流域水系的防洪排澇智慧管控規劃體系建設研究
——以茅洲河為例

李維燕

(深圳市水務局審計處，廣東 深圳 518000)

1 工程概況

茅洲河流域面積266.83 km2，河流總長195.16 km，干流1條，一級支流23條，二、三級支流25條?，F有排澇泵站83座，總裝機40 227 kW，設計抽排流量615 m3/s。

茅洲河流域列入規劃范圍內的河流共18條，河道總長為126.61 km，規劃治理河道長度65.11 km。茅洲河干流從石巖河水庫以下至坊下涌防洪標準已滿足100 a一遇：塘下涌至河口(界河段)防洪(潮)標準已滿足200 a一遇。排澇河等7條河道已達到50 a一遇防洪標準。上寮河等12條河道整治基本完成。流域內規劃治澇工程涉及沙浦北片區、塘下涌片區、新橋片區、李松萌片區、下村片區5個區域。規劃外在寶安區山門社區第三工業區、燕羅片區、公明辦事處松白工業園等區域新建、改建、擴建一批泵站[1]。

2 流域現狀分析

2.1 外部因素

(1)極端氣候，海平面上升等環境變化。廣東省各潮位站的最高洪(湖)水位有逐年升高的趨勢，平均每年抬高約7.5 mm。

(2)城市高速發展使防洪潮面臨更大壓力。未來高密度城市開發建設將使不透水面積擴大，導致徑流量、匯流時間縮短、洪峰流量加大，一定程度上將加劇暴雨洪水對城市的影響。

(3)用地空間緊張加大制約防洪潮排澇設施落地。至2030年，深圳的建成區面積將達到可建設面積的95%，剩余的用地空間較少。大型的雨水管渠和深層利用系統難以找到布設的空間。

2.2 內部因素

(1)防洪潮排澇工程體系已基本形成，但應對極端天氣仍存在短板。經過多年的防潮排澇體系建設，五大流域四大水系基本建成具有防御一定洪澇水能力的防洪減災體系，但深圳作為超大城市，其內澇防治標準規劃為100 a一遇，內澇防治水平仍需進一步提高。同時局部河道還存在瓶頸，部分支流河道防洪標準僅20～50 a一遇[2]。

(2)城市空間規劃與防洪潮排澇規劃銜接不足，城市空間布局規劃未能充分考慮水的重要性，重地上、輕地下，與水務規劃銜接不足。

(3)現有的規劃邊界條件發生改變。城市版圖逐步擴大，已經建設區域的防洪、排澇工程體系的邊界條件發生改變，城區集水面積增加，致使排水管渠延長、坡度放緩，受潮位頂托，造成原陸域片區排水能力急劇下降，形成易澇區，對現狀防洪、排澇工程體系造成一定的影響[2]。

茅洲河干流已按100 a一遇進行達標建設，200 a一遇洪水條件下，中游白沙坑水至107國道5.2 km河段堤防欠高，欠高堤段總長9.6 km，最大欠高0.8 m。其堤頂和200 a一遇洪水面對比如圖1所示。

3 主要規劃布局

區域內主要分布有光明新城城市副中心，松崗、沙井組團中心，重點區域有光明科學城、光明鳳凰城，以及規劃大空港新城區，預計到2035年，當量經濟規模(萬人)超過300。該分區主要是防御茅洲河流域茅洲河干流洪水及珠江口海湖二項洪災因子，目前，茅洲河干流已修建堤防，但茅洲河中游存在局部卡口，是本防洪分區洪災發生的高風險區。因此，根據區域內的人口及城市發展定位，確定該防洪分區2035年的城市防洪(潮)標準為200 a一遇，茅洲河干流防洪(潮)標準為200 a一遇[3]。實現水量可削峰、內澇積水診斷、生態補水等多種綜合效益。強化洪澇調度等非工程措施，多部門共同協作的“洪澇安全、聯防聯控提高監測預警預報，建立仿真調度模型，實現洪澇精細化管理，增強風險防控能力。

3.1 流域防洪體系布局

茅洲河流域受山地丘陵地貌及海洋氣流的影響，汛期易發生暴雨或特大暴雨，洪澇災害頻繁，通過多年的防洪工程建設，流域內已基本形成了由水庫、堤防組成的“上、下排”防洪體系[3]。

(1)流域調蓄水庫布局。流城內共有水庫19座，總集雨面積67.64 km2，總庫容2.09億m3，其中，大型水庫1座即公明水庫，鵝頸、羅田等中型水庫2座，石狗公、老虎坑等小(1)型水庫9座，后底坑、橫坑、紅均等小(2)型水庫7宗。

(2)河道防洪擋潮堤防布局。通過堤防、防洪(擋湖)閘的建設，共同發揮防潮作用。茅洲河干流已建堤防21.51 km，從石巖河水庫以下至塘下涌(深圳境內河段)，綜合治理工程正在實施，2015年主體工程基本完成，設計洪水標準為100 a一遇。塘下涌至河口(界段)綜合治理工程已進入實施階段，設計洪(潮)水標準為200 a一遇。茅洲河流域規模以上防洪、擋潮閘共23座，主要分布于中下游區域。

(3)河道智慧生態碧道建設布局。工程措施：茅洲河干流碧道建設。茅洲河碧道總體定位為“灣區東岸綠脈，深圳西部門戶”，打造“一河引領，六段生輝”碧道藍圖。其中，茅洲河干流寶安段(白沙坑水-塘下涌)6.1 km作為省級試點，以生態休閑、創新服務、濱水居住為主要功能，打造山水交匯的生態人文科技小鎮。茅洲河干流光明段(樓村水-白沙坑水)6.8 km，通過優化濱水生態以提升宜居性，打造產業高端化的健康活力走廊和服務升級的生態活力城區。順暢的行洪通道是碧道建設的基礎，是碧道建設的安全保障。規劃結合碧道工程建設，對中游白沙坑水至G107間5.2 km不達標河段(兩岸欠高堤段總長9.6 km)進行達標加固[4]。 非工程措施：建立智慧化茅洲河流域。依托茅洲河流域管理中心籌備組，以“數字化、智能化和智慧化”三步走方式，深化物聯網、大數據、云計算、人工智能等新技術在茅洲河流域的應用，實現水務基礎信息的全收集、全共享，水務數據的全覆蓋、全連接，開展流域的智慧化模型調度研究，建立數字化流域的數據中心和智慧指揮平臺，打造智能高效、開放共享的茅洲河智慧流域[4]。

3.2 流域排澇體系布局

茅洲河流域排澇分區布局。(1)主要為茅洲河干流的一級支流：鵝頸水區域、玉田河區域、東坑水區域、木墩河區域、樓村水區域、新陂頭河區域、上下村區域、西田水區域、白沙坑區域、羅田水區域、龜嶺東區域、老虎坑區域、塘下涌區域、公明排洪渠區域、沙浦區域、沙井河區域、排澇河區域共，17個區域。(2)茅洲河二級支流：石巖河區域、松崗河區域、新陂頭北區域、新橋河區域、上素河區域5個區域。茅洲河流域排澇河區域：規劃整治潭頭河、新陂頭水北支2條河流，總長度1.61 km。

茅洲河流域規劃改建泵站5座，新建泵站1座，總流量193.03 m3/s。沙井河區域沙井泵站擴建泵站機組升級改造，增加抽排流量11.05 m3/s。馬田排洪渠區域擴建河口馬田泵站，增加排澇流量12.38 m3/s。白沙坑區域在白沙坑水河口新建排澇泵站1座，設計排澇流量53.00 m3/s。龜嶺東區域下游段擴建燕山泵站，增加排澇流量5.90 m3/s。

茅洲河流域排澇河區域新建深層隧洞工程，長度7.2 km，直徑8.5 m，出口泵站規模205 m3/s，排澇河可滿足100 a一遇超高大于0.5 m的要求，潭頭河、新橋河、上泰河、萬豐河等支流全線均可滿足100 a一遇不漫溢的要求。

茅洲河流域片區排水布局。規劃布局26處調蓄設施，總調蓄容積565.02萬m3，新建雨水泵站20座，總設計流量為589.1 m3/s，新建雨水行泄通道總長度為23.17 km，總設計流量為632.77 m3/s。

3.3 流域排澇工程規劃

3.3.1 流域防洪總體策略

結合茅洲河流域區位特點及干流防洪存在的問題，提出兩項待選策略：

(1)從直接解決中游段堤防欠高角度，考慮結合碧道建設，對中游段兩岸堤防加高。

(2)從降低茅洲河干流中游水位角度，考慮對右岸支流上游馬鞍山山脈進行高水截排，包括白沙坑水、羅田水、龜嶺東水、老虎坑水和塘下涌。通過截洪渠、排洪隧洞等工程措施，將山地坡水排至下游[5]。

3.3.2 流域整治規劃措施

流域整治規劃措施主要涉及高水截排和河道整治兩方面。

高水截排旨在結合現狀地貌和城市總體規劃，在規劃建成區邊界以外，自白沙坑水上游流域邊界線開始，沿坡腳50 m等高線，新建截洪溝6.2 km，寬5～25 m，深1～3 m。在6.2 km截洪溝基礎上，繼續沿北側山體建設截洪溝2.1 km，寬25～30 m，深3 m，往西接入塘下涌。該方案除羅田、老虎坑兩座水庫下泄洪水外，區間截洪部分集雨面積4.82 km，200 a一遇條件下共截排流量192 m3/s，將該段洪峰流量削減至100 a一遇以下。

河道整治旨在將塘下涌全線進行擴寬，上游3+000～3+998段擴寬15 m，中下游0+000～3+000段擴寬28 m。拓寬后，截排洪水經塘下涌排入茅洲河下游。但因塘下涌河口及下游洪峰仍維持200 a一遇不變，故對上游段還存在頂托，其中，左岸仍有0.90 km堤防欠高，最大欠高0.09 m：右岸仍有3.40 km堤防欠高，最大欠高0.50 m，故需結合碧道建設加高兩岸堤防4.30 km。

3.3.3 工程治澇策略

排澇河區域的排澇工程體系中，中上游主要問題是排澇河本身過流能力不足，特別是崗頭調蓄池下游共和大道以上1.5 km河段，寬度較其下游河段小約20 m，直接影響上游潭頭河、新橋河、上寮河等區域的排澇，下游主要問題是沿岸高程低于排澇河水位導致沿岸各片區排水不暢，此外，排澇河下游兩岸地勢低洼，現狀設計水面線已高過兩岸部分地面，局部片區的雨水難以自排進入排澇河。此外，支流同時存在局部調蓄能力、過流能力不足等薄弱環節，潭頭河由于承泄原潭頭渠、五指把水庫部分澇水導致排澇壓力增大，萬豐河低水區、上素河下游段由于暗涵過流不足導致中上游水位偏高[6]。

由于排澇河區域地勢較平，城市化程度較高，下游沿岸的源頭調蓄措施對排澇河作用有限，上游及支流沿岸可供洪水調蓄空間較少，上索河下游出口暗涵段上方為城市主干道(寶安大道)，暗涵揭蓋對城市交通影響過大[6]。此外，由于水系結構不同，河道沿岸情況不一致，排澇河、沙井河原規劃標準不一致，由潭頭水閘隔開，分高低水排向茅洲河，本規劃將兩個流域內澇防治標準均提高到100 a一遇，因此，解決排澇河及上游區域洪澇問題，整個立體防洪排澇體系以降低承泄區水位為導向，上層主要采用水庫挖潛模塊措施削減下泄洪峰，中、低層則通過優選下游河道整治、水系連通、新辟深層排水通道等策略予以解決[7]。

4 智慧調度系統

4.1 智慧調度系統總體架構

依托茅洲河流域管理中心，開展茅洲河流域的智慧化模型調度研究，構建“一張網、一張圖、一平臺”的綜合管理系統，一平臺為流域指揮調度平臺，一張圖是綜合GIS、傾斜攝影、三維建模、數據挖掘等技術，對河道進行可視化，一張網是通過通信網和互聯網的融合，建立起覆蓋茅洲河流域的有線、無線網絡相結合的一張網，同時，利用視頻、水位、PLC等各類傳感器實時獲得茅洲河流域工控信息，實現“一網全感知，一圖知全局、一云助決策”的建設目標。融合峰雨量、河道水位、積水點情況、泵站運行情況，接入實時水情，構建水情監測與分析模型和泵站群聯合調度模型，科學的調度泵站和閘門，為防汛調度提供支撐，將茅洲河打造成深圳市“智慧河道”、“智慧城市水務行業”示范、智能高效、開放共享的智慧流域[8]。

4.2 調度方案結果模擬

根據系統實際運行中可能面臨的各類應急情況，選取3種應急調度場景進行系統模擬測試，場景一：下游污水廠部分停水檢修。場景二：上游部分區域夜間水量過小。場景三：上游降雨造成部分區域管網存在冒溢風險。應急調度方案模擬結果見表1。

表1 應急調度方案模擬結果

從模擬結果來看，各預處理站水量均不超過預處理站設計上下限，且分配水量與各預處理站處理能力相匹配；調度方案的進水小時流量 24 h 保持穩定，且不超過設計流量上限，該穩定進水方式與實際運行要求一致，智慧調度系統有效可行。

4.3 調度體系工程分析評價

工程的建設將產生巨大效益，包括排澇效益、環境效益和社會效益等。其中，大部分效益屬社會公益性質，難以量化，僅對其中可給區域國民經濟發展帶來潛在影響的防洪效益進行計算。排澇效益實質為治澇減災效益，其效益體現由河涌和排澇泵站工程建設共同組成，根據兩部分組成情況分析，確定各部分分攤50%。10 a社會經濟的發展速度按照 10%進行估算，由此計算10 a內工程所產生的效益約為2.92億元。

采用上述費用與效益計算經濟內部收益率、經濟凈現值、經濟效益費用比。評價指標：國民經濟內部收益率(EIRR)為 16.21%，大于社會折現率8%；國民經濟凈現值(ENPV)為 12.76 億元，說明建設本工程除可得到滿足社會折現率的社會盈余外，還可得到超額社會盈余；國民經濟效益費用比(EBCR)為 2.65>1。根據國民經濟評價指標，工程在經濟上是可行的。

5 結 論

本文以茅洲河防洪排澇智慧體系規劃與建設為研究背景，在流域現狀分析的基礎上，提出茅洲河流域防洪排澇體系總體布局與工程治理措施，進而提出并論證適用于流域水系調度的智慧系統，得到主要結論為：

(1)茅洲河流域防洪排澇體系是以水庫調蓄、堤防擋潮和河道生態建設為主的聯防聯控整體骨架。通過流域水庫與滯洪區聯合運用，茅洲河防洪標準達到50 a一遇。

(2)基于茅洲河智慧水調度系統選取3種應急調度場景進行模擬測試，分配水量與各預處理站處理能力相匹配，且不超過設計流量上限，智慧調度系統有效可行。

(3)工程建設具有排澇、環境和社會綜合效益，根據國民經濟評價，工程經濟上可行。