黃埔區華埔社區水患防治響應方案研究

羅浩斌

(廣州科學城排水管理有限公司，廣州 510000)

2020年“5.22”特大暴雨，廣州地區遭遇歷史上罕見的持續強降水，黃埔區華埔涌周邊地區由于排水能力不足發生了嚴重內澇，周邊華埔村村落道路淤水嚴重、房屋受損，人民生命財產受到威脅，其境內的開源大道隧道內積水驟增，雨水渠排水受阻，開源隧道完全被雨水倒灌淹沒，造成3臺車輛被淹，2人死亡。為保證黃埔區的經濟發展，迫切需要做好水利方面的建設，因此本文綜合分析華埔社區的水患成因，從片區整體排水現狀去了解問題的所在，并提出解決方案。

1 工程概況

南北走向的開創大道和東西走向的開源大道走向成X型相交，相交處采用了隧道加立交型式布置，經現場查勘，黃浦區云埔街道周邊主要匯水河道為華埔涌，其過水斷面不足，排洪能力偏小；且現狀周邊山體四周無截洪溝，大部分山洪沿山坡漫排匯入市政雨水管道，每逢大雨，山洪來勢迅猛，市政雨水管排水不及，導致云埔街道社區境內的開源隧道等低洼區域發生水浸[1]。

工程區域內河流為華埔涌，華埔涌屬于南崗河流域左岸一級支流。主干河道發源于石厘頭，經華埔村，往東流經華浦新村，往東穿開創大道管涵，流經華浦新村，通過明渠折向東南，沿開源大道向南，于伴河路與開源大道交匯處流入南崗河，流域面積為7.03 km2，長度為2.69 km；支涌河道發源于開源大道北側永和隧道牛頭領，沿開源大道向南，經開源隧道西側箱涵，于時代春樹里小區匯入干流雨水箱涵，長度為3.5 km。

2 現狀情況及主要存在問題

2.1 現狀市政排水管網壓力大、容易發生內澇

根據黃浦區內澇點統計情況，發現黃浦區華埔村社區內存在內澇隱患風險點，其原因為華埔村社區民居密集，城區地面硬化，水面、植被的減少，雨水徑流系數加大，也致使雨水徑流量加大，排水管渠負擔加大。

原有調蓄水體(人工湖)調蓄容量大幅減少，也加重了排水管網的壓力，以前農田、部分被覆蓋的水塘等都可排水滯水蓄水，地面硬化致使原有排水設施設計的排水標準降低，致使原排澇系統能力不足。

城市建設占用低洼調蓄區域；由于城市建設和交通道路的發展，城市化進程加快，排澇設施未能同步建設，澇情日趨嚴重，汛期致使村莊道路受浸較普遍。河涌暗渠過流能力不足，導致澇水難以排除，常常發生內澇[2]。

2.2 現狀河涌排水能力不足

本工程將整個華埔涌河道劃分為主涌上游段、主涌下游段、支涌段3個區域(如圖1所示)，現分別對3段區域排水情況進行分析。

圖1 華埔涌河道劃分區段示意

1) 主涌下游段

主涌下游段存在問題：① 現狀河道已全部暗渠化；② 過水斷面不足，淤積嚴重；③ 由于入河口處，箱涵較低，南崗河行洪水位高于箱涵頂，箱涵水流流態為有壓流，出口水位頂托上游來水，導致排水緩慢，不利于渠箱排澇。

2) 主涌上游段

主涌上游段存在問題：① 河道明渠段老舊漿砌擋墻破損，護腳沖刷嚴重；② 行洪斷面不夠，河段淤積嚴重。

3) 支涌段

支涌段存在問題：該段箱涵長約1.76 km，為B×H=3 600×2 100混凝土箱涵。受開源隧道工程影響，暗渠由順直方向改成“幾”字，“幾”字部分河道轉彎半徑小，排水緩慢，造成渠箱內水位偏高，流速偏小，排水不暢。

2.3 工程范圍內可用調蓄水體規模小，調蓄作用不大

開源隧道所在道路周邊有新建小區樓盤、自然村落和創新公園，周邊為自然山體，本次工程范圍集雨面積為1.737 km2，本工程范圍內僅有創新公園4個人工湖水體，為梯級人工湖，且全部集中在華埔涌下游段，上游段無可用調蓄水體。

3 工程主要建設內容

3.1 工程總體設計思路

為了減緩下游主干排水渠箱的排水壓力，本工程考慮在華埔村東北角山谷處新建調蓄湖，并在華埔村山腰處新建一條截洪渠，將山洪匯流引進調蓄湖內，其次在調蓄湖泄洪渠通過控制水閘進一步增加調蓄湖對流域上游洪水的調蓄能力[3]。

為避免洪水匯流至開創大道，淹沒開源隧道等低洼處，將華埔村東側山腳處暗涵按照50 a一遇設計標準改造為排洪明渠，增加區域匯水能力，并在東南側山腳新建排洪明渠將開源大道側的洪水匯流；將華埔西街西側山腳處的暗涵按照20年一遇設計標準改造為排洪明渠，增加區域匯水能力，并在開創大道以頂管的形式將上游匯過排洪明渠的洪水引至下游排洪明渠[4]。

將原創新公園內的3#、4#景觀湖進行改造作為下游調蓄湖，在4#景觀湖泄洪渠后端已建排洪箱涵，將經過調蓄后的洪水排至開源大道在建的排洪箱涵，最后排入南崗河[5]。根據工程總體規劃，以及工程規劃任務與各分項工程中截洪溝布置位置，對工程總體進行了水文分區，主要劃分為7個排水區，具體分區情況見圖2。

3.2 設計洪水

3.2.1計算參數

依據黃埔區1∶5 000地形圖對各分區地理參數及洪水參數計算，計算結果見表1所示。

3.2.2計算方法

設計洪水時遵循“多種方法、綜合分析、合理取值”的原則，分別采用廣東省綜合單位線法、推理公式法(1988 年修訂)進行計算，并通過在合理范圍內調整單位線滯時和推理公式匯流參數控制不同方法計算成果偏差在20%以內[6](見表2～表3)。

表2 本工程分區P=5%洪水計算成果

從表2、表3可知：綜合單位線法及推理公式法的計算成果總體較為接近。因此，在設計洪峰流量比較接近的情況下，本次計算采用廣東省綜合單位線法的計算成果。

3.2.3調蓄計算

本工程集雨范圍內現狀有調蓄水體，如創新公園人工湖、區域魚塘、水塘、低洼濕地等。此外，為適當控制工程下游建設規模，增加蓄納澇水的能力，實現蓄泄結合，同時美化城市景觀，打造親水宜居的城市環境，本工程根據規劃在適當位置新建有調蓄湖，并在創新公園現有3#、4#景觀湖的基礎進行改造，使其調蓄功能更加明顯。

1) 起調水位確定

根據新建調蓄及改造景觀湖實測地形資料結合實際使用情況，本次新建調蓄湖，按開敞式無閘控制寬頂堰自由溢流設計[7]；3#、4#景觀湖按開敞式有閘控制寬頂堰泄流設計，其中3#景觀湖汛期水閘開度按0.5 m控制泄流，4#景觀湖汛期水閘開度按全開自由泄流，各調蓄湖起調水位高程見表4。

表4 各調蓄湖起調水位高程 m

2) 計算方法

調蓄水體對洪峰的影響采用基于水量平衡的調蓄演算方法分析[8]，公式如下：

(1)

式中:

Q1——時段初來水流量，m3/s；

Q2——時段末來水流量，m3/s；

q1——時段初泄水流量，m3/s；

q2——時段末泄水流量，m3/s；

Dt——計算時段，s；

V1——時段初蓄水量，m3；

V——時段末蓄水量，m3。

其中蓄泄方程q=f(V)按照調蓄水體泄水建筑物的水力特性計算。新建調蓄湖泄洪道底高程為30.0 m，改造3#、4#景觀湖后泄洪道底高程分別為22.3 m和17.1 m。本次以此作為起調水位，當各調蓄湖洪水水位高于泄洪道底高程時，通過泄洪道自由泄流。

3) 泄流方式確定

由于 4#景觀湖泄洪時水閘開度按全開控制，因此新建調蓄湖及4#景觀湖泄流口按寬頂堰泄流能力計算[9]，公式如下。

(2)

式中:

Q——堰流流量，m3/s；

σ——側收縮系數；

ε——淹沒系數；

m——自由堰流的流量系數；

B——堰流凈寬，m；

g——重力加速度，m/s2；

v0——行近流速，m/s。

本次設計新建調蓄湖、4#景觀湖泄洪道為開敞式自由溢流，無閘墩，故不計行近流速水頭。根據堰型、堰高等邊界條件，結合同類工程經驗，取淹沒系數ε=1，側收縮系數為σ=1.0。

根據《水力計算手冊》，現狀寬頂堰進口邊緣為直角，其流量系數由別列津斯基公式計算[10]：

(3)

式中:

P——上游堰高，m；

H——堰頂水頭，m。

3#景觀湖泄洪道為有閘控制的自由出流，泄洪時控制開度為 0.5 m。因此，當湖內水位低于0.5 m時，其泄流能力按寬頂堰泄流能力計算；當湖內水位高于0.5 m時，其泄流能力按平頂坎上閘孔自由出流計算，公式如下。

(4)

式中:

Q——流量，m3/s；

b——閘孔寬度，m；

e——開度，m；

μ——流量系數；

g——重力加速度，m/s2；

H0——行近水頭。

根據上述公式計算各湖水位—下泄流量關系，新建調蓄湖和改造景觀湖洪水調節計算成果見表5～表6。

表5 各調蓄湖P=5%洪水調洪計算成果

表6 各調蓄湖P=2%洪水調洪計算成果

3.3 湖堤選型

新建調蓄湖設計總庫容為9.80萬m3，調蓄庫容為9.30萬m3。湖堤根據地形選址長度為128.5 m，設計調蓄湖湖底高程為28.4 m，設計堤頂高程為32.5 m，根據設計需要，新建調蓄湖湖堤可選取碾壓式土石湖堤或混凝土重力式湖堤，結合工程實際情況，從地形條件、地質條件、施工難度等8項進行綜合比較[11]。方案對比見表7。

表7 新建調蓄湖堤型方案對比

綜合項目地形條件、地質條件、施工難度等8項進行綜合比對，結合實際情況，選取碾壓式土石湖堤為推薦方案。

3.4 節制閘選型

工程共需新建節制閘2座，1#節制閘位于3#景觀湖與4#景觀湖連接明渠渠首，為單孔節制閘，設計閘門寬度為2.5 m，高度為3.2 m，閘底高程為22.3 m；2#節制閘位于4#景觀湖排洪箱涵首部，設計寬度為4.0 m，閘門高度為3.20 m，閘底高程為17.1 m。新建節制閘在直升式鋼閘門和液壓翻板鋼閘門之間進行比選[12]，比選方案見表8。

表8 節制閘方案對比

綜合地質條件、施工難度、建設用地等6項進行綜合比對，結合實際情況，主要從直升式鋼閘門及液壓翻板鋼閘門主要從方案的施工難度、結構可靠度及耐久性、管養方便程度及方案投資考慮，本項目選取直升式鋼閘門為推薦方案。

3.5 渠道選型

3.5.1排洪明渠方案比選

根據計算排洪明渠流速為1.0～2.85 m/s，渠道高度為1.5～4.0 m，根據現場實際地形情況，排洪明渠擋土墻在生態擋墻和混凝土擋墻之間進行比選[13]，比選方案見表9。

表9 排洪明渠方案比選

綜合以上比對，結合實際情況，主要從從方案的施工難度、施工工期、生態環保及方案投資考慮，本項目選取生態擋墻排洪明渠為推薦方案。

3.5.2排洪暗涵方案比選

根據計算，排洪暗管所需過流量為24.80 m3/s，根據現場實際地形情況，排洪箱涵在鋼筋砼箱涵及鋼筋砼承插管之間進行比選[14]，比選方案見表10。

表10 排洪暗涵方案比選

綜合項目地質條件、施工難度、施工難度等6項進行綜合比對，結合實際情況，為保證方案的整體安全，選取鋼筋砼箱涵為推薦方案。

4 結語

廣州“5.22”特大暴雨啟示是經濟發展需要做好水利方面的建設，只有保證區域水安全才能滿足經濟建設發展的需要。本文以實際工程為例，對劉村華埔社區周邊現狀存在的水患問題進行了分析，通過對整個劉村華埔片區進行流域劃分并進行水文分析，通過新建和改建調蓄湖、設置截洪溝和排水渠等水利措施將區域洪水收集至調蓄湖，經調蓄作用后排入下游河涌，減輕了市政管網排澇壓力，能夠保證區域經濟發展和人民的生命安全，可為相似工程提供參考。