中山市二環(huán)快速路東段排水方案分析

陳志鋒

（中山火炬高技術產業(yè)開發(fā)區(qū)水利所,廣東 中山 528400）

近年來,中山市面臨產業(yè)升級轉型,道路建設滯后是造成經濟建設速度緩慢的重要原因之一。為適應中山市城市發(fā)展,完善路網結構,滿足城市快速交通需求的追切需要,促進中山市經濟社會發(fā)展,中山市二環(huán)快速路東段工程作為市重點項目迅速推進開來,并將于今年完工通車。

江尾頭村排澇區(qū)范圍內人口密集、民房等建筑物眾多,每逢暴雨極易造成澇災,且澇災損失逐年加劇,已嚴重影響了圍內居民的生產生活。為提升區(qū)域排澇能力,火炬開發(fā)區(qū)在江尾頭涌與小隱涌交匯處建設江尾頭泵站。

根據《中山火炬高技術產業(yè)開發(fā)區(qū)水利規(guī)劃》（2016～2020）（以下稱水利規(guī)劃）,江尾頭涌行洪能力不足,江尾頭東部規(guī)劃新開一條500 m長的河涌。原東二環(huán)設計方案中,考慮結合新開河涌排水,見圖1。然而,新開河涌推進時,涉及土地權屬人不同意征收其土地,導致規(guī)劃河涌無法實施,因此,二環(huán)快速路東段沿線雨水管道出口需另尋方案。

圖 1 區(qū)域位置示意圖

介于上述現狀,距離道路最近的江尾頭涌在位置上成為最適合接納二環(huán)快速路東段雨水的流道。但該方案可能增大原江尾頭涌集雨面積,排水方案需進一步探討。

1 江尾頭涌概況

江尾頭涌屬小隱涌一級支流,地處小隱涌上游左岸,其干流河長約3.2 km,流向自西向東,下游于江尾頭村附近匯入小隱涌。小隱涌流域洪水均由暴雨產生,火炬開發(fā)區(qū)位于中心城區(qū)的東部,面臨珠江口,受熱帶季風氣候影響,其降雨量多,強度大。

根據水利規(guī)劃,江尾頭涌圍內河道設計洪水位為2.16 m。然而江尾頭村土地權屬情況復雜,居民臨河而居,江尾頭涌暫無條件按規(guī)劃實施建設,現狀江尾頭地面高程多在1.2 m～1.8 m之間,平均河寬約10 m。為緩解區(qū)域內澇,當地建設部門在江尾頭涌出口建有江尾頭泵站。泵站工程規(guī)模為小（1）型,工程等別為Ⅳ,泵站設計排澇流量為2.4 m3/s,同時包含排澇流量為20.06 m3/s的水閘。江尾頭涌匯水范圍示意圖見圖2。

圖2 江尾頭涌匯水范圍示意圖

2 二環(huán)快速路東段江尾頭段周邊管網規(guī)劃

《中山市城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃》（2015.12）確定中山市主城區(qū)的排澇標準：對于中山市中心的石岐區(qū)、東區(qū)、南區(qū)、西區(qū)及火炬區(qū),采用30 年一遇24 小時設計暴雨不致災的標準。

規(guī)劃針對雨水管渠、泵站及附屬設施設計標準為：新建地區(qū)的雨水管渠設計重現期按3 年一遇。主城區(qū)的重要地區(qū)諸如重要干道（含交通樞紐）、重要地區(qū)（學校、醫(yī)院、行政中心和商業(yè)聚集區(qū)等）的雨水管渠設計重現期按5年一遇,立體交叉道路、地下通道和下沉式廣場的雨水管渠設計重現期按20 年一遇。江尾頭涌片區(qū)現狀及規(guī)劃管網見圖3。

圖3 江尾頭涌片區(qū)現狀及規(guī)劃管網圖

3 水文分析

本項目區(qū)域內無水文站點,項目附近有大環(huán)泵站水位站,小隱涌出橫門水道處有橫門水文站。大環(huán)水位站為大環(huán)泵站專用水位遙測站,有2012 年至今的水位資料,該站位于江尾頭涌河口下游約70 m處。橫門水文站為國家級水文站,其成果可靠。

3.1 江尾頭涌洪水計算

根據依據上述站點資料,計算江尾頭設計洪水。為了能準確地反映洪水的真實性,設計洪水采用“多種方法,綜合分析,合理取值”的原則,以2003 年版《廣東省暴雨徑流查算圖表》及《廣東省水文圖集》為基礎,采用“綜合單位線法”“廣東省推理公式”“廣東省經驗公式”等三種方法計算[1-2]。計算結果見表1。

表1 江尾頭涌設計洪水成果表

本次計算,單位線法計算成果偏大,偏安全考慮,采用單位線法計算成果。20%、10%、5%設計頻率下的洪峰模數分別為 8.3 m3/（s·km2）、11.0 m3/（s·km2）、13.6 m3/（s·km2）,符合當地小流域洪峰模數5 m3/（s·km2）～20 m3/（s·km2）的范圍,計算成果較為合理。推算江尾頭涌出口各頻率設計流量過程線見圖4。

圖 4 江尾頭涌出口各頻率設計流量過程線

3.2 二環(huán)快速路東段工程新增雨水管設計洪水計算

根據二環(huán)快速路東段工程雨水管布線設計圖,本次擬接入規(guī)劃江尾頭新開涌的雨水管主要負責明珠路-逸怡路到現狀江尾頭出口段周邊地塊的排水,雨水管網排水方向示意見圖5。

圖5 二環(huán)快速路東段工程主線局部雨水排水方向示意圖

根據二環(huán)快速路東段工程雨水管布線設計圖,并結合工程周邊地塊《中山市城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃（2020-2035）修編》中的排水管網圖,圈畫本次擬新增雨水管網的匯水范圍,本次新增雨水管網的匯水面積為0.47 km2,匯水范圍見圖6。

圖6 新增管道匯水范圍示意圖

新增管道洪水從水利及市政標準兩方面考慮,水利排澇設計流量計算方法采用廣東省經驗公式,城市市政排水流量采用中山市暴雨強度公式（五桂山以北）。

計算市政3年一遇排水標準（8.75 m3/s）計算成果比水利30 年一遇排澇標準計算成果（8.12 m3/s）稍大,參考《市政短歷時暴雨與水利24 h暴雨重現期探討》《市政排水與水利排澇關系探索》等相關文獻,水利排澇重現期與市政排水重現期存在著約5～10 倍的關系,本次計算成果也是合理的。根據《中山市城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃》,新建地區(qū)的雨水管渠設計重現期按p=3年考慮,綜合考慮,本次新增雨水管的設計洪水采用市政3 年一遇標準下的計算流量,為8.75 m3/s。

3.3 設計水位

由于江尾頭涌、小隱涌位于河網區(qū),其水位難以確定,為確切反映江尾頭涌、小隱涌水位情況,本次江尾頭涌、小隱涌現狀及設計水位采用水利規(guī)劃河網模型計算成果。

在現狀工況下考慮兩種計算工況,分別為30 年一遇洪水遭遇外江多年平均高潮水位1.364 m（自排工況）、20 年一遇洪水遭遇外江相應日5年一遇潮水位2.244 m（電排工況）,并分別進行水利計算。現狀河涌水面線成果見表2,河涌斷面示意圖見圖7。

表2 現狀河涌水面線成果表 單位：m

圖 7 河涌樁號位置示意圖

根據火炬區(qū)總體規(guī)劃,遠期該片區(qū)開發(fā)建設地坪抬高,規(guī)劃區(qū)最低地面高程按 3.644 m 計。考慮到老城區(qū)人口相對密集,近期地面抬高可能性不大所以本次規(guī)劃考慮兩種組合。

組合一：現狀地面高程+規(guī)劃水利設施。本組合主要考慮火炬區(qū)近期地面抬高難度較大,部分低洼地受澇,洪水計算時洪水不能全部歸槽；本組合可分析,水利設施規(guī)劃建設后,近期地面不抬高的情況下河涌水位及城區(qū)受澇情況,可為近期工程實施提供參考依據。設計工況分別為 30 年一遇洪水遭遇外江多年平均高潮水位 1.364 m（自排工況）、20 年一遇洪水遭遇外江相應日 5 年一遇潮水位 2.244 m（電排工況）,并分別進行水利計算。規(guī)劃河涌水面線見表3。

表3 規(guī)劃河涌水面線成果表 單位：m

4 方案提出及規(guī)模分析論證

由于二環(huán)快速路東段工程的逸仙路段施工在即,急需其配套的雨水管排水出路問題,本次方案提出考慮在滿足江尾頭涌及小隱涌防洪排澇的基本功能外,結合現狀管網情況、實施可操作性以及河道周邊土地利用情況,提出中山市二環(huán)快速路東段配套雨水管排水出路方案。雨水管接入方案共三條走線,其中方案一接入到江尾頭涌,方案二、三線位接入到小隱涌。方案示意圖見圖8。

圖8 方案示意圖

江尾頭涌出口新建了規(guī)模為2.4 m3/s的排澇泵站,經調查了解,在雨季時,江尾頭涌經常受小隱涌頂托影響難以實現自排,為防止外江河水倒灌,江尾頭涌以關閘泵排方式實現排澇。由于水利規(guī)劃編制時,將小隱片區(qū)的河道按河網考慮,并不考慮小隱涌對江尾頭涌的頂托作用,且未考慮江尾頭涌泵站的排澇作用,本次需重新復核江尾頭涌在受外江高水位頂托時的排澇能力,并以此評估雨水排水出路接入到江尾頭涌帶來的影響。

4.1 方案一分析

江尾頭涌出口新建了規(guī)模為2.4 m3/s 的排澇泵站,經調查了解,在雨季時,江尾頭涌經常受小隱涌頂托影響難以實現自排,為防止外江河水倒灌,江尾頭涌以關閘泵排方式實現排澇。因水利規(guī)劃按小隱涌流域河網統(tǒng)籌計算,為單獨考慮小隱涌對江尾頭涌的頂托及江尾頭泵站作用,因此本次需重新復核江尾頭涌在受外江高水位頂托時的排澇能力,并以此評估雨水排水出路接入到江尾頭涌帶來的影響。本次需判斷江尾頭涌匯水范圍內遭遇等級不高的洪水,同時受外江小隱涌頂托影響只考慮泵排的工況下的江尾頭涌整體防洪能力。

經調洪演算受外江頂托只考慮泵排情況,在遭遇 5 年一遇洪水時,經調蓄計算,江尾頭涌最高水位2.54 m,現狀江尾頭涌堤頂高程多在2.0 m～2.6 m范圍,泵站調蓄后的河道水位比兩岸大部分堤頂高程稍高,可判斷現狀江尾頭泵站的排澇標準不到5 年一遇,同時可初步判斷江尾頭圍內遭遇5 年一遇以上標準的洪水,同時河道出口受外江頂托,只依靠江尾頭涌泵站排澇,江尾頭涌整體的防洪標準達不到10 年一遇,河道上游低洼處有受淹的風險。

根據現狀二環(huán)快速路東段工程雨水管網設計圖紙,若將雨水排水出路接入到江尾頭涌,逸怡路到江陵東路周邊地塊的匯水將通過二環(huán)快速路東段工程雨水管網匯入到江尾頭涌,這勢必增加江尾頭涌的匯水范圍,并增加片區(qū)的防洪壓力,此外,江尾頭涌可調蓄的涌容不大,現狀江尾頭涌泵站的排澇能力不高,綜合看,為保障片區(qū)的防洪排澇安全,不推薦方案一。

4.2 方案二分析

環(huán)茂一路北側現存一根DN800 雨水管,雨水管出口接入小隱涌,方案二為將環(huán)茂一路現狀雨水管管徑擴大,或原址將雨水管改造成暗涵,雨水出口接入到小隱涌。根據《中山市城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃》,新建地區(qū)的雨水管渠設計重現期按3 年一遇考慮。設計洪水采用市政3 年一遇標準下的計算流量,為8.75 m3/s。采用明渠均勻流公式初步擬定管道或排水渠的規(guī)模[3]。

經計算,在滿足排水要求的前提下,應充分考慮工程的可實施性和經濟性。若采取單根水管排水,不論是否拆除現有DN600 雨水管,所需最小管徑為2 m,采取雙管排水,單根雨水管所需的管徑近1.6 m。從用地、運行維護看,采用箱涵排水的方案更優(yōu)。排除8.75 m3/s流量所需箱涵最小尺寸為2.0 m×2.1 m（寬×高）,參考常用的鋼筋混凝土箱涵孔徑類型表,同時可排澇流量考慮適當盈余,推薦箱涵尺寸為2.0 m×2.5 m（寬×高）[4-5]。

4.3 方案三分析

方案三擬在泮溪花園后方空地鋪設雨水管或者暗涵,雨水出口接入到小隱涌,所需管道或者暗涵的尺寸與規(guī)模與方案二基本一致,僅在管道或暗涵布線與方案二有所區(qū)別。方案三所需管道或暗涵排洪規(guī)模見表4。

表4 方案三各措施所需管道或箱涵規(guī)模計算成果表

4.4 方案選取

方案一將雨水排水出路接入到江尾頭涌,逸怡路到江陵東路周邊地塊的匯水將通過二環(huán)快速路東段工程雨水管網匯入到江尾頭涌,由于江尾頭涌可調蓄的涌容不大,現狀江尾頭涌泵站的排澇能力不高,兩岸堤防整體未完全達到20 年一遇標準,且兩岸民宅遍布,采用方案一會增加片區(qū)的防洪壓力,對片區(qū)的防洪排澇安全是不利的,不推薦方案一。

方案二推薦在環(huán)茂一路北側布置尺寸2.0 m×2.5 m（寬×高）的暗涵接通到小隱涌,該方案可利用現狀雨水管線位進行拓寬建設,工程量減少,節(jié)約了資源成本,且環(huán)茂一路周邊人行道范圍內已征地,暗涵有實施空間。

方案三擬在泮溪花園后方空地鋪設雨水管或者暗涵,雨水出口接入到小隱涌,所需管道或者暗涵的尺寸與規(guī)模與方案二基本一致,但由于選線位置現狀為空地,無建設道路,若實施該方案可能需要征地,相對方案二,在投資成本上有所增加。綜上所述,選用方案二作為本次推薦方案。

方案二將雨水排水出路接入到小隱涌,可避免增加江尾頭村片區(qū)的防洪壓力,對保障片區(qū)的防洪排澇安全是有利的,由于排入小隱涌的流量不大,對小隱涌的防洪排澇影響不大。

方案二可利用現狀管道線位或者人行道進行改建,在征地上的難度不大,可與二環(huán)快速路東段工程逸怡路到江陵東路段同步實施,由于基本不涉及新征地問題,對二環(huán)快速路東段工程施工進度影響較小。

方案二的實施能夠解決周邊地塊的排水,及時將雨水排至小隱涌,對預防江尾頭村等區(qū)域內澇的發(fā)生有積極作用,打通區(qū)域行洪通道,改善周邊地塊的水環(huán)境和周邊人居環(huán)境的同時極大提升周邊的用地價值。

方案二推薦在環(huán)茂一路北側布置尺寸 2.0 m×2.5 m（寬×高）的暗涵接通到小隱涌,該方案可利用現狀雨水管線位進行拓寬建設,工程占地不大,環(huán)茂一路周邊人行道范圍內已征地,暗涵有實施空間,相較重新征地鋪設的方案,方案二工程量減少,節(jié)約了資源成本。

綜上所述,本次推薦方案可行。

5 結語

二環(huán)快速路東段經過火炬區(qū)江尾頭村,道路建設需沿路鋪設配套雨水管,擬將雨水排水口接入到江尾頭涌。本次針對新增雨水排水口接入江尾頭涌進行水文分析,提出推薦方案并進行論證分析,論證結論主要有以下幾方面：

（1）將雨水排水出路接入到江尾頭涌,逸怡路到江陵東路周邊地塊的匯水將通過二環(huán)快速路東段工程雨水管網匯入到江尾頭涌,由于江尾頭涌可調蓄的涌容不大,現狀江尾頭涌泵站的排澇能力不高,兩岸堤防整體未完全達到 20 年一遇標準,且兩岸民宅遍布,雨水排水出路接入到江尾頭涌會增加片區(qū)的防洪壓力,對片區(qū)的防洪排澇安全是不利的,不建議新增雨水排水出路接入到江尾頭涌。

（2）推薦方案利用環(huán)茂一路北側現狀雨水管管位改建成尺寸2.0 m×2.5 m（寬×高）的暗涵,并接通到小隱涌。工程占地不大,環(huán)茂一路周邊人行道范圍內已征地,暗涵有實施空間,相較重新征地鋪設的方案,推薦方案工程量減少,節(jié)約了資源成本,具有較強的操作性。

（3）本次推薦方案箱涵的過流能力能夠滿足過流要求。經過流能力分析計算,能滿足逸怡路到江陵東路新增雨水管匯水范圍內水利30 年一遇及市政3 年一遇相應洪峰流量過流要求,滿足規(guī)劃要求。