某河流水系連通方案淺析

陳巧紅，鄧銀玲

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430061）

城市水系作為城市景觀的主要構成部分，以水為物質和能量的傳輸廊道，形成了一個在平面上由河道和濱水區組成、在空間上呈網狀分布的復雜系統，并提供了多樣的生態服務功能。當前，因經濟發展導致河道淤積、河道阻斷、河道生境被破壞現象日趨嚴重，為達到水安全、水環境、水生態、水景觀、水管理良好有序的整體目標，城區水系連通工程正在全國各地開展。水系連通性系指在自然和人工形成的江河湖庫水系基礎上，維系、重塑或新建滿足一定功能目標的水流連接通道，以維持相對穩定的流動水體及其聯系的物質循環的狀況。水系連通可從根本上提高水資源配置能力、改善水生態健康狀況、增強抵御水旱災害能力、實現人水和諧。本文以棗陽市沙河流域護城河為研究對象，針對護城河現狀不滿足防洪排澇要求、水環境問題突出、水景觀效果差等問題，從滿足城市排澇的要求出發，堅持河道治理與水安全、水環境、水景觀的要求相協調，探討護城河水系連通方案。

1 河流概況

沙河屬于滾河支流，發源于隨州境內的吳山鎮七尖峰，流經棗陽市，在琚灣鎮東1．0km處與滾河干流匯合，流域面積803km2，河道全長80．0km，平均縱坡比降為1．4‰。沙河棗陽城區段主要有三條支流，護城河、東冷水溝、西冷水溝。護城河位于棗陽市主城區，流域面積0．795km2，工程實施后河道長2．43km，平均縱坡比降為 0．33‰。

護城河是棗陽市母親河，歷史上為棗陽市的發展做出了重要貢獻。20世紀70～80年代，為發展漁業養殖，護城河被分割為1#～11#池共計11個魚池（現狀已廢棄），9#～10#池被填，并于原河址修建棗陽步行街，11#池至沙河段已建成房屋，見圖1。現狀護城河兩岸建筑林立，房屋密集，護城河被分割為多個支離破碎的水域，與沙河未連通，兩岸生活污水直接排入河道，現狀雨污水通過8#池末端暗涵排入沙河。

圖1 護城河與沙河水系連通設計河道走向圖

2 方案設計難點剖析

河流水系連通需要緊密結合流域水系規劃和現狀，充分協調人水關系，并處理好水系布局與流域空間結構的關系。在區域景觀尺度上，水系連通需要結合區域水系與景觀、環保、市政，充分兼顧水體、岸線和濱水空間三個層面的功能協調，使三個層面相得益彰，形成完善合理的水系空間景觀體系。根據沙河流域防洪規劃，沙河防洪標準為50年一遇，護城河防洪標準為20年一遇。在進行水系連通方案設計時，主要有以下幾處難點。

（1）護城河淹沒分析。當護城河遭遇沙河50年一遇洪水位時，護城河河口洪水位為108．89m，護城河沿程洪水位受沙河高水位頂托影響。通過明渠進行護城河與沙河水系連通時，現狀護城河11#池部分房屋、3#～8#池右岸房屋地面標高107．8～105．0m，相應段20年一遇設計洪水位為109．04～109．95m，兩岸約有1180m，面積為22000m2的建筑用地被淹。在汛期遭遇洪水時，會嚴重影響兩岸居民的財產安全。

（2）水環境風險分析。8#池末端暗涵是現狀護城河唯一的行洪通道。根據物探，現狀暗涵長約680m，暗涵內部淤積嚴重，垃圾堆積如山；暗涵已成為城市市政截污干管，內部共計有29個排污口；暗涵末端接入沿沙河的污水干管，污水最終流入污水處理廠，汛期行洪時污水會隨洪水合流入沙河，污染沙河水質。

（3）水景觀問題分析。隨著城市建設的發展，城市水域一直處于被掠奪開發的狀態，工業廢水、生活污水的任意排放造成城市水域臟、亂、臭；填湖填河造地、擴大建筑面積等造成水域的不斷萎縮等等。對于棗陽市，護城河是不可多得的城市水域景觀河道。根據地勢、地形及景觀節點建設特點需在護城河全河段維持景觀水位107．30m以上，以滿足景觀及居民親水性的需要。護城河現狀無涉河建筑可壅高水位，2#～8#池左右岸均為直立擋墻，無做溢流壩等攔水建筑物的空間。

3 水系連通方案

3.1 理論依據

針對護城河流域現狀，本設計方案設計主要采用MIKE11一維水動力模型。

MIKE11主要適用于河口、河流、灌溉渠道以及其他水體的模擬一維水動力、水質和泥沙運輸。MIKE11是基于垂向積分的物質和動量守恒方程，即一維非恒定流圣維南方程組來模擬河流或河口的水流狀態。計算流態為非恒定流計算，計算時同時輸入洪水過程、水面線成果提取最高水位，即對應的最大流量水面線為計算成果。

無旁側入流方程組的具體形式如下:

式中，x，t分別為空間坐標和時間坐標；Q，h分別為斷面流量和水位；A，R分別為斷面過流面積和水力半徑；B為河寬；C為謝才系數；g為重力加速度；α為垂向速度分布系數，，其中u為斷面平均流速。

方程（1）為連續性方程，反映了河道中的水量平衡。方程（2）為運動方程，其中第一項反映某固定點的局部加速度，第二項反映由于流速的空間不均勻引起的對流加速度，前兩場合稱為慣性項；第三項反映了水深的影響，為壓力項；第四項反映了摩阻和底坡的影響。

3.2 規模論證

將護城河作為城區排澇河道進行方案設計，在護城河末端新增防洪閘和排澇泵站，當護城河水位高于沙河水位時，開啟閘門，護城河上游來水自流入沙河；當汛期沙河水位較高時，關閉閘門，并啟動排澇泵站抽排澇水入沙河。將4#池末端過路暗涵改建為橋梁，橋梁下新建溢流壩，與末端防洪閘聯合運行，保證護城河景觀水位，把改善護城河水域景觀列入水系連通工作的任務根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006）計算護城河設計洪水。現狀8#池右岸房屋地面較低，是護城河最易致澇的區域，由該處房屋地面高程推至站前水位為泵站最高運行水位。根據沙河逐月平均水位和護城河景觀水位要求，擬定泵站起排水位106．8m，采用動庫容分時段調蓄演算計算泵站規模，擬定泵站規模為8m3/s

3.3 水系連通方案特點分析

（1）減少征地拆遷。傳統閘站分離的排澇設施具有占地大、建構筑物龐大等缺點，對房屋等建筑林立的主城區，拆遷難度大一直是排澇項目推進中的重難點。一體化泵閘是應運而生的高效泵送方式，它將泵組直接布置在閘門上，閘門既是擋水結構又是水泵支承的基礎使水閘和泵站合二為一。占地小，安裝方便，迅速高效又能實現防洪排澇、改善水體環境等多項目標。本次在護城河采用現代化的一體化泵閘，泵閘建于河道內，克服了因泵站建設增加拆遷的問題，與護城河兩岸房屋等基礎設施建設相協調，避免水系連通對現有基礎設施的不利影響。

（2）提升水景觀。護城河采用一體化泵閘的水系連通方案，封堵現狀行洪暗涵，降低了護城河沿岸設計水位，與護城河兩岸房屋等基礎設施建設相協調。針對現狀護城河水域支離破碎、親水性差等問題，護城河末端防洪閘與4#池末端溢流壩聯合運行，可在護城河全段形成穩定的景觀水面，使護城河水域面積增加約50%，有效改善水域景觀。

4 結語

（1）采用分時段排澇演算的方法對護城河進行排澇設計、輔以MIKE11一維水動力模型計算河道沿程水位，采用一體化泵閘的水系連通方案，可滿足流域防洪排澇的要求。水系連通后形成穩定寬闊的水域，為打造護城河水域景觀創造了有利條件，實現了護城河防洪排澇水安全建設與區域水景觀提升的雙重目標。（2）對拆遷難度大、河道兩岸房屋等基礎設施建設標高較低的城市河道水系連通方案的設計提供了借鑒。