句容經濟開發區黃金河治理方案研究

陳 晨，梁 艷，許珊珊

（河海大學設計研究院有限公司,江蘇 南京 210098）

黃金河是一條穿越句容經濟開發區的丘陵區河道,流域地形比降大,降雨匯流速度快,加之上游水庫工程年久失修,調洪能力不足,洪水峰高量大,導致河道行洪水位高,下游開發區澇水無法及時排除,因洪致澇。隨著社會經濟的發展,開發區建成區面積不斷增加,下墊面條件改變進一步增加了匯流流量,加劇了開發區澇情。針對這一問題,在積極推進海綿城市建設,降低開發區徑流系數,減小匯水流量的同時,通過擴建水庫以增加洪水調蓄空間,拓浚河道以擴大洪水出路,降低河道行洪水位,緩解內澇,為開發區經濟發展提供安全保障。

1 基本情況

黃金河位于江蘇鎮江句容市,北起黃金壩水庫,向南匯入句容河,全長4.2 km,河道上游兩岸為丘陵區,下游為平原區,河底高程16.3 m~8.0 m,河道比降6.92‰。黃金河是句容經濟開發區重要的排澇通道,承擔上游丘陵區水庫洪水以及下游開發區建成區澇水排除任務,匯水面積19.08 km2。

黃金河上游有三合壩水庫、黃金壩水庫和橫塘水庫共三座水庫。其中,黃金壩水庫為小（2）型,三合壩水庫、橫塘水庫規模均不足小（2）型。三合壩水庫為位于黃金壩水庫上游的串聯水庫,洪水匯入黃金壩水庫,再通過黃金壩水庫溢洪壩匯入黃金河,黃金壩水庫溢洪壩現已損毀,水庫調蓄洪水能力降低。橫塘水庫位于黃金壩水庫下游,通過現有泄洪涵洞匯入黃金河。開發區澇水主要通過支流杜家山河、排水管涵匯入黃金河。黃金河現有滾水壩12座,跨河橋梁12座[1]。

由于現狀河道斷面窄,河道沿線滾水壩、橋梁等均有一定阻水,河道行洪能力不高,加之上游水庫溢洪壩損壞,水庫調蓄能力降低,增加了河道行洪壓力,導致河道行洪水位偏高,下游開發區建成區因洪致澇,給開發區經濟發展帶來不利影響。

2 水文分析計算

2.1 河道流量計算

黃金河上游為丘陵區,地面比降大,生態植被覆蓋率高；下游為開發區,比降相對較小,建成區面積占比較大。根據地形條件、下墊面情況,將黃金河匯水區分為丘陵區、開發區,丘陵區又分為三合壩—黃金壩水庫、橫塘水庫兩個水文計算單元,開發區按城市主干道路及雨水管布置,劃分為6 個水文計算單元。

山丘區設計洪水計算采用瞬時單位線計算法。由于黃金壩水庫原有溢洪道已經損毀,橫塘水庫泄洪通道也已年久失修,水庫調蓄洪水能力下降,因此,水庫現狀下泄流量按洪峰流量乘以削峰系數計,削峰系數按經驗取0.9。

開發區設計洪水分別采用城市排水公式法和瞬時單位線法計算,并對兩種方法計算的成果進行對比,選擇安全、合理的成果作為設計流量成果。

2.2 河道水面線推算

建立HEC-RAS一維水動力模型推求河道設計水位。以實測地形圖作為背景描繪河道趨勢線,根據實測河道橫斷面錄入橫斷面數據,分河段選擇糙率,漿砌塊石岸坡、坡面平整河段糙率取0.025,自然岸坡、坡面不平整河段,糙率取0.030；再輸入滾水壩、橋梁等建筑物資料[2]。

模型上邊界采用流量邊界,按各水文計算單元流量匯入位置錄入流量。模型下邊界采用水位邊界,為承泄河道在黃金河口門位置處設計水位。

3 河道治理方案設計

3.1 方案一：擴建水庫

維持河道現狀規模,對局部河段進行清淤、整坡,擴建上游水庫,增加水庫調洪庫容,將水庫洪水與城市澇水錯峰排除。

現狀黃金河最大排澇能力為63.1 m3/s,城市匯水區設計流量55.7 m3/s,現狀河道排澇能力大于城市匯水區設計流量。水庫匯水區洪水全部滯蓄在水庫,城市澇水全部排除后,再開閘泄洪,并控制泄洪流量不超過河道行洪能力。

方案一需擴建水庫,增加水庫蓄滯洪水庫容。經計算,20 年一遇降雨工況下,擴建后水庫庫容為：三合壩水庫97.4 萬m3,黃金壩水庫65.0 萬m3,橫塘水庫44.5 萬m3；水庫新增淹沒面積為：三合壩水庫34.5 萬m2,黃金壩水庫30.0 萬m2,橫塘水庫16.2 萬m2。

3.2 方案二：拓浚河道

按原標準修復水庫泄洪建筑物,對庫區進行清雜,維持水庫原庫容規模,通過拓浚下游河道,擴大洪水出路,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

方案二水庫庫容分別為：三合壩水庫8.4 萬m3,黃金壩水庫14.0 萬m3,橫塘水庫8.3 萬m3；水庫淹沒面積為：三合壩4.8 萬m2,黃金壩6.0 萬m2,橫塘3.9 萬m2。水庫沒有新增淹沒面積。

方案二水庫調蓄庫容小,水庫泄洪流量按洪峰流量乘以經驗削峰系數,黃金壩水庫泄洪流量79.5 m3/s,橫塘水庫27.7 m3/s。水庫泄洪流量加開發區匯流流量即為河道設計流量,因此,黃金河最大設計流量為162.9 m3/s。

建立一維水動力模型,根據黃金河設計流量、承泄河道水位,按河道最高水位低于地面一定高度以不影響城市管網排水的原則,通過試算確定規劃河道斷面。根據計算成果,規劃河道拓寬寬度為9 m,將新增開發區永久占地面積3.68 萬m2。

3.3 方案三：重建水庫與河道整治相結合

擴建上游水庫與拓浚下游河道相結合,擴建水庫以增加水庫調洪庫容,降低水庫泄洪流量峰值,同時拓浚下游河道,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

3.3.1 水庫下泄流量

根據項目區實測地形,確定水庫新增淹沒范圍并計算水庫最大庫容,繪制水庫調洪演算曲線,進行調洪演算,確定水庫下泄流量。經計算,三合壩水庫、黃金壩水庫最大下泄流量53.1 m3/s,橫塘水庫最大下泄流量22.1 m3/s。

方案三水庫庫容為：三合壩水庫18.2 萬m3,黃金壩水庫35.3 萬m3,橫塘水庫9.6 萬m3；水庫新增淹沒面積為：三合壩水庫3.1 萬m2,黃金壩水庫9.0 萬m2,橫塘水庫0.2 萬m2。

3.3.2 河道設計流量

根據流量計算成果,將開發區各計算單元流量與丘陵區水庫泄洪流量疊加,得黃金河不同河段設計流量。20 年一遇工況下,開發區匯流流量55.7 m3/s,水庫下泄流量分別為53.1 m3/s、22.1 m3/s,疊加后得黃金河最大設計流量為130.9 m3/s。

3.3.3 河道規劃斷面

建立一維水動力模型,根據流量、水位邊界,按河道最高水位低于兩岸地面一定高度以不影響城市管網排水的原則,通過試算確定規劃河道斷面。根據分析計算成果,規劃河道河口擴寬寬度為6.0 m,新增開發區永久占地面積2.79 萬m2。

4 河道治理方案選取

方案一優點是不需拓浚河道,河口寬維持現狀,河道工程無新增占地。缺點是擴建水庫規模偏大,三座水庫規模均達小（2）型,總淹沒面積達80.7 萬m2,水庫洪水位偏高,水庫大壩施工難度大。且受城市總體規劃用地性質制約,橫塘水庫不具備擴建條件。

方案二優點是不須擴建上游水庫,僅修復原泄流建筑物,對庫區進行清雜。缺點是規劃河道口寬較寬,河道拓寬工程永久占地面積達3.68 萬m2,比方案三大0.89 萬m2,尤其在行人便橋2（河道里程 2660）下游,兩岸廠房、居民住宅距離河岸較近,拆遷量較大,導致工程投資高[3]。

方案三優點是在滿足行洪排澇要求的同時,盡量減小工程永久占地面積與拆遷量,河道拓寬新增永久占地2.79 萬m2,小于方案二永久占地,且盡可能減少拆遷量。適度擴建水庫也滿足城市總體規劃對建設郊野公園,提升水環境水景觀的要求。缺點是需要將水庫工程、河道工程均實施完成后,才能完全發揮工程效益。

因此,綜合考慮工程實施與城市總體規劃的符合性,工程占地、投資大小,工程施工難易程度等因素,黃金河整治工程推薦采用方案三：結合城市總體規劃,擴建上游水庫,增加水庫調洪庫容,降低水庫泄洪流量峰值,同時拓浚河道,擴大洪水出路,提升河道行洪能力,降低河道水位。

表1 不同治理方案參數統計表

5 結語

1）丘陵區由于地形比降大,降雨匯流速度快,洪水峰值高。穿越開發區的丘陵區河道高水位運行極易造成開發區澇水排除困難,因洪致澇。丘陵區河道治理可采用增加洪水調蓄庫容,降低洪峰流量,和拓浚河道,擴大行洪出路等方案,降低河道行洪水位。

2）黃金河治理通過“擴建水庫”“拓浚河道”“擴建水庫與拓浚河道相結合”三種方案比選,選擇符合城市總體規劃,工程占地和投資小,實施難度相對底的方案,即“擴建水庫與拓浚河道相結合”方案。

3）水庫擴建工程與河道拓浚工程實施完成后,將有效降低河道行洪水位,緩解開發區內澇,為當地經濟社會發展提供安全保障。