佛山市公路一環(huán)南線水文分析與計(jì)算

張國(guó)堂

受廣東省佛山市路橋建設(shè)有限公司的委托，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院承擔(dān)了佛山一環(huán)南線(北—樂從)公路主干線的施工圖勘測(cè)、設(shè)計(jì)等工作。為了確定公路控高和公路配套附屬設(shè)施的高程設(shè)計(jì)，對(duì)相關(guān)的水文進(jìn)行了分析與計(jì)算。

本工程為公路一級(jí)兼城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，其路基和橋涵的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)劃為百年一遇，特大橋?yàn)?00年一遇。跨珠江各水道的堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)北江大堤為200年一遇，佛山市為百年一遇，故本項(xiàng)目過河建橋時(shí)還應(yīng)遵循水利航道等主管部門提供標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)高、斷面、流速等有關(guān)要求進(jìn)行。

1 概況

本工程段沿線處于珠江三角洲堤圍區(qū)內(nèi)，為南順第二聯(lián)圍。聯(lián)圍北鄰吉利涌和潭洲水道，西部和南部鄰順德水道，均受北江、西江洪水的影響。堤圍總長(zhǎng)74.6 km，圍內(nèi)總面積為158.1 km2。行政上屬于佛山市，東，中部分別為順德區(qū)北鎮(zhèn)，樂從鎮(zhèn)，西部屬禪城區(qū)的南莊鎮(zhèn)。圍內(nèi)地形為平原低洼地形，地勢(shì)略呈西北高，東南低，河網(wǎng)發(fā)達(dá)，魚塘成片，占總圍面積 2/3，海拔高度一般在0.5 m～3.5 m(本次高程均采用黃海高程系)，個(gè)別孤丘可高達(dá)48.5 m，位于圍區(qū)西部南北堤兩側(cè);由于本地經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，土地開發(fā)強(qiáng)度較大，東、中、西部沿公路干線已形成南北向的開發(fā)帶，使大片的魚塘填高，建成成片的建筑群，目前這一趨勢(shì)正在延續(xù)。

本地區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候，平均年降雨量1 648.8 mm，由于地勢(shì)低洼，每年4月～9月洪水期間易受洪澇災(zāi)害，其洪水位一般在3 m～4.5 m，百年一遇設(shè)計(jì)洪水位達(dá)7 m左右，在長(zhǎng) 74.6 km的圍堤中，建有30座水閘控制外江水位，11座電排泵站排除積水，目前抽派能力達(dá)137.3 m3/s。由于本堤圍工程目前正在規(guī)劃達(dá)到防珠江百年一遇洪水的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(百年一遇洪水位加1.5 m超高)，故本水文工作主要作堤圍內(nèi)低洼地區(qū)路基防澇的水文計(jì)算及堤圍內(nèi)排水河道(河涌)的設(shè)計(jì)排水流量的計(jì)算。

2 南順第二聯(lián)圍內(nèi)路基防洪水文計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本工程路基防澇標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇。堤圍區(qū)內(nèi)的排澇標(biāo)準(zhǔn)按廣東省水利部門的要求，采用10年一遇24 h暴雨產(chǎn)生的徑流量，城市、菜地1日排除，農(nóng)田2日～3日排除。從聯(lián)圍內(nèi)各鎮(zhèn)規(guī)劃來(lái)看，北鎮(zhèn)與廣東省標(biāo)準(zhǔn)一致，樂從鎮(zhèn)采用1日排除，考慮本地城市化的進(jìn)程，本次建議采用1日排除。

2.2 南順第二聯(lián)圍的蓄水能力

收集最新1993年出版的1/10 000地形圖，按高程點(diǎn)勾繪出圍內(nèi)的3 m，1.5 m等高線。其中不小于3 m等高線的范圍包括了主要建筑群和村莊;由于圍內(nèi)大部分為魚塘群，其魚塘堤埂高程一般在1.9 m～3.5 m，塘深1.5 m～2.0 m，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查魚塘絕大部分都蓄水養(yǎng)魚，水面距埂頂高約0.3 m～0.7 m，按水利部門要求正常蓄水余高為0.5 m，所以魚塘水面區(qū)在設(shè)計(jì)洪水期可超高蓄水的能力平均在0.5 m，因此本次選取等高線1.5 m～3.0 m的區(qū)間可概括魚塘區(qū)的蓄水范圍;1.5 m等高線及以下范圍，除東部少數(shù)平地外，主要是1/10 000地形圖上的河網(wǎng)水面面積，本河網(wǎng)在枯水和低水位時(shí)通常與珠江各水道連通，受潮漲河道影響，枯水期本地潮位變化在0.2 m～1.3 m，河網(wǎng)通過高潮漲水時(shí)抽水補(bǔ)給魚塘正常耗水量。

以0 m，1.5 m，3 m等高線作出不同高程的淹澇面積及蓄水量關(guān)系表(見表1)，從表1中可以看出，在3 m高程水位時(shí)蓄水量達(dá)9 467萬(wàn)m3。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，10年來(lái)由于本地經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，一些魚塘已被填平加高為建設(shè)用地，有的蓋了廠房，如本次規(guī)劃設(shè)計(jì)的一環(huán)路工程在圍內(nèi)長(zhǎng)約26 km，紅線120 m將占地3.1 km2，這一進(jìn)程今后將進(jìn)一步加大，使蓄澇能力降低，故本次考慮將澇區(qū)縮小1/6與1/3蓄澇量后的蓄水能力如表1所示。

表1 南順第二聯(lián)圍(F=158.1 km2)淹澇高程與相應(yīng)的淹澇面積、蓄澇水量關(guān)系表

2.3 淹澇調(diào)蓄計(jì)算

2.3.1 設(shè)計(jì)暴雨與徑流量

根據(jù)廣東省水文圖集(1991年版)，考慮到本圍區(qū)內(nèi)魚塘水網(wǎng)面積占2/3，水面面積比例大，降雨直接產(chǎn)生徑流，其余面積多為建筑群和道路系統(tǒng)，損失較小，故損失采用 f=2 mm/h，計(jì)算出本圍區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的不同頻率徑流深h24。另外珠江三角洲水網(wǎng)區(qū)目前已發(fā)生的特大24 h暴雨可達(dá)542.5 mm(東莞市莞城1981年6月30日)，可移至此處作校核暴雨。計(jì)算出暴雨、徑流量見表 2。

表2 南順第二聯(lián)圍設(shè)計(jì)澇水量計(jì)算成果表

2.3.2 排水能力

本次分現(xiàn)狀排水(即現(xiàn)狀137.3 m3/s抽排量)和達(dá)標(biāo)排水(10年一遇24 h暴雨產(chǎn)生的徑流一天排除)兩種情況，計(jì)算出圍堤內(nèi)可能剩余的澇水量如表2所示。

2.3.3 淹澇水位調(diào)蓄計(jì)算

根據(jù)表1，表2的資料進(jìn)行調(diào)蓄計(jì)算，求出不同蓄水能力與不同排水條件下的淹澇水位，其中起調(diào)水位是:聯(lián)圍中上游段定為1.686 m，下游段為1.136 m，本次計(jì)算平均采用 1.5 m。計(jì)算得出在不同條件下百年一遇的暴雨產(chǎn)生淹澇水位大致為2.3 m，特大值暴雨產(chǎn)生的淹澇水位在2.9 m左右。考慮到排水系統(tǒng)中間有一定水位差別，道路路堤、橋梁等阻水因素，以及魚塘常水位對(duì)路基穩(wěn)定性的影響，建議路基最低填高到4 m(中線高程)。

3 路線經(jīng)過堤圍內(nèi)低洼地區(qū)排水河道(河涌)的水文計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上述廣東省水利部門有關(guān)排澇標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明，考慮路線經(jīng)過的南順第二聯(lián)圍地區(qū)會(huì)逐步城鎮(zhèn)化，橋涵跨越河涌設(shè)計(jì)排澇流量的計(jì)算，采用百年一遇24 h暴雨產(chǎn)生徑流量，一日排除來(lái)計(jì)算。

3.2 計(jì)算公式

其中，Q1%為百年一遇排水流量，m3/s;h24，1%為百年一遇徑流深，本次采用280 mm;M1%為百年一遇排澇模數(shù)，m3/(s?km2);F為匯水面積，km2。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于堤圍內(nèi)排水河道(河涌)橋涵的設(shè)置，應(yīng)首先滿足水利部門的要求:“橋梁過流斷面應(yīng)確保不少于河涌原來(lái)過流斷面，保障河涌原來(lái)的過流功能?！庇捎诒竟こ虡蚝O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高于河涌排水標(biāo)準(zhǔn)，其斷面應(yīng)按設(shè)計(jì)流量計(jì)算有所加大。

據(jù)了解，南順第二聯(lián)圍內(nèi)的河涌的排水規(guī)劃正在編制中，順德區(qū)水利部門愿意采納本公路路線提供跨越河涌的設(shè)計(jì)斷面、水位、最大徑孔高及橋墩布置位置等，本次就不作詳細(xì)計(jì)算。對(duì)于涵洞的排水流量可按調(diào)查匯水面積用公式(1)計(jì)算，涵底按平底度設(shè)置(i=0)，涵洞孔徑大小可按1 m3/s，按一個(gè)1 m2涵洞面積來(lái)估算，并考慮0.3 m～0.4 m余高。

注:本文得到了北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院教授級(jí)高工劉德昭同志的指導(dǎo)，借此機(jī)會(huì)表示感謝。