福州濱海新城核心區排澇方案研究

喬小琴*，趙慶，郭攀攀，戴健男

（河海大學設計研究院有限公司，江蘇南京，210098）

福州濱海新城核心區排澇方案研究

喬小琴*，趙慶，郭攀攀，戴健男

（河海大學設計研究院有限公司，江蘇南京，210098）

隨著極端災害天氣越來越頻繁，城市的建設標準越來越高，對城市防洪排澇工程也愈發重視。本文立足于福州濱海新城核心區開發建設的背景，通過對防洪排澇現狀的分析，結合經濟社會發展實際情況，確定合適的防洪排澇標準，提出合理的排澇工程布局，并基于MIKE11軟件，對兩種排澇出口方案比選，得出相對合理的出口方案，從而為類似區域排澇規劃提供參考依據。

MIKE 11；福州濱海新城；排澇；出口方案

引言

福州濱海新城位于長樂東部，是福州新區的核心區，也是福州中心城區的副中心。濱海新城規劃面積 188km2，北含國際航空港，南接松下港，面向東海，規劃人口 130萬；核心區面積86 km2，北至機場高速、南至下沙度假村、西至董奉山、東瀕東海。濱海新城規劃涉及長樂南洋片區、松下片區和東部獨流入海片等三個片區水系，濱海新城核心區所在流域屬于南洋水系，流域面積 277km2，包括三溪、石門溪、臘溪與羅聯溪以及平原區蓮柄港河網等眾多河流。

因特殊地理位置及氣候條件，該地區常受洪、澇、潮、臺風威脅，治水抗災工作困難，且隨著城鎮化步伐的加快，洪澇災害造成的損失日益凸顯，因此，科學合理地制定城市排澇規劃，解決好城市內澇問題至關重要。

1 區域水系概況及存在問題

1.1 水系概況

南洋片流域面積為277km2，涉及鶴上、漳港、文武砂、古槐、江田、羅聯六個鄉鎮。南洋河網縱橫交錯，湖泊眾多，主要港道有蓮柄港、面前港等，上游匯入南洋河網的溪流主要有羅聯溪、臘溪、三溪、石門溪等，現狀水面率為16.45%，主要排洪出口為十八孔水閘、十七孔水閘以及三營閘、百戶閘、漳港澳閘等。

南洋片山丘區面積占南洋片區一半以上，平原區面積僅48.7%，其中山丘區溪流坡陡源急，匯流時間短；平原區地勢低洼、水網縱橫交錯，最低處地面高程僅2～3m。

片區現狀防洪排澇系統主要包括水庫、河道和水閘等工程。現狀水系概化詳見下圖1。

圖1 濱海新城南洋片現狀水系概化圖

1.2 存在問題

該區域存在問題如下：（1）文武砂水庫可調蓄庫容不斷減小；（2）城市開發活動對下墊面的改變加劇了內澇的形成，原排澇標準低；（3）河道存在淤積，行洪能力不足，河道阻水建筑物較多，影響行洪排澇能力；（4）三溪水庫發揮不了設計效益；（5）排澇涵閘規模與流域大小不相匹配，泄洪能力不足，且年久失修。

2 排澇標準

南洋片保護對象主要為濱海新城核心區，根據《城市防洪工程設計規范》（GB/T50805-2012）、《治澇標準》（SL 723-2016），按保護對象屬重要，城市防洪工程等別為Ⅱ等，南洋片排澇標準按20年一遇設計暴雨24h降雨，控制最高內澇水位低于規劃豎向標高0.3～0.5m。

3 排澇規劃布局

現狀南洋片僅十七孔閘一個排澇出口，本文圍繞南洋片是否新建第二個排澇出口擬定了兩種排澇方案比選，方案一為單出口方案，即保留現狀三營水閘、百戶水閘等，但該群閘功能各不相同，運行不可靠，水文計算暫不考慮排澇作用，僅作為備用；方案二為雙出口方案，即合并現有小水閘，新建60m寬三營水閘，作為排澇出口之一。

圖2 南洋片排澇工程布局簡圖

4 排澇分析計算

4.1 計算原理

非恒定流數學模型是研究水體隨時間和空間運動的重要手段之一，特別是隨著計算機的高速發展，數學模型的應用有了更堅實的基礎，應用的空間也更為廣闊。洪水演進是典型的非恒定流現象，尤其河網感潮段，由于自身水文條件的復雜性，多數情況只能采用數值模擬的方法進行計算，因此，在非恒定的洪水演進計算中利用數學模型進行模擬是必要的手段。

本文排澇計算采用DHI的MIKE11河網水力分析模型，水利計算采用河網一維非恒定流方法，建立各片區水動力學數學模型，利用圣維南明渠非恒定流偏微分方程求解，計算公式如下式。圣維南方程組：

式中：Q、Z、F、V 和K 分別表示某一時刻t 在某空間位置x斷面的流量(m3/ s) 、水位(m) 、相應過水斷面積(m2) 、斷面平均流速(m/s) 和流量模數；B為水面寬度（m）；q 為單位河長旁側入流流量(m3/ s . m)；g為重力加速度（9.81m/s2）。計算方法采用六點隱式差分方法化為差分方程，再與河汊方程、閘汊方程、邊界條件及初始條件構成一大型非線性方程組，采用牛頓迭代及高斯列主元消去法求解，從而得出各計算斷面的水位和流量過程。

計算過程中分別考慮現有水利工程以及規劃水利工程的工況，求出各流域內不同工況的特征斷面水位及流量變化過程，為工程效果分析及工程規模的擬定提供定量的科學依據。同時，模型考慮了山區河流、平原漫灘、以及堰、閘、泵、橋等工程對洪水演進的影響，以及區間水量交換等，逐時段計算河網的洪水過程，能適用于計算洪水演進的定量分析計算。

4.2 計算條件

（1）防洪排澇規劃系統概化

南洋片區根據河流匯水情況以及規劃河道走向，共分成 22個計算單元，其中截山洪3個計算單元，根據南洋片水系現狀及上述排澇工程布局，數學模型計算時對排澇系統進行概化，具體概化成38條河道，10座水閘，4個湖泊，45個邊界，48個支河匯入點。系統概化見圖3。

圖3 水利計算系統概化圖

（2）設計洪水

設計洪水引用已有計算成果，設計潮水采用梅花潮位站設計潮型。

（3）排澇出口

規劃南洋片主要排澇出口為十八孔閘、十七孔閘。

（4）排澇運行方式

發生暴雨洪水時，如東海潮位高于內澇水位，關閉閘門，利用河道、海蚌公園、東湖、外文武墾區及滯洪濕地調蓄澇水，待東海潮位低于內澇水位時，及時開啟閘門泄洪，將南洋河網水位回蓄至景觀常水位。

（5）特征水位

正常水位：蓮柄港主港道、鶴上鎮片區河道正常水位為2.0～2.2m，與洞江、北洋及現狀正常蓄水位相同。為了保持一定的水面，美化城市景觀，同時滿足綜合利用的要求，規劃南洋片其他水網正常蓄水位為1.6m，與現狀相同。

汛限水位：當天氣預報有較大暴雨時，開啟水閘排水降低內水位。南洋片起調水位為1.19m，與現狀汛限水位相同。

4.3 計算結果

表1 兩種方案主要控制斷面20年一遇水位計算成果表

5 方案比較

兩種方案綜合技術經濟比較見下表：

表2 綜合技術經濟比較表

根據上述方案比較，方案一維持現有單一排澇出口，區域澇水全部匯入文武砂水庫再經十八孔閘、十七孔閘排入東海，核心區澇水位較方案二平均上漲約0.11m，水位升高對規劃區地面豎向高程產生影響，核心區按40km2回填范圍估算，則規劃豎向標高增加0.1m，場地回填量約增加400萬m3，考慮從外海取砂或土石料場取土石回填，綜合單價約40元/ m3，即陸域回填增加投資約 1.6億元。本區域因特殊的地理位置，考慮了對海蚌保護區及天然沙灘的保護等方面的制約因素，最終選擇方案一。但若從排澇水位、經濟、排澇效果等方面綜合考慮，方案二優于方案一。

6 結束語

本文針對福州濱海新城核心區排澇，采用MIKE11河網水力分析模型進行模擬計算 ,對兩種排出口方案進行分析比選，最終提出符合地方實際情況的合理方案。本文方案比選的相關研究及成果，可在濱海新城建設中發揮重要作用，亦可為類似城市化地區的防洪排澇研究提供科學依據。

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Study on the Drainage Plan of the Core Area of Fuzhou Binhai New Town

QIAO Xiaoqin*,ZHAO Qing,GUO Panpan,DAI Jiannan
（HOHAI UNIVERSITY DESIGN & RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.,Jiangsu Nanjing,210098,China）

With the increasingly frequent weather conditions,the city's construction standards are getting higher and higher,and the urban flood control and drainage works are paid more and more attention. Based on the analysis of the status quo of flood control and drainage,combined with the actual situation of economic and social development,this paper determines the appropriate flood control and drainage standard,puts forward the reasonable layout of drainage works,and based on MIKE11 software,Drainage export program comparison,to obtain a relatively reasonable export program,so as to provide a reference for similar regional drainage planning.

MIKE 11; Fuzhou Binhai New City; drainage; export program

TU992

A

1672-9129(2017)06-0078-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.027

喬小琴,趙慶,郭攀攀,等. 福州濱海新城核心區排澇方案研究[J]. 數碼設計,2017,6(6)： 78-80.

Cite：QIAO Xiaoqin,ZHAO Qing,GUO Panpan,et al. Study on the Drainage Plan of the Core Area of Fuzhou Binhai New Town[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 78-80.

2017-01-23；

2017-03-07。

喬小琴，性別：女；出生年月：1985年2月；籍貫：山西省洪洞縣；職務：設計師；職稱：中級工程師；學歷：碩士研究生；研究方向：水工結構；工作單位：河海大學設計研究院有限公司。

E-mail：714765977@qq.com