韶關市芙蓉新城排澇方案研究

張 杰

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510635）

1 研究區域概況

1.1 地理位置

規劃芙蓉新城，位于韶關市西南部武江區內，距離韶關市中心約10 km，地理位置優越，交通發達。規劃區東臨北江，南接京珠高速，西連國道G 323，北通韶關市區，毗鄰武廣高鐵，武廣高鐵韶關站位于規劃區西南部，總規劃用地面積16.09 km2[1]。

1.2 水系概況

1.2.1 北江

芙蓉新城南臨北江，北江屬于珠江北支，流經中國廣東省北部。北江西源的武水出湖南省臨武縣西，北江東源的湞水出江西省信豐縣石碣大茅山，兩源南流在廣東省韶關市匯合后始稱北江，到三水同西江匯合。干流長468 km，流域面積4.67萬km2。

北江從芙蓉新區南部經過，流向由東向西，河面寬150～600 m，在芙蓉新區南部車頭洲上游，建有孟洲壩水電站。

1.2.2 沐溪河

沐溪河發源于韶關西山沐溪水庫，從武江工業園附近流入西聯新區，并在芙蓉新區西部呈蛇曲狀迂回盤旋向南徑流，匯入北江。沐溪河集雨面積35.35 km2，河長11.6 km，平均河床比降5.0‰，沐溪河河面寬10～30 m。上游有沐溪水庫、長塘水庫及佛塘水庫。其中沐溪水庫為多年調節的中型水庫，水庫以上集雨面積8.26 km2。

1.2.3 東沖河

東沖河為北江一級支流，發源于芙蓉山西南側山腳下的東沖，從西聯新區北面呈蛇曲狀往南流，于車頭洲村附近匯入北江。東沖河集雨面積19.28 km2，河長9.45 km，平均河床比降5.3‰。東沖河上游東北角有石背窩水庫，水庫集雨面積3.44 km2，河長3.28 km。

1.3 現狀排澇能力分析

芙蓉新城三面環山，南面臨北江。百旺路以北地勢向北逐漸抬高，高程在50～115 m左右，場地以農田、果樹、魚塘為主。西聯大道以南地勢較為平坦，局部有峰從，高程為50～65 m左右，場地多為農田、魚塘及村莊居住用地。

新城現狀排水系統由沐溪河、東沖河、少部分已開挖建設的截洪溝、幾個有調蓄作用的水塘組成。現狀沐溪河和東沖河河口位置均沒有水閘、泵站。

以現狀排水系統進行排水分析，在新城內發生10年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水時，百旺路以南區域的洪水位，均高于規劃的地面標高。因此，新城現狀排水系統的排澇能力未達到10年一遇標準，無法滿足新城建設的需求。

2 建立模型

2.1 河網及建筑物概化

芙蓉新城水系河網縱橫交錯，相互連通自然分流，水流運動特性較為復雜，因此采用傳統蓄排澇演算難以準確有效地模擬區內渠網的水流過程。采用MIKE 11一維非恒定水動力學模型，建立芙蓉新城區域內的河網水利計算模型。MIKE 11模型系統是一個經過大量工程實踐驗證的模型，適用于包括復雜平原河網在內的一維非恒定流計算，是模擬一維水流和水質的國際化工程軟件[2]。本次研究范圍內，沐溪河、東沖河上游區域屬于山丘坡地、下游新城區域內屬于河網區。本次河網主要概化北江（乳源河上游～韶關水文站）、沐溪河、東沖河、世紀涌、芙蓉渠，以及調蓄節點世紀湖、湞陽湖、濕地湖。河網共概化河道17條，河道節點共665個，研究區域河道概化見圖1。

圖1 河道概化圖

2.2 模型邊界條件

2.2.1 設計洪水

研究區域劃分為11個集水區，總集雨面積約54.65 km2。各分區設計洪水以點源或沿程匯流的方式加入河網模型，集水分區見圖2。

為了同時解決該樣機的維間耦合和多維加載兩個問題,本文提出了一種新的思路,即在獲取標定數據時同時進行單維加載和多維加載,再使用上述兩種方法分別解耦運算,觀察解耦效果如何,是否可以投入使用。

圖2 集水區域的劃分

沐溪河上游、石背窩水庫，采用廣東省綜合單位線法和推理公式法（1988年修訂）兩種方法對比計算，并參照協調兩種方法的設計洪峰流量值相差不超過20%（以數值大者為分母）后，采用綜合單位線的洪水成果。新城范圍內的9個集水區域的設計洪水，采用雨量扣損法計算。根據不同的土地利用類型的產流系數，得出計算區域的綜合產流系數，采用《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊》[3]中的雨型成果，演算凈雨過程，得到計算區域的流量過程。設計洪水計算成果見表1。

2.2.2 河道糙率

現狀模型計算東沖河、沐溪河糙率采用0.033；整治后河道河床較為平整，兩岸阻水植被少，規劃模型計算東沖河、沐溪河糙率采用0.03，其余新建河道糙率為0.027。

3 排澇方案

3.1 暴雨洪水遭遇分析

韶關站位于韶關市北江橋下游70 m的北江右岸，距離新城中心約7 km，暴雨等值線在新城附近分布比較均勻，故采用韶關站的實測水位和暴雨資料進行洪水遭遇分析。采用1969—2013年逐日降雨和同系列的逐日水位進行遭遇分析。統計韶關站各年最高水位，進行P-III型曲線適線，頻率分析成果見表2。

表1 研究區域設計洪水成果

表2 韶關站實測水位頻率分析成果

3.1.1 以暴雨為主遭遇外江洪水分析

篩選出日降雨量不小于最大日雨量多年平均值，對應當日水位前后1天中的最高水位，以此作相關分析，相關分析見圖3。

圖3 以暴雨為主遭遇外江洪水相關圖

1969—2013年大于多年平均日雨量的暴雨有27次，其中2000年9月1日，雨量157.4 mm，遭遇外江水位52.715 m，小于外江多年平均最高水位；1972年5月6日，雨量142 mm，遭遇外江水位54.935 m，約為5年一遇水位；1994年6月16日，雨量116.7 mm，遭遇外江水位56.625 m，為20年一遇水位，而此時的雨量大小不足5年一遇，由此，區域很少遭遇暴雨外江5～10年一遇洪水。

3.1.2 以外江洪水為主遭遇暴雨分析

圖4 以外江洪水為主遭遇暴雨相關圖

1969—2013年大于多年平均日水位的洪水有17場，其中最高水位為1994年6月16日，外江水位56.625 m，遭遇雨量116.7 mm，接近5年一遇雨量；1972年5月6日，外江水位54.935 m，遭遇雨量142 mm，接近10年一遇雨量。由此，外江稀遇洪水遭遇區域5～10年一遇暴雨。

從上圖可以看出韶關站降雨量與水位沒有明顯的相關性，因此可以認為區內暴雨產生的洪水與外江潮位之間不存在必然的相關關系，可視為獨立事件。

結合排澇標準按有效應對30年一遇分析，可分為內洪為主及外洪為主兩種工況分析。其中內洪為主30年一遇暴雨遭遇外江10年一遇工況，低于防洪要求，可通過水閘自排出北江。因此，重點研究新城流域范圍內，發生10年一遇暴雨遭遇外江30年一遇洪水位。

3.2 排澇方案計算

根據區域洪水特性、流域地形等因素，需要在沐溪河河口、東沖河河口建設排澇泵站，下面通過3個方案對比分析研究排澇泵站的規模，詳見表3。

初始方案：采取預降水位至49.0 m，沒有增加工程措施。

方案一：采取預降水位至49.0 m，對沐溪河水庫進行加固建設，提高攔蓄洪水能力，將20年一遇以下（含）洪水全部攔蓄不放水。

方案二：采取預降水位至49.0 m，對沐溪河水庫進行加固建設，提高攔蓄洪水能力，將20年一遇以下（含）洪水全部攔蓄不放水；在沐溪河河口位置建設1個人工湖攔蓄洪水，湖面面積79 546 m2。

經計算，在區域內20年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水工況下，最小泵站規模為沐溪河泵站98 m3/s，東沖河泵站規模為60 m3/s；在區域內10年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水工況下，最小泵站規模為沐溪河泵站68 m3/s，東沖河泵站規模為55 m3/s。

表3 三種方案比較

經對比分析，工況1（區域內20年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水），兩種方案泵站規模分別減少7 m3/s、14 m3/s；工況2（區域內10年一遇暴雨遭遇北江30年一遇洪水），兩種方案泵站規模分別減少10 m3/s、15 m3/s。

4 結論

在研究芙蓉新城現狀水系河網特征的基礎上分析現狀排澇能力，通過MIKE11模型對韶關芙蓉新城沐溪河、東沖河河網進行概化，加進水閘泵站等水工建筑物模塊，并對調度方式建立一維水動力模型。在排澇標準及排澇目標下，根據暴雨洪水遭遇分析以及芙蓉新城現實條件，提出了加固沐溪水庫、沐溪河河口增加調蓄湖的排澇方案，并通過建立的模型計算不同方案下的排澇泵站規模。