港珠澳大橋鴨涌河恢復工程防洪影響分析

張 朋，劉楷操

(珠海市規劃設計研究院，廣東 珠海519000)

鴨涌河為珠海和澳門的界河，北起拱北口岸，南下入海，具有納潮和兩岸排洪功能。港珠澳大橋拱北隧道陸域段鴨涌河段位于鴨涌河上游段，采用明挖暗埋法施工。施工單位在未經水行政主管部門批準情況下，對鴨涌河上游進行回填施工。建成隧道主體工程和臨時道路侵占部分原河道，在隧道主體工程交工驗收后，施工單位對河道進行恢復。因此，本文通過推求設計暴雨條件下的設計洪水，并利用MIKE 11 一維水動力模型，模擬分析在設計洪水遭遇設計潮位情況下，河道恢復工程對河道防洪的影響。

1 工程概況

鴨涌河全長為2.3 km，河寬度為25 m～60 m，原河道兩岸均為直立式擋墻。拱北隧道陸域段鴨涌河段基本位于原河道范圍內，長約440 m（對應河道樁號SK0+000～SK0+440）。其中，起點段320 m（SK0+000～SK0+320），原河道被填平，該段已結合隧道主體結構進行恢復，型式為：隧道上部作為鴨涌河永久河道，平均寬度23.9 m；隧道頂兩側設置直立式導向墻作為河岸，墻頂標高同原地面標高，約3.5 m（本文高程為1956黃海高程）；隧道頂板作為河道底，標高1.5 m，基本與原河道底標高相同。轉彎段（SK0+320～SK0+360）設置弧長57.4 m 直立式擋墻截水，擋墻頂標高同原地面標高，底標高1.5 m。新建排水渠段（SK0+360～SK0+440），原河道地面已全部硬化，建成風機房位于SK0+380 處，平面尺寸約5 m×3 m，侵占原河道寬約1/3；恢復方案為：破除風機房南側路面，設置排水渠（岸坡、渠底均為混凝土），渠頂寬10 m、兩岸邊坡1∶1.5，渠底標高1.5 m，渠頂標高3.0 m，排水渠下游與現狀鴨涌河相接。恢復后河道走向基本與原河道一致，鴨涌河恢復方案示意圖見圖1。

圖1 鴨涌河恢復方案示意圖

2 水文分析及水力計算

2.1 工程防洪標準

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》《城市防洪工程設計規范》《珠海市雨水系統及防洪規劃》等資料，確定鴨涌河按照50 年一遇（P=2%）暴雨徑流、遭遇外海5 年一遇高潮位設防。

2.2 匯水面積

通過地形劃分鴨涌河集水分區，集水分區參數見表2。

2.3 設計暴雨

設計暴雨采用《廣東省暴雨參數等值線圖》的成果進行計算，根據項目所屬區域，查算該區域的暴雨變差系數及雨量均值成果，見表1。

表1 設計暴雨特征值

2.4 產水洪峰流量

采用廣東省綜合單位線法和廣東省推理公式法[1]計算產水洪峰流量，設計降雨歷時t 取24 h；土壤的滲透性取中等；項目區位屬暴雨低區，雨型編號為分區號；產流分區為粵東沿海、珠三角，m1～θ 關系選B 線，m～θ 關系選大陸線，選用3 號無因次單位線，um=0.750、K=1.547。同時采用《室外排水設計規范》計算了雨水設計流量，因鴨涌河兩岸建筑較為密集，但匯水區域內有較大面積公園和綠地，綜合徑流系數取0.6。三種計算方法計算產水洪峰流量見表2。

表2 洪峰流量Q m 計算成果表（P=2%）

由表2 可知，對于50 年一遇暴雨，采用廣東省綜合單位線法得到的設計流量最大，且該方法可得設計流量過程。從安全及方便水力計算方面考慮，設計流量采用廣東省綜合單位線法得到的結果，設計流量(Qm)過程見圖2。

圖2 設計流量過程（P=2%）及設計潮位過程（P=20%）

2.5 水力計算

（1）糙率系數

根據《水力計算手冊》[2]，排洪渠土質渠底糙率系數取0.03，混凝土擋墻糙率系數取0.016，通過加權平均，下游現狀河道斷面的綜合糙率系數取0.026。鴨涌河恢復段河道雖然為全混凝土斷面，但考慮到現狀河道淤積比較嚴重，已恢復段后期也會有一定的淤積，所以河道沿線糙率系數均取0.026。

（2）設計潮位

鴨涌河入海口接近外海，外海附近有三灶水文站和澳門水文站，澳門水文站5 年一遇的潮位設計值高于三灶水文站，從安全角度考慮，鴨涌河出海口斷面5 年一遇的潮位設計值采用澳門站潮位，潮位最大值為2.58 m，潮位(h)過程見圖2。

（3）河道水位及流速計算

水力計算采用丹麥DHI MIKE 11 一維水動力模型（HD 模型），該模型采用一維明渠非恒定流圣維南方程組來求解，其差分格式為Abbott 六點中心隱式差分格式，其數值計算采用“ 追 趕 法”[3]。 利 用 河 道 地 形 資 料， 構 建 整 條 河 道（SK0+000～SK2+296）一維河道模型。圖2 設計流量過程沿河道全程均分加入模型中；模型中糙率系數取0.026；模型下邊界采用圖2 設計潮位。

通過模型計算，得到在50 年一遇（P=2%）暴雨徑流、遭遇外海5 年一遇高潮位情況下，原河道和恢復方案對應的河道水面線和流速，見表3。

3 阻水比及壅水分析

（1）阻水比分析

鴨涌河堤防為2 級堤防，根據《廣東省河道管理范圍內建設項目技術規程》（DB44/T 1661-2015），河道內涉水建筑物需滿足阻水比的控制要求，跨越2 級堤防橋梁的阻水比不宜超過7%。

通過計算原河道及恢復方案對應河道過水斷面面積可得，已恢復段（SK0+000～SK0+320）河道恢復工程最大阻水比為46.3%；擬恢復段（SK0+320～SK0+440）河道恢復工程最大阻水比為77.82%；均不滿足《廣東省河道管理范圍內建設項目技術規程》的建議要求。

表3 鴨涌河原河道及恢復方案的河道水面線和流速

（2）壅水分析

由表3 可知，恢復方案對河道恢復段有壅水作用，最大壅水高度為0.006 m，工程建設對河道水位影響較小。

4 河勢影響分析

鴨涌河恢復段為全斷面混凝土斷面；下游現狀鴨涌河為土質渠底，兩岸為混凝土護岸。根據《室外排水設計規范》，粘土最大設計流速為1.2 m/s，混凝土最大設計流速為4 m/s；明渠最小設計流速為0.4 m/s。結合表3 可知，河道恢復段因河道變窄，流速有所增大；下游現狀河道段流速不變；河道恢復工程對河道不會產生沖刷影響；工程實施前后，大部分河道流速均小于明渠最小設計流速，存在一定的淤積問題，現狀鴨涌河沿線淤積嚴重，與計算分析結果一致。而且恢復段河道走向基本與原河道一致，所以恢復工程對整體河勢影響較小。

5 工程建議

根據計算分析，河道恢復方案滿足50 年一遇洪水過流標準。恢復方案的主要問題是，恢復河道段阻水比不滿足規范要求的不宜超過7%的要求。對此給出以下建議：由于鴨涌河起點段320 m（SK0+000～SK0+320）已結合隧道主體進行恢復，且滿足河道防洪要求，同時拆除已完工導向墻可能會對隧道主體結構、防水等方面產生不利影響，所以建議維持恢復現狀；新建排水渠段（SK0+360～SK0+440）斷面較上下游河道均有明顯縮窄，但風機房是隧道主體結構一部分，所以建議維持風機房現狀，僅將其上下游的新建排水渠段河岸盡量恢復到原河道岸線，同時調整轉彎段與新建排水渠順接。

6 結語

通過推求設計暴雨條件下的設計洪水，并利用MIKE 11一維水動力模型，模擬分析在設計洪水遭遇設計潮位情況下，鴨涌河恢復工程對河道防洪的影響。結果表明，河道恢復工程對河道水位影響較小，對整體河勢影響較小，滿足防洪要求。