城市地下交通出入口內(nèi)澇治理方案比選分析

周小珍

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

0 引言

地下交通作為現(xiàn)代城市交通一體化的重要組成部分[1]，是城市快速發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著城市的快速擴(kuò)展，城市下墊面改變、水系改變，導(dǎo)致城市內(nèi)澇問題日趨嚴(yán)重[2]。特別是城市地下交通出入口，地勢較為低洼，容易發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害。深圳屬亞熱帶海洋性氣候的臨海城市，暴雨發(fā)生頻率高、影響面廣、危害性大。平均每年降雨量1966.6mm，降雨日數(shù)144d，暴雨日數(shù)9d，大暴雨日數(shù)2.2d，歷史上記錄到的最大日降雨量為520mm(2008年6月13日)。近年來，每逢下雨，深圳就會(huì)出現(xiàn)“小雨小淹、大雨大淹”，多次發(fā)生不同程度的內(nèi)澇情況，內(nèi)澇成為制約深圳城市發(fā)展不可回避的問題[3]。

平湖火車站位于深圳市龍崗區(qū)，轄區(qū)內(nèi)現(xiàn)有河道為山廈河和君子布河。山廈河為雁田水一級(jí)支流水貝水的上游段，上游有豬玀皮水庫。君子布河位于深圳市北部，為雁田水一級(jí)支流，君子布上游有兩座水庫，分別為苗坑水庫和甘坑水庫。山廈河的洪水主要由山廈河流域內(nèi)的暴雨形成[4]，流域內(nèi)河長較短、植被較差，且人為活動(dòng)較強(qiáng)，流域內(nèi)產(chǎn)匯流時(shí)間較短，洪峰流量模數(shù)大，洪水過程線尖瘦，表現(xiàn)為暴漲暴落的特性，通常1次降雨之后1～2h左右即形成洪峰。平湖火車站隧道口內(nèi)澇點(diǎn)位于山廈河及南面支流的交叉處，易受暴雨影響形成內(nèi)澇災(zāi)害。

根據(jù)記錄，平湖火車站隧道口內(nèi)澇點(diǎn)小時(shí)降雨達(dá)到30mm即發(fā)生內(nèi)澇(平均每年被淹3～4次)，內(nèi)澇區(qū)匯水面積1.54km2。其中，在2020年內(nèi)發(fā)生3次較為嚴(yán)重的內(nèi)澇，見表1。根據(jù)受澇情況記錄，對(duì)比分析當(dāng)日降雨情況，確定平湖火車站內(nèi)澇點(diǎn)受澇時(shí)對(duì)應(yīng)的降雨均不足2年一遇。

表1 2020—2021年平湖火車站隧道口內(nèi)澇點(diǎn)災(zāi)害情況統(tǒng)計(jì)

1 內(nèi)澇原因分析

如圖1所示的地形地勢上可以看出，平湖火車站內(nèi)澇點(diǎn)地勢低于周邊地勢，河道雨水漫溢后，積水集中在內(nèi)澇點(diǎn)附近無法排除，形成內(nèi)澇。該處地勢高程約49.5m，積水點(diǎn)西側(cè)地面高程49.8～50.38m，北側(cè)地面高程50.26～52.31m，南側(cè)地面高程49.83～52.3m，積水點(diǎn)位置地勢最低，雨水容易往該處匯集形成積水。

圖1 平湖火車站內(nèi)澇點(diǎn)周邊地勢示意圖

平湖火車站內(nèi)澇點(diǎn)位于山廈河及南面支流的交叉處，山廈河南面支流卡口較多，河道行洪不暢，未實(shí)施擴(kuò)寬工程[5]。受干流水位頂托影響，現(xiàn)狀振業(yè)路橋涵尺寸為3.2m×1.4m(寬×高)，行洪能力為5.7m3/s；廣深鐵路橋涵規(guī)格為2孔2m×2m(寬×高)，行洪能力為14.5m3/s；佳業(yè)路-振業(yè)路橋段明渠也未整治，現(xiàn)狀河寬約3.5m，高約2m。南面支流20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為21.88m3/s，即佳業(yè)路至廣深鐵路之間(樁號(hào)0+000～0+950)均不滿足20年一遇洪水過流能力，暴雨時(shí)洪水從振業(yè)路橋涵上游漫溢至地面，最終越過平湖車站橋涵前擋水堰進(jìn)入橋涵底，導(dǎo)致橋涵底和周邊低洼廣場形成內(nèi)澇。

綜上，平湖火車站內(nèi)澇點(diǎn)的內(nèi)澇因素主要包括：①內(nèi)澇點(diǎn)地勢低洼，容易匯集雨水形成積水；②山廈河南面支流(佳業(yè)路-匯入口段)斷面過流能力不足，且河道卡口多，容易造成雨水漫溢到平湖火車站隧道口。

2 內(nèi)澇治理策略及整治標(biāo)準(zhǔn)

2.1 內(nèi)澇治理策略

綜合分析內(nèi)澇點(diǎn)周邊情況及流域大系統(tǒng)情況，提出“山水不入城，跨流域分洪”的治理策略。

(1)山水不入城：水庫挖潛，攔蓄山水，實(shí)現(xiàn)山水不入城。對(duì)苗坑水庫甘坑水庫以及豬玀皮水庫進(jìn)行挖潛，通過實(shí)施工程措施及非工程措施，最大限度地發(fā)揮水庫攔蓄洪水的作用，實(shí)現(xiàn)山水不下泄或者少下泄，減輕下游河道的防洪壓力，增大河道防洪空間。規(guī)劃甘坑水庫和苗坑水庫近期50年一遇洪水下泄40m3/s，較原設(shè)計(jì)甘坑水庫和苗坑水庫向君子布河下泄流量減少27.6m3/s；遠(yuǎn)期甘坑水庫和苗坑水庫50年不下泄。甘坑水庫和苗坑水庫控制下泄可增大君子布河防洪空間，為跨流域分洪提供基礎(chǔ)。此外，規(guī)劃豬玀皮水庫50年不下泄，減少山廈河上游來水，減輕山廈河防洪壓力。

(2)跨流域分洪：水系聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)跨流域分洪。由于山廈河南面支流匯入干流處為鐵路管理范圍，且匯入口箱涵位于鐵路下方，為保障鐵路安全，不可進(jìn)行擴(kuò)寬施工。因此，采用跨流域分洪方案，將山廈河南面支流上游洪水分向君子布河流域。通過水庫挖潛增加水庫蓄滯洪水的能力，減少君子布河上游來水，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下留出防洪空間，在不增加君子布河防洪壓力的前提下，連通君子布河與山廈河南面支流，將山廈河南面支流暴雨洪水向君子布河分洪，通過水系連通[6]分解山廈河流域防洪壓力。

2.2 整治標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《深圳市防洪(潮)及內(nèi)澇防治規(guī)劃(2021—2035)》，確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)內(nèi)澇積水標(biāo)準(zhǔn)

《深圳市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃》對(duì)不同區(qū)域的內(nèi)澇點(diǎn)定義給與明確[7]。針對(duì)一般區(qū)域，同時(shí)滿足以下3個(gè)條件的點(diǎn)定義為內(nèi)澇點(diǎn)：①積水時(shí)間超過30min；②積水深度超過15cm；③積水范圍超過1000m2；針對(duì)下凹橋區(qū)，同時(shí)滿足以下2個(gè)條件的點(diǎn)定義為內(nèi)澇點(diǎn)：①積水時(shí)間超過30min；②積水深度超過27cm。否則不構(gòu)成災(zāi)害，定義為積水點(diǎn)。

(2)內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)

山廈河流域內(nèi)澇防治重現(xiàn)期為50年。

(3)管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和《深圳市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃》，深圳市屬于特大城市，結(jié)合深圳市本地匯水地區(qū)性質(zhì)、氣候特點(diǎn)及地形特點(diǎn)等因素，深圳市新建雨水管渠、泵站及附屬設(shè)施執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 深圳市新建雨水管渠、泵站及附屬設(shè)施執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

因此，綜合考慮上位規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)及區(qū)域?qū)嶋H情況，本次管網(wǎng)適度提標(biāo)，確定雨水管渠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。

2.3 市政水利標(biāo)準(zhǔn)銜接

山廈河南面支流流域范圍僅為1.54km2，主要功能為區(qū)域排澇，該河道的計(jì)算存在市政與水利標(biāo)準(zhǔn)銜接問題。因此，對(duì)山廈河南面支流的計(jì)算，進(jìn)行對(duì)比分析，取偏安全方法。

①南面支流流域范圍內(nèi)雨水由管網(wǎng)入河，且流域范圍內(nèi)無山體等自然下墊面，可按市政排水標(biāo)準(zhǔn)考慮；②南面支流與周邊河道銜接情況復(fù)雜，且下游承接河道山廈河干流和君子布流域的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均水利標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算；③按照《深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)河道管理?xiàng)l例》流域面積大于1km2的自然水流，按照河道規(guī)劃、整治、維護(hù)、利用和其他相關(guān)管理活動(dòng)。根據(jù)水利標(biāo)準(zhǔn)與市政標(biāo)準(zhǔn)分別計(jì)算見表3—4。

表3 水利標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算

表4 市政標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算

根據(jù)表3—4的水利和市政計(jì)算成果，水利50年一遇成果大于市政5年一遇成果，從偏安全及與周邊水系標(biāo)準(zhǔn)的銜接問題考慮，本次南面支流排澇的流量計(jì)算方法采用水利標(biāo)準(zhǔn)。因此，具體方案中，對(duì)山廈河南面支流的分流量進(jìn)行試算，以振業(yè)路橋防洪標(biāo)準(zhǔn)下河道雨水不漫溢同時(shí)留有一定的安全余度作為控制條件。

3 不同內(nèi)澇治理方案比選分析

3.1 流域內(nèi)解決-擴(kuò)寬南面支流

在該方案中，南面支流按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治：對(duì)支流匯入口-佳業(yè)路段進(jìn)行擴(kuò)寬改造(4m)，其中支流匯入口-振業(yè)路需改造箱涵長度495m，位于鐵軌下箱涵長約350m；振業(yè)路-佳業(yè)路明渠段需拆遷房屋22棟(約22745m2)；佳業(yè)路斷面以下區(qū)域的地塊標(biāo)高需抬高至53m以上。

方案實(shí)施難度分析：①拆遷難度大。山廈河南面支流周邊建筑密度高。多棟建筑臨河而建。拆遷難度大，拆遷費(fèi)用高。②抬升地塊方案不切實(shí)。首先，抬升地塊實(shí)施難度大。其次，抬升地塊后，下游河道高于周邊地勢，河道內(nèi)洪水不漫溢，但是周邊區(qū)域的雨水無法通過坡面匯流進(jìn)入河道，會(huì)加重周邊區(qū)域的內(nèi)容風(fēng)險(xiǎn)。

綜上，流域內(nèi)解決方案實(shí)施難度較大，本文采用跨流域解決方案。

3.2 跨流域解決-水庫控泄+分洪

在跨流域解決方案中，控泄部分，對(duì)君子布上游的甘坑水庫苗坑水庫進(jìn)行控泄，控泄減少流量大于跨流域的分洪流量，確保不增加君子布河的防洪壓力。同時(shí)，對(duì)豬玀皮水庫控泄，減輕山廈河干流防洪壓力，降低南面支流匯入口處河道水位。分洪部分，以南面支流防洪不達(dá)標(biāo)斷面為界，對(duì)其以上部分匯水進(jìn)行分洪，分洪流量按照洪峰流量(P=2%)扣除現(xiàn)有河道過流能力后確定，以卡口河道相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)不漫溢為標(biāo)準(zhǔn)。

首先，控泄部分，即山水不入城的具體指標(biāo)如下：控制豬玀皮水庫50年一遇洪水不下泄，減小山廈河干流防洪壓力；甘坑水庫苗坑水庫聯(lián)合調(diào)度，50年下泄流量最小可控制為40m3/s，君子布原甘坑水庫苗坑水庫50年一遇下泄流量為67.9m3/s，通過挖潛最大可減小下泄流量為27.9m3/s。

(1)甘坑水庫、苗坑水庫挖潛

甘坑水庫、苗坑水庫現(xiàn)狀功能主要為防洪和供水，供水對(duì)象為苗坑水廠，此兩水庫為苗坑水廠備用水源，因此在近期挖潛計(jì)算中需考慮水庫的供水安全。此外，考慮到工程的可持續(xù)性，近期挖潛工程的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位的取值，與遠(yuǎn)期挖潛成果協(xié)調(diào)一致，避免在遠(yuǎn)期重復(fù)實(shí)施大壩加高加固等工程。

君子布河50年一遇設(shè)計(jì)洪水考慮苗坑水庫下泄量為67.6m3/s。根據(jù)本次設(shè)計(jì)，山廈河南面支流向君子布河干流分洪流量為25.8m3/s。為保證君子布河50年一遇防洪安全，需對(duì)甘坑和苗坑水庫挖潛，挖潛之后需保證水庫50年一遇下泄流量至少減少25.8m3/s，即水庫50年一遇最大下泄量不能超過44.73m3/s，為了給水庫下游河道留有更大的安全余度，本次近期挖潛計(jì)算最大下泄量為40m3/s。根據(jù)計(jì)算所得入庫洪水過程、加建閘門之后溢洪道泄流能力等，甘坑水庫、苗坑水庫調(diào)蓄過程圖如圖2所示，其對(duì)應(yīng)的洪水調(diào)節(jié)成果表見表5。

圖2 甘坑水庫、苗坑水庫調(diào)蓄過程圖

表5 甘坑水庫、苗坑水庫洪水調(diào)節(jié)成果表

通過對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行分析，甘坑水庫原調(diào)洪演算起推水位采用的是79.91m，根據(jù)現(xiàn)場踏勘，對(duì)現(xiàn)場管理人員走訪得知，現(xiàn)狀甘坑水庫汛限水位按照78.41m進(jìn)行管理。因此，經(jīng)過修正后，本次調(diào)算成果出現(xiàn)了校核洪水位較原設(shè)計(jì)值低4cm的情況。甘坑水庫、苗坑水庫特征水位與原設(shè)計(jì)對(duì)比表見表6。

表6 甘坑水庫、苗坑水庫特征水位與原設(shè)計(jì)對(duì)比表

(2)豬玀皮水庫挖潛

本次豬玀皮水庫挖潛的主要內(nèi)容包括降低溢洪道高程和在溢洪道處新建閘門控制下泄，從而實(shí)現(xiàn)控制豬玀皮水庫50年一遇洪水不下泄。具體而言，豬玀皮水庫的特征參數(shù)見表7，洪峰流量按照P=2%確定豬玀皮水庫調(diào)蓄過程如圖3所示。

圖3 豬玀皮水庫調(diào)蓄過程圖(P=2%)

表7 豬玀皮水庫特征參數(shù)

然后，跨流域分洪部分。平湖內(nèi)澇漫溢河道段直接卡口為振業(yè)路橋涵，此處箱涵尺寸為3.2m×1.4m，發(fā)生設(shè)計(jì)洪水期間最大過流能力為5.7m3/s，此斷面處50年一遇設(shè)計(jì)洪水為30.54m3/s。為保障振業(yè)路橋涵處河道洪水不漫溢，且考慮一定的安全余度，同時(shí)考慮分流通道的可達(dá)設(shè)計(jì)工況，盡可能多地分流洪水，綜合確定分洪流量為25.8m3/s。

本次分洪起點(diǎn)位于南面支流佳業(yè)路斷面(50.1m)，終點(diǎn)位于君子布支一與平龍西路交匯處(45.3m)，分洪流量為25.8m3/s。根據(jù)分洪路由的不同，本文提出A、B兩個(gè)方案。

方案A平面圖如圖4所示。在方案A中，分洪起點(diǎn)位于佳業(yè)路斷面。由于佳業(yè)路至振業(yè)路河道窄過流能力低，因此在現(xiàn)有河道東側(cè)新建平行河道的箱涵，箱涵設(shè)計(jì)流量Q=21.5m3/s；跨流域分洪線路為：振業(yè)路-君子布支一暗涵，分洪流量Q=25.8m3/s。分洪路由沿振業(yè)路、福星街、平龍西路、接君子布支一，箱涵總長1350m，其中佳業(yè)路-振業(yè)路段箱涵尺寸3.0m×2.5m，長500m，坡降0.0045，振業(yè)路-君子布支一段箱涵尺寸3.3m×3m，長850m，坡降0.003。

圖4 方案A平面圖

方案A中需要解決的問題包括：①振業(yè)路(路寬4～6m)，涉鐵投資估算約1100萬；污水管(DN400)改建350m；②上跨地鐵10號(hào)線；③平龍西路(路寬40m)，涉及長度550m(350米頂管工藝，200m支護(hù)開挖)，龍平西路為新建道路，部分段未驗(yàn)收。

方案B平面圖如圖5所示。在方案B中，分洪起點(diǎn)位于佳業(yè)路斷面，分洪流量Q=25.8m3/s。分洪路由沿佳業(yè)路、水門路、上跨地鐵10號(hào)線(結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高37.27m)，沿輔歧路、陽光路至君子布支一；分洪箱涵尺寸2×3m×2.5m，長1620m，坡降0.001。

圖5 方案B平面圖

方案B中需要解決的問題包括：①佳業(yè)路(路寬20m)，涉及長度220m；②水門路(路寬6～8m)，涉及長度300m，禾花社區(qū)認(rèn)為水門路施工封路協(xié)調(diào)難度比較大，18～20年新建雨、污水管、補(bǔ)水管改建，長度分別約為300m、300m、200m；③上跨地鐵10號(hào)線；④輔歧路(路寬24m)，涉及長度520m，輔歧路已完工暫未移交；⑤陽光路(路寬16～20m)，涉及長度440m，但陽光路已經(jīng)完成施工圖招標(biāo)工程，需協(xié)調(diào)相關(guān)單位，同步實(shí)施。

最后，結(jié)合南面支流現(xiàn)狀及分洪路由的施工難度等情況綜合考慮，最終確定南面支流在佳業(yè)路以上洪水全部分流，分流量為25.8m3/s，分流之后，南面支流遭遇50年一遇以下降雨，河道不漫溢。因此，采用跨流域解決方案中的B方案，其縱斷面圖如圖6所示。在山廈河南面支流水門路口(樁號(hào)1+300)處新建分洪箱涵(樁號(hào)上游滿足50年一遇防洪要求)，同時(shí)在佳業(yè)路口新建分洪支涵截?cái)嗄厦嬷Я饔覀?cè)雨水排入新建的分洪箱涵，主分洪通道路由沿水門路、輔歧路至君子布河(選線避開佳業(yè)路與平吉大道交匯路口的10號(hào)線禾花地鐵站)，分流50年的洪峰流量Q=25.8m3/s，小于27.9m3/s。

圖6 B方案的縱斷面圖

4 總結(jié)

城市內(nèi)澇是個(gè)系統(tǒng)且復(fù)雜的命題，涉及海綿城市、雨水管網(wǎng)系統(tǒng)、閘站等控制性設(shè)施、河道承泄水體等。城市內(nèi)澇的治理，需要全局系統(tǒng)考慮，從流域角度出發(fā)，系統(tǒng)治理才能從根本上解決內(nèi)澇問題。本文因地制宜針對(duì)平湖火車站內(nèi)澇點(diǎn)提出了治理對(duì)策，但由于用地條件限制、拆遷困難等因素，無法實(shí)施河道擴(kuò)寬措施，其他區(qū)域類似內(nèi)澇點(diǎn)，若用地條件允許，可考慮擴(kuò)寬河道措施。針對(duì)本文研究對(duì)象，遠(yuǎn)期可以考慮增大水庫挖潛調(diào)度、控泄?jié)摿?，通過增設(shè)預(yù)泄通道等進(jìn)一步增加甘坑苗坑的挖潛能力。