良安截洪溝承泄區(qū)水位選取方案分析

□謝柱亮 勞應(yīng)文

良安截洪溝位于佛山市南海區(qū)，是佛山市的主要排澇設(shè)施。該溝始建于1961年9月，起于上柏鐵路孖渠口，貫穿上柏、下柏、務(wù)莊、塱沙四村，經(jīng)紅星一閘后排入佛山水道。良安截洪溝控制集雨面積8.28km2，高水高排。

整治良安截洪溝，關(guān)鍵是確定截洪溝承泄區(qū)的設(shè)計(jì)水位。根據(jù)承泄區(qū)不同截洪溝出口排水方式分為托排和暢排兩種，良安截洪溝的承泄區(qū)為佛山水道，屬于暢排方式。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50288-99)規(guī)定，承泄區(qū)設(shè)計(jì)水位可采用與排水區(qū)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期(10年)相應(yīng)的洪水位，或與設(shè)計(jì)排水歷時(shí)相應(yīng)的多年平均高水位。下面以良安截洪溝為例，具體分析如何合理選取承泄區(qū)的設(shè)計(jì)水位。

一、出口各種頻率洪水位

根據(jù)《西、北江下游及其三角洲網(wǎng)河河道設(shè)計(jì)洪潮水面線(試行)》中的有關(guān)資料，當(dāng)沙口發(fā)生50年一遇洪水，沙口水閘分洪為300m3/s。良安截洪溝出口位于分洪道佛山水道上游段，推算出口各種頻率洪水位，參見表1。

二、多年平均高水位分析

由于良安截洪溝出口沒有實(shí)際水位觀測(cè)資料，其上下游也沒有水文觀測(cè)站，只是上游500m沙口水閘有一些近年不完整的觀測(cè)資料，見表2。

良安截洪溝出口各種頻率水位(單位：m 珠基) 表1

近年沙口水閘閘后年最高水位表 表2

三、雨洪遭遇分析

澇區(qū)降雨成因主要有峰面雨和臺(tái)風(fēng)雨等。由于集雨面積不大，其匯流時(shí)間較短，圍內(nèi)一次暴雨洪水過程往往在5～20h以內(nèi)完成。而外江洪水主要受上游的西北江和沙口水閘以及下游的潮汐組合作用，圍內(nèi)暴雨與外江洪水沒有直接的相關(guān)關(guān)系。

由于進(jìn)行雨洪遭遇分析需要較為完整的同步實(shí)測(cè)降雨和外江水位觀測(cè)資料，而本規(guī)劃沒有相關(guān)資料。現(xiàn)通過五斗站觀測(cè)的數(shù)據(jù)初步分析如下：五斗水文站外水位五年一遇為2.71m，與沙口水閘5年一遇加區(qū)間流量相應(yīng)，與紅星閘水位2.68m相近，可以近似參照?qǐng)?zhí)行。

實(shí)測(cè)五斗站多年日最大降雨以及相應(yīng)外江水位統(tǒng)計(jì)見表3，對(duì)其進(jìn)行頻率分析結(jié)果見表4。統(tǒng)計(jì)分析表明，年最大暴雨遭遇外江水位超過2.0m的5次，占12.8%，平均7.8年出現(xiàn)一次；超過1.5m水位的19次，占48.7%。考慮潮汐的影響，潮峰低于2.5m的洪水，潮谷均可能低于2.0m，有機(jī)會(huì)開水閘自排。根據(jù)表3-6分析結(jié)果，考慮雨洪遭遇后5年一遇洪水位為1.89m。

五斗站多年降雨日及相應(yīng)外水位表 表3

五斗站雨洪遭遇外江實(shí)測(cè)年最大洪水頻率分析表 表4

變差系數(shù)計(jì)算表 表5

五斗站雨洪遭遇實(shí)測(cè)各級(jí)頻率水位表 表6

四、承泄區(qū)水位選取

(一)按設(shè)計(jì)排水歷時(shí)相應(yīng)的多年平均高水位2.47m，過閘水頭0.15m，截洪溝水面坡降萬分之一估算，截洪溝水位在2.83～3.53m之間，要求堤頂高程3.33～4.03m。但實(shí)際上有約2.3km的河岸高程在2.7m左右，而且兩旁是房屋、道路等，不具備加高堤圍的條件，或加堤需要大量的拆遷改道，費(fèi)用很大不夠經(jīng)濟(jì)。另外，堤圍加高后，右岸部分雨水無法自排入溝，需要設(shè)泵站排水，也不經(jīng)濟(jì)。

(二)從概率理論分析，圍內(nèi)暴雨與外江洪水屬于基本不相關(guān)關(guān)系，根據(jù)概率組合原理P(A×B)=P(A)×P(B)，通過分別計(jì)算截洪溝降雨頻率和截洪溝出口洪水頻率，再根據(jù)獨(dú)立事件概率相乘組合，推求雨洪遭遇頻率。在前述計(jì)算中，采用的是圍內(nèi)10年一遇24h 暴雨組合外江多年平均高水位2.47m，按概率組合原理P(A×B)=P(A)×P(B)＝10×2＝20，相當(dāng)于雨洪遭遇20年一遇，再考慮潮汐的影響，足見采用2.47m承泄水位是偏高的。

(三)2006年良安截洪溝的3次暴雨遭遇，其實(shí)測(cè)平均最高外江水位1.76m，與考慮雨洪遭遇的5年一遇外江水位1.89m接近。

六、結(jié)語

綜合上述計(jì)算結(jié)果可知：

(一)承泄區(qū)水位按多年平均高水位2.47m計(jì)算時(shí)，截洪溝兩岸加高的工程量和征地拆遷費(fèi)用很大；而采用2006年3次特大暴雨對(duì)應(yīng)的外江3日平均水位1.76m，則截洪溝工程量相對(duì)較少，也與雨洪遭遇5年一遇外江洪水位1.89m相近。

(二)紅星閘外江主要受潮汐影響，每日均有兩次退潮機(jī)會(huì)，可以搶排澇水。如2006年8月4日外江最高水位為2.44m，但全日平均水位為1.70m，最低水位為1.05m，低于1.70m水位的時(shí)間占50%，所以采用雨峰和洪峰相碰是偏于安全的。

(三)根據(jù)佛山市中心組團(tuán)規(guī)劃，出口的紅星閘擬按照10年一遇、24h暴雨一天排干標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)排水泵站，則在高水位時(shí)可以采用電排站抽排。若截洪溝按自排考慮時(shí)，可以采用相對(duì)較低的承泄區(qū)水位，這樣可以大大減少截洪溝整治的工程費(fèi)用。

基于上述分析，承泄區(qū)水位可以在雨洪遭遇5年一遇1.89m，2006年3次特大暴雨對(duì)應(yīng)外江3日平均水位1.76m，接近多年平均年最高水位2.47m相應(yīng)日(2006年8月4日的2.44m)的全日平均水位1.70m三者之間選取。 由于三者相差不大，本規(guī)劃采用承泄區(qū)水位為中間值的2006年3次特大暴雨對(duì)應(yīng)外江3日平均水位1.76m。