句容經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)黃金河治理方案研究

陳 晨，梁 艷，許珊珊

（河海大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210098）

黃金河是一條穿越句容經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的丘陵區(qū)河道,流域地形比降大,降雨匯流速度快,加之上游水庫(kù)工程年久失修,調(diào)洪能力不足,洪水峰高量大,導(dǎo)致河道行洪水位高,下游開(kāi)發(fā)區(qū)澇水無(wú)法及時(shí)排除,因洪致澇。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,開(kāi)發(fā)區(qū)建成區(qū)面積不斷增加,下墊面條件改變進(jìn)一步增加了匯流流量,加劇了開(kāi)發(fā)區(qū)澇情。針對(duì)這一問(wèn)題,在積極推進(jìn)海綿城市建設(shè),降低開(kāi)發(fā)區(qū)徑流系數(shù),減小匯水流量的同時(shí),通過(guò)擴(kuò)建水庫(kù)以增加洪水調(diào)蓄空間,拓浚河道以擴(kuò)大洪水出路,降低河道行洪水位,緩解內(nèi)澇,為開(kāi)發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供安全保障。

1 基本情況

黃金河位于江蘇鎮(zhèn)江句容市,北起黃金壩水庫(kù),向南匯入句容河,全長(zhǎng)4.2 km,河道上游兩岸為丘陵區(qū),下游為平原區(qū),河底高程16.3 m~8.0 m,河道比降6.92‰。黃金河是句容經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)重要的排澇通道,承擔(dān)上游丘陵區(qū)水庫(kù)洪水以及下游開(kāi)發(fā)區(qū)建成區(qū)澇水排除任務(wù),匯水面積19.08 km2。

黃金河上游有三合壩水庫(kù)、黃金壩水庫(kù)和橫塘水庫(kù)共三座水庫(kù)。其中,黃金壩水庫(kù)為?。?）型,三合壩水庫(kù)、橫塘水庫(kù)規(guī)模均不足?。?）型。三合壩水庫(kù)為位于黃金壩水庫(kù)上游的串聯(lián)水庫(kù),洪水匯入黃金壩水庫(kù),再通過(guò)黃金壩水庫(kù)溢洪壩匯入黃金河,黃金壩水庫(kù)溢洪壩現(xiàn)已損毀,水庫(kù)調(diào)蓄洪水能力降低。橫塘水庫(kù)位于黃金壩水庫(kù)下游,通過(guò)現(xiàn)有泄洪涵洞匯入黃金河。開(kāi)發(fā)區(qū)澇水主要通過(guò)支流杜家山河、排水管涵匯入黃金河。黃金河現(xiàn)有滾水壩12座,跨河橋梁12座[1]。

由于現(xiàn)狀河道斷面窄,河道沿線滾水壩、橋梁等均有一定阻水,河道行洪能力不高,加之上游水庫(kù)溢洪壩損壞,水庫(kù)調(diào)蓄能力降低,增加了河道行洪壓力,導(dǎo)致河道行洪水位偏高,下游開(kāi)發(fā)區(qū)建成區(qū)因洪致澇,給開(kāi)發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)不利影響。

2 水文分析計(jì)算

2.1 河道流量計(jì)算

黃金河上游為丘陵區(qū),地面比降大,生態(tài)植被覆蓋率高；下游為開(kāi)發(fā)區(qū),比降相對(duì)較小,建成區(qū)面積占比較大。根據(jù)地形條件、下墊面情況,將黃金河匯水區(qū)分為丘陵區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū),丘陵區(qū)又分為三合壩—黃金壩水庫(kù)、橫塘水庫(kù)兩個(gè)水文計(jì)算單元,開(kāi)發(fā)區(qū)按城市主干道路及雨水管布置,劃分為6 個(gè)水文計(jì)算單元。

山丘區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用瞬時(shí)單位線計(jì)算法。由于黃金壩水庫(kù)原有溢洪道已經(jīng)損毀,橫塘水庫(kù)泄洪通道也已年久失修,水庫(kù)調(diào)蓄洪水能力下降,因此,水庫(kù)現(xiàn)狀下泄流量按洪峰流量乘以削峰系數(shù)計(jì),削峰系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取0.9。

開(kāi)發(fā)區(qū)設(shè)計(jì)洪水分別采用城市排水公式法和瞬時(shí)單位線法計(jì)算,并對(duì)兩種方法計(jì)算的成果進(jìn)行對(duì)比,選擇安全、合理的成果作為設(shè)計(jì)流量成果。

2.2 河道水面線推算

建立HEC-RAS一維水動(dòng)力模型推求河道設(shè)計(jì)水位。以實(shí)測(cè)地形圖作為背景描繪河道趨勢(shì)線,根據(jù)實(shí)測(cè)河道橫斷面錄入橫斷面數(shù)據(jù),分河段選擇糙率,漿砌塊石岸坡、坡面平整河段糙率取0.025,自然岸坡、坡面不平整河段,糙率取0.030；再輸入滾水壩、橋梁等建筑物資料[2]。

模型上邊界采用流量邊界,按各水文計(jì)算單元流量匯入位置錄入流量。模型下邊界采用水位邊界,為承泄河道在黃金河口門位置處設(shè)計(jì)水位。

3 河道治理方案設(shè)計(jì)

3.1 方案一：擴(kuò)建水庫(kù)

維持河道現(xiàn)狀規(guī)模,對(duì)局部河段進(jìn)行清淤、整坡,擴(kuò)建上游水庫(kù),增加水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容,將水庫(kù)洪水與城市澇水錯(cuò)峰排除。

現(xiàn)狀黃金河最大排澇能力為63.1 m3/s,城市匯水區(qū)設(shè)計(jì)流量55.7 m3/s,現(xiàn)狀河道排澇能力大于城市匯水區(qū)設(shè)計(jì)流量。水庫(kù)匯水區(qū)洪水全部滯蓄在水庫(kù),城市澇水全部排除后,再開(kāi)閘泄洪,并控制泄洪流量不超過(guò)河道行洪能力。

方案一需擴(kuò)建水庫(kù),增加水庫(kù)蓄滯洪水庫(kù)容。經(jīng)計(jì)算,20 年一遇降雨工況下,擴(kuò)建后水庫(kù)庫(kù)容為：三合壩水庫(kù)97.4 萬(wàn)m3,黃金壩水庫(kù)65.0 萬(wàn)m3,橫塘水庫(kù)44.5 萬(wàn)m3；水庫(kù)新增淹沒(méi)面積為：三合壩水庫(kù)34.5 萬(wàn)m2,黃金壩水庫(kù)30.0 萬(wàn)m2,橫塘水庫(kù)16.2 萬(wàn)m2。

3.2 方案二：拓浚河道

按原標(biāo)準(zhǔn)修復(fù)水庫(kù)泄洪建筑物,對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行清雜,維持水庫(kù)原庫(kù)容規(guī)模,通過(guò)拓浚下游河道,擴(kuò)大洪水出路,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

方案二水庫(kù)庫(kù)容分別為：三合壩水庫(kù)8.4 萬(wàn)m3,黃金壩水庫(kù)14.0 萬(wàn)m3,橫塘水庫(kù)8.3 萬(wàn)m3；水庫(kù)淹沒(méi)面積為：三合壩4.8 萬(wàn)m2,黃金壩6.0 萬(wàn)m2,橫塘3.9 萬(wàn)m2。水庫(kù)沒(méi)有新增淹沒(méi)面積。

方案二水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容小,水庫(kù)泄洪流量按洪峰流量乘以經(jīng)驗(yàn)削峰系數(shù),黃金壩水庫(kù)泄洪流量79.5 m3/s,橫塘水庫(kù)27.7 m3/s。水庫(kù)泄洪流量加開(kāi)發(fā)區(qū)匯流流量即為河道設(shè)計(jì)流量,因此,黃金河最大設(shè)計(jì)流量為162.9 m3/s。

建立一維水動(dòng)力模型,根據(jù)黃金河設(shè)計(jì)流量、承泄河道水位,按河道最高水位低于地面一定高度以不影響城市管網(wǎng)排水的原則,通過(guò)試算確定規(guī)劃河道斷面。根據(jù)計(jì)算成果,規(guī)劃河道拓寬寬度為9 m,將新增開(kāi)發(fā)區(qū)永久占地面積3.68 萬(wàn)m2。

3.3 方案三：重建水庫(kù)與河道整治相結(jié)合

擴(kuò)建上游水庫(kù)與拓浚下游河道相結(jié)合,擴(kuò)建水庫(kù)以增加水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容,降低水庫(kù)泄洪流量峰值,同時(shí)拓浚下游河道,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

3.3.1 水庫(kù)下泄流量

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)測(cè)地形,確定水庫(kù)新增淹沒(méi)范圍并計(jì)算水庫(kù)最大庫(kù)容,繪制水庫(kù)調(diào)洪演算曲線,進(jìn)行調(diào)洪演算,確定水庫(kù)下泄流量。經(jīng)計(jì)算,三合壩水庫(kù)、黃金壩水庫(kù)最大下泄流量53.1 m3/s,橫塘水庫(kù)最大下泄流量22.1 m3/s。

方案三水庫(kù)庫(kù)容為：三合壩水庫(kù)18.2 萬(wàn)m3,黃金壩水庫(kù)35.3 萬(wàn)m3,橫塘水庫(kù)9.6 萬(wàn)m3；水庫(kù)新增淹沒(méi)面積為：三合壩水庫(kù)3.1 萬(wàn)m2,黃金壩水庫(kù)9.0 萬(wàn)m2,橫塘水庫(kù)0.2 萬(wàn)m2。

3.3.2 河道設(shè)計(jì)流量

根據(jù)流量計(jì)算成果,將開(kāi)發(fā)區(qū)各計(jì)算單元流量與丘陵區(qū)水庫(kù)泄洪流量疊加,得黃金河不同河段設(shè)計(jì)流量。20 年一遇工況下,開(kāi)發(fā)區(qū)匯流流量55.7 m3/s,水庫(kù)下泄流量分別為53.1 m3/s、22.1 m3/s,疊加后得黃金河最大設(shè)計(jì)流量為130.9 m3/s。

3.3.3 河道規(guī)劃斷面

建立一維水動(dòng)力模型,根據(jù)流量、水位邊界,按河道最高水位低于兩岸地面一定高度以不影響城市管網(wǎng)排水的原則,通過(guò)試算確定規(guī)劃河道斷面。根據(jù)分析計(jì)算成果,規(guī)劃河道河口擴(kuò)寬寬度為6.0 m,新增開(kāi)發(fā)區(qū)永久占地面積2.79 萬(wàn)m2。

4 河道治理方案選取

方案一優(yōu)點(diǎn)是不需拓浚河道,河口寬維持現(xiàn)狀,河道工程無(wú)新增占地。缺點(diǎn)是擴(kuò)建水庫(kù)規(guī)模偏大,三座水庫(kù)規(guī)模均達(dá)小（2）型,總淹沒(méi)面積達(dá)80.7 萬(wàn)m2,水庫(kù)洪水位偏高,水庫(kù)大壩施工難度大。且受城市總體規(guī)劃用地性質(zhì)制約,橫塘水庫(kù)不具備擴(kuò)建條件。

方案二優(yōu)點(diǎn)是不須擴(kuò)建上游水庫(kù),僅修復(fù)原泄流建筑物,對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行清雜。缺點(diǎn)是規(guī)劃河道口寬較寬,河道拓寬工程永久占地面積達(dá)3.68 萬(wàn)m2,比方案三大0.89 萬(wàn)m2,尤其在行人便橋2（河道里程 2660）下游,兩岸廠房、居民住宅距離河岸較近,拆遷量較大,導(dǎo)致工程投資高[3]。

方案三優(yōu)點(diǎn)是在滿足行洪排澇要求的同時(shí),盡量減小工程永久占地面積與拆遷量,河道拓寬新增永久占地2.79 萬(wàn)m2,小于方案二永久占地,且盡可能減少拆遷量。適度擴(kuò)建水庫(kù)也滿足城市總體規(guī)劃對(duì)建設(shè)郊野公園,提升水環(huán)境水景觀的要求。缺點(diǎn)是需要將水庫(kù)工程、河道工程均實(shí)施完成后,才能完全發(fā)揮工程效益。

因此,綜合考慮工程實(shí)施與城市總體規(guī)劃的符合性,工程占地、投資大小,工程施工難易程度等因素,黃金河整治工程推薦采用方案三：結(jié)合城市總體規(guī)劃,擴(kuò)建上游水庫(kù),增加水庫(kù)調(diào)洪庫(kù)容,降低水庫(kù)泄洪流量峰值,同時(shí)拓浚河道,擴(kuò)大洪水出路,提升河道行洪能力,降低河道水位。

表1 不同治理方案參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

1）丘陵區(qū)由于地形比降大,降雨匯流速度快,洪水峰值高。穿越開(kāi)發(fā)區(qū)的丘陵區(qū)河道高水位運(yùn)行極易造成開(kāi)發(fā)區(qū)澇水排除困難,因洪致澇。丘陵區(qū)河道治理可采用增加洪水調(diào)蓄庫(kù)容,降低洪峰流量,和拓浚河道,擴(kuò)大行洪出路等方案,降低河道行洪水位。

2）黃金河治理通過(guò)“擴(kuò)建水庫(kù)”“拓浚河道”“擴(kuò)建水庫(kù)與拓浚河道相結(jié)合”三種方案比選,選擇符合城市總體規(guī)劃,工程占地和投資小,實(shí)施難度相對(duì)底的方案,即“擴(kuò)建水庫(kù)與拓浚河道相結(jié)合”方案。

3）水庫(kù)擴(kuò)建工程與河道拓浚工程實(shí)施完成后,將有效降低河道行洪水位,緩解開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)澇,為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供安全保障。