深圳大空港新城截流河防洪防潮與治澇工程體系研究

鄭震宙

(深圳市水務工程建設管理中心，廣東 深圳 518055)

1 項目概況

為保證大空港新城防洪(潮)、排澇安全，緩解城市建設對水系生態環境的沖擊，擬對截流河及南、北連通渠進行綜合整治，總整治長度約8.8 km，其中新開挖截流河長為6.4 km，在原有河涌上拓寬加深南、北連通渠，防洪標準為100年一遇，防潮標準為200年一遇，內澇防治標準為50年一遇。

新建截流河河底寬為80～120 m，河堤設計控制高程為4.84 m，河道采用梯形復式斷面。截流河起點位于茅洲河口，由北往南依次有德豐圍涌、石圍涌、下涌、沙涌、和二涌、沙福河、塘尾涌、和平涌以及玻璃圍涌匯入，最后通往珠江口。

為縮短雨水排放距離、減少截流河排洪壓力[1]，南北連通渠分別在現狀沙福河和下涌的基礎上進行布置(見圖1)，北連通渠長度為2.1 km，河底寬度為44 m，河堤設計控制高程為3.5 m，河道采用梯形復式斷面；南連通渠長度為2.4 km，河底寬度為4 0 m，河堤設計控制高程為6.8 m，河道采用矩形斷面。

圖1 工程地理位置示意

2 水文分析計算

2.1 洪水特性

大空港地區降雨量年內變化明顯，具有明顯的季節性。暴雨主要集中在汛期(4—10月)，強度大、季節長。由于大空港地區河流短小，河道穿越城區，地面的硬化使天然狀態下的壤中流直接形成了地表徑流，加大了地表徑流系數，縮短了匯流時間。同時，由于該區域暴雨歷時短、強度大的特點，決定了該區域的洪水具有陡漲陡落的特性。

2.2 設計洪水

采用設計暴雨推求各河涌截流河及上游控制斷面設計洪水(見表1)，其中沙福河上游有水庫工程控制，根據水庫調洪演算推求設計洪水。

表1 各河涌主要控制斷面設計洪水成果

2.3 洪水過程線計算

在截流中部(位于和二涌與沙福河之間)設置一座節制閘，節制閘以北的河段功能為排澇，節制閘以南的河段功能為防洪。根據區域內河網水系分布情況、潮汐特性等，采用MIKE水動力模型進行模擬分析洪水過程線[2-3]。

1)南片區各河涌洪水過程線計算

南片區采用節制閘以南的沙福河、塘尾涌、和平涌、玻璃圍涌設計洪水過程線作為模型輸入的邊界條件，南片區各河涌截流河斷面設計洪水過程線見圖2、圖3所示。

圖2 南片區河涌截流河斷面洪水過程線(P=0.5%)

圖3 南片區河涌截流河斷面洪水過程線(P=1%)

2)北片區各河涌洪水過程線計算

北片區集中泵站的起排水位為0.2 m，最高控制水位以區域內最不利受澇點為控制，最高控制水位為1.65 m。采用各河涌設計洪水過程線作為模型輸入的邊界條件，北片區各河涌截流河斷面設計洪水過程線見圖4、圖5所示。

圖4 北片區河涌截流河斷面洪水過程線(P=0.5%)

圖5 北片區河涌截流河斷面洪水過程線(P=1%)

2.4 洪潮遭遇分析

感潮河流能否容納暴雨帶來的洪量，要視其暴雨強度、河口潮水位及這些影響在時間上的互相組合而定[4-5]。根據大空港地區河流的特性，茅洲河等河流洪水的主峰段一般為24 h所控制，故采用24 h時段雨量與對應的潮位進行組合遭遇分析。

根據赤灣站歷年24 h最大雨量及相應的高潮位統計數據，與年最大24 h雨量相應的赤灣站的最高潮位一般都小于多年平均最高潮位2.12 m，因此，若用多年平均最高潮位與設計洪水相遭遇，已基本上能外包歷年所出現過的年最大洪水與潮汐的遭遇情況，是一種安全的設計洪潮組合方式。

根據赤灣站歷年最高潮位及相應24 h雨量統計，赤灣站歷年最高潮位，相應赤灣雨量站最大24 h降水量為123.1 mm，小于該站年最大24 h降水量多年平均值170.9 mm。因此，若用多年平均年最大24 h暴雨所產生的洪水與設計年最高潮水位遭遇，已基本上能外包歷年所出現過的年最高潮位與洪水的遭遇情況，是一種安全的設計潮洪組合方式。

因此，采用設計標準下的洪水(潮位)與多年平均潮位(洪水)組合的外包線，作為河道治理的設計水面線是合理的并且是安全的。

3 工程設計

通過建設截流河、南北連通渠、水閘泵站等工程，為大空港新城啟動區構建完善的防洪潮治澇體系，同時緩解舊城區的排澇壓力。

3.1 防洪工程

防洪工程需對截流河，南、北連通渠和現狀9條河涌進行綜合治理，其中9條河涌總長度為44.19 km。防洪工程在滿足河道防洪標準的同時，結合周邊用地屬性、居民的需求、河流生態理念[6-7]，打造環水繞城的空間格局，營造濱海城市特色。

1)現狀河道防洪能力復核

由現狀河涌防洪標準達標情況統計數據可知：現狀區域河道防洪工程對應20年一遇標準下不滿足防洪要求的河長約30%，對應50年一遇標準下不滿足防洪要求的河長約為37%(見表2)。

表2 現狀河涌防洪標準達標情況統計

2)擬建河道防洪能力分析

利用MIKE 水動力模型從行洪能力的角度對截流河及連通渠的堤距進行分析，截流河水域寬度在30～120 m范圍內嘗試變化，連通渠水域寬度分別選擇30 m和60 m兩種情況，分析不同設計堤距的情況下對截流河行洪能力的影響。選取A、B、C、D、E 5個斷面位置的水位進行比較分析(見圖6)：A、B位于截流河北段，C位于中段，D、E位于南段。

圖6 截流河水系模型及控制斷面位置示意

由圖7、圖8可知：在100年一遇設計洪水工況下，截流河與連通渠的水域寬度選擇對防洪高水位影響很大。當連通渠水域寬度選擇60 m，截流河水域寬度在80 m左右時，遭遇100年一遇洪水時防洪水位趨于穩定，再增大截流河的水域寬度，河道的防洪高水位變化較小。因此，截流河水域寬度宜在80～120 m范圍內根據城區規劃進行控制。

圖7 不同水域寬防洪高水位變化示意(連通渠寬30 m)

圖8 不同水域寬防洪高水位變化示意(連通渠寬60 m)

3)橫斷面設計

在橫斷面設計中，首先需要保證河道行洪的安全和河道護岸自身的結構安全，同時從生態及人與自然和諧共處的理念出發，最終達到防洪、生態、景觀高度融合的目標[8]。

采用緩坡形式，護岸材料在二級平臺水下采用擋墻或是灌注樁作永久堤岸，二級平臺以上采用草皮護坡。截流河南段為與會展中心功能需求匹配，護岸形式采用梯級護坡，護坡材式采用條石或砼加鋪裝堆砌。除此外在與截流河北段與北節制閘銜接處、北連通渠與出口節制閘銜接處采用懸壁式擋墻。南連通渠位于會展中心的1期和2期用地之間，且擋墻高度較高，明渠段采用扶壁式擋墻，在1期與2期的連接通道下采用箱涵。

3.2 防潮工程

在截流河南、北出口及南、北連通渠出口分別設置擋潮閘，4座擋潮閘與現狀西海堤一起，組成封閉的防潮工程體系。

獨立防潮方案是針對總體規劃中的各個地塊分別建設獨立的防潮系統，在每條支流匯入截流河處設置擋潮水閘。半獨立防潮方案是在規劃濕地廊道西側區域按地塊設置獨立的防潮系統，在現狀西海堤以東區域，利用在截流河及南北連通渠上設閘，以實現封閉防潮系統的目的。本次采用后者方案，該方案與獨立防潮方案的主要區別是取消各支流匯入截流河處的擋潮水閘，而新設4座規模較大的水閘，優點是截流河及南北連通渠在現狀西海堤以東部分仍然可以按河道治理標準進行整治。獨立防潮、半獨立防潮方案平面示意見圖9。

圖9 獨立防潮、半獨立防潮方案平面示意

3.3 治澇工程

流域總體的治理體系由源頭調蓄、管網收集排水、河道排水組成，河道排水是治澇體系的末端[9]。

通過研究現狀河道水面線、現場調查和地形高程分布以及現狀排水管網等基本情況，并且對現狀易澇區分布及受澇原因進行分析[10]，為充分利用截流河水系的調蓄能力和連通性，采用北片區集中治澇方案。

北片區集中治澇方案在截流河北段和二涌與沙福河河口間設置節制水閘，使高、低水分離，在截流河北出口設置集中抽排泵站，將北片區雨水排入截流河封閉區域進行集中抽排。南片區整體地勢較高，具備自排調整，故南片區來水通過截流河南段及南連通渠自排出海。

1)現狀排澇能力

大空港片區現狀排水管網排水能力較差，<1年一遇的管渠占31.8%，1～2年一遇的管渠占9.9%，2～3年一遇的管渠占6.6%，3～5年一遇的管渠占7.7%，≥5年一遇的管渠占43.9%。

結合匯水范圍地面高程統計分析，根據現場易澇點調查資料(見表3)，研究區域內澇區面積共約3.48 km2。

表3 大空港片區易澇區面積統計 km2

2)泵站總體布置

排澇泵站位于截流河北出口，受限于周邊現狀高速公路、擬建鐵路及市政道路限制，泵站與截流河北節制閘布置在規劃截流河北出口河道彎道后段。泵站與北節制閘組成樞紐布置，根據水閘水力條件，水閘布置在北側，泵站布置在南側，水閘和泵站并列布置，總布置寬度約為140.0 m，泵站布置寬度為50.0 m，水閘布置約為73.0 m，中間設置寬為17.0 m導流島。

3.4 工程總體布置

根據工程防洪治澇布局，按分區治澇原則[11-12]，北片區德豐圍涌至和二涌5條支流排水采用集中抽排，在截流河北出口設置集中抽排泵站，并設置在北片區設置3座水閘攔蓄外水，即在截流河和二涌與沙福河中間設置中節制閘1座，截流河北出口和北連通渠出口各設置節制閘1座。

南片區沙福河到玻璃圍涌排澇以自排為主，根據擋潮布局及結合截流河景觀蓄水要求，在截流河南出口及南連通渠出口布置節制閘，主要擋潮、蓄水、行洪，同時與北片區3座節制閘和集中排澇泵站組成閘泵聯調體系，共計布置5座節制閘(見圖10)。

圖10 防洪(潮)治澇工程總體方案示意

4 內澇模型計算分析

該方案的運行方式為：平時關閉北節制擋潮并攔蓄截流河，控制內河水位，在洪水來臨并且外潮位低于排澇水位時，截流河北閘開閘泄洪，擋外江潮位高于排澇控制水位時，北節制閘聯合中節制閘和北連通渠節制組成治澇體系，并且開啟排澇泵站抽排澇水。

基于上述治澇工程方案，本文針對大空港截流河以東舊城區城市內澇風險進行計算分析。

4.1 計算模型

內澇風險采用DHI MIKE FLOOD軟件進行分析[13]，調用3個獨立的軟件模塊進行耦合計算，包括MIKE URBAN、MIKE 11和MIKE 21，本次模型中包含匯水區為5 192個，節點為5 419個，管道為3 411段。

4.2 輸入條件

模擬了2年和50年一遇設計暴雨的內澇積水過程，由于導致內澇的暴雨一般為短歷時強降雨，本次選取表4中最大6 h降雨作為水文輸入條件。

表4 各種工況下降雨統計 mm

4.3 現狀內澇計算結果

2年一遇、50年一遇降雨情況下，溢流點最長的溢流時間分別為2.5 h和8.3 h；溢流時間超過5 h分別有2個、45個。

當發生2年一遇降雨時，積水深度大于15 cm且超過30 min的面積總計為0.58 km2；當發生50年一遇降雨時，積水深度大于15 cm且超過30 min的面積達2.57 km2(見圖11)。

圖11 現狀50年一遇內澇分析示意(單位：m)

4.4 整治后內澇計算結果

根據計算，2年一遇、50年一遇降雨情況下，溢流點最長的溢流時間分別為0.9 h和3.6 h。

當發生2年一遇降雨時，積水深度大于15 cm且超過30 min的面積總計為0.08 km2；當發生50年一遇降雨時，積水深度大于15 cm且超過30 min的面積約為0.17 km2(見圖12)。

圖12 整治后50年一遇內澇分析示意(單位：m)

由此可見，由于干支流整治和集中排澇泵站的設置，水系在排澇時的承泄能力得到極大提高，在暴雨時雖然部分城區遭遇一定程度的積水，但內澇災害程度大幅降低。

5 結語

針對大空港新城防洪排澇情勢，提出了對南北防治特征分區而治的原則，北片區通過中節制閘及在截流河北出口和北連通渠出口新建節制閘與堤防護岸形成封閉防洪(潮)體系，南片區截流河南出口與南連通渠則直接入海，并在各出口新建節制閘排洪防潮，與截流河、連通渠堤防護岸形成南片區防洪(潮)體系。

采用DHI MIKE FLOOD軟件建立內澇計算模型，計算結果表明，采取工程措施后，發生50年一遇降雨時，積水深度大于15 cm且超過30 min的面積由2.57 km2下降到0.17 km2，內澇災害程度大幅降低。本文研究成果通過深圳市發展和改革委員會的審批，并于2018年1月開工，計劃于2022年12月完工，工程的實施對于解決大空港新城區防洪治澇、水質改善與提升具有重要意義。