佛山市公路一環南線水文分析與計算

張國堂

受廣東省佛山市路橋建設有限公司的委托，北京市市政工程設計研究總院承擔了佛山一環南線(北—樂從)公路主干線的施工圖勘測、設計等工作。為了確定公路控高和公路配套附屬設施的高程設計，對相關的水文進行了分析與計算。

本工程為公路一級兼城市快速路標準，其路基和橋涵的設計洪水標準按規劃為百年一遇，特大橋為300年一遇。跨珠江各水道的堤防的防洪標準北江大堤為200年一遇，佛山市為百年一遇，故本項目過河建橋時還應遵循水利航道等主管部門提供標準、標高、斷面、流速等有關要求進行。

1 概況

本工程段沿線處于珠江三角洲堤圍區內，為南順第二聯圍。聯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74.6 km，圍內總面積為158.1 km2。行政上屬于佛山市，東，中部分別為順德區北鎮，樂從鎮，西部屬禪城區的南莊鎮。圍內地形為平原低洼地形，地勢略呈西北高，東南低，河網發達，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)，個別孤丘可高達48.5 m，位于圍區西部南北堤兩側;由于本地經濟迅速發展，土地開發強度較大，東、中、西部沿公路干線已形成南北向的開發帶，使大片的魚塘填高，建成成片的建筑群，目前這一趨勢正在延續。

本地區屬亞熱帶海洋性氣候，平均年降雨量1 648.8 mm，由于地勢低洼，每年4月～9月洪水期間易受洪澇災害，其洪水位一般在3 m～4.5 m，百年一遇設計洪水位達7 m左右，在長 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137.3 m3/s。由于本堤圍工程目前正在規劃達到防珠江百年一遇洪水的設計標準(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低洼地區路基防澇的水文計算及堤圍內排水河道(河涌)的設計排水流量的計算。

2 南順第二聯圍內路基防洪水文計算

2.1 設計標準

本工程路基防澇標準為百年一遇。堤圍區內的排澇標準按廣東省水利部門的要求，采用10年一遇24 h暴雨產生的徑流量，城市、菜地1日排除，農田2日～3日排除。從聯圍內各鎮規劃來看，北鎮與廣東省標準一致，樂從鎮采用1日排除，考慮本地城市化的進程，本次建議采用1日排除。

2.2 南順第二聯圍的蓄水能力

收集最新1993年出版的1/10 000地形圖，按高程點勾繪出圍內的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，從現場調查魚塘絕大部分都蓄水養魚，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，所以魚塘水面區在設計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的區間可概括魚塘區的蓄水范圍;1.5 m等高線及以下范圍，除東部少數平地外，主要是1/10 000地形圖上的河網水面面積，本河網在枯水和低水位時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，河網通過高潮漲水時抽水補給魚塘正常耗水量。

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系表(見表1)，從表1中可以看出，在3 m高程水位時蓄水量達9 467萬m3。通過現場調查，10年來由于本地經濟迅速發展，一些魚塘已被填平加高為建設用地，有的蓋了廠房，如本次規劃設計的一環路工程在圍內長約26 km，紅線120 m將占地3.1 km2，這一進程今后將進一步加大，使蓄澇能力降低，故本次考慮將澇區縮小1/6與1/3蓄澇量后的蓄水能力如表1所示。

表1 南順第二聯圍(F=158.1 km2)淹澇高程與相應的淹澇面積、蓄澇水量關系表

2.3 淹澇調蓄計算

2.3.1 設計暴雨與徑流量

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

表2 南順第二聯圍設計澇水量計算成果表

2.3.2 排水能力

本次分現狀排水(即現狀137.3 m3/s抽排量)和達標排水(10年一遇24 h暴雨產生的徑流一天排除)兩種情況，計算出圍堤內可能剩余的澇水量如表2所示。

2.3.3 淹澇水位調蓄計算

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

3 路線經過堤圍內低洼地區排水河道(河涌)的水文計算

3.1 設計標準

根據上述廣東省水利部門有關排澇標準的說明，考慮路線經過的南順第二聯圍地區會逐步城鎮化，橋涵跨越河涌設計排澇流量的計算，采用百年一遇24 h暴雨產生徑流量，一日排除來計算。

3.2 計算公式

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，m3/(s?km2);F為匯水面積，km2。

4 結語

對于堤圍內排水河道(河涌)橋涵的設置，應首先滿足水利部門的要求:“橋梁過流斷面應確保不少于河涌原來過流斷面，保障河涌原來的過流功能。”由于本工程橋涵設計標準高于河涌排水標準，其斷面應按設計流量計算有所加大。

據了解，南順第二聯圍內的河涌的排水規劃正在編制中，順德區水利部門愿意采納本公路路線提供跨越河涌的設計斷面、水位、最大徑孔高及橋墩布置位置等，本次就不作詳細計算。對于涵洞的排水流量可按調查匯水面積用公式(1)計算，涵底按平底度設置(i=0)，涵洞孔徑大小可按1 m3/s，按一個1 m2涵洞面積來估算，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計研究總院教授級高工劉德昭同志的指導，借此機會表示感謝。