成泵站1座，設計排澇流量為6.69m3/s。

3.4 方案比選

(1)在方案1中，經河道過流能力的計算復核，按照南干渠現狀河底高程，排泄20年一遇的設計洪水，需要28m寬的矩形渠道。根據南干渠目前的用地控規要求[5]，南干渠不能擴寬至28m，無法達到要求。

(2)在方案2中，為了排泄20年一遇的設計洪水，南干渠可保持現狀14m寬，需在赤坎大道旁新建10m寬的排洪渠，新增占地為開發用地。

(3)在方案3中，黃烈河現狀平均寬10m，經過流能力復核計算，需擴寬10m[3]，擴寬占用土地為水利設施范圍內的土地。為了分擔赤坎南部新區的防洪排澇功能，將重建黃烈水閘。經實地現場調查和赤坎鎮政府、赤坎鎮水利所等相關人員反饋，黃烈河在均和里村處與另一條河連通并設有分水閘，遭遇大于20年一遇暴雨時，黃烈河上游匯水通過水閘進行高水高排調節，向南邊河流分洪。

因此方案3中的河道連通并擴寬等水利措施，在不影響黃烈河原有防洪排澇功能基礎上，還能分擔排泄赤坎新區內的洪水、澇水，充分體現了本方案的社會經濟效益。本工程主要通過3個方案進行改造，經多方案比選，本次開平市赤坎新區中央水軸及景觀體系防洪排澇工程推薦使用設計方案3。

4 結語

隨著經濟社會的持續快速發展，人們對水利工程的其他功能需求在不斷提高，要求河流兩岸景觀能夠給人們提供休閑、娛樂的空間。本工程基于景觀考慮，充分研究河流具體特點，在滿足行洪、排澇、改善河道環境的基礎上，結合河道景觀要求，通過多方案比選，選用與河流特點相匹配的防洪排澇規劃設計，可全面提升周邊地區城市面貌水平，有效改善區域濱水環境，促進該地區住宅、商業、旅游業發展，營建良好宜居環境，形成經濟持續發展的良好局面。