缸瓦沙圍外江堤防防潮減災能力提升建設管理實踐

戴 敏

(廣州市南沙區供水和節水事務中心，廣東 廣州 510000)

0 引言

城市水利堤防工程建設對于流域洪澇災害整治和水資源合理利用具有顯著的社會經濟價值和民生安全效益[1]。缸瓦沙圍位于南沙區洪奇瀝水道出口，受洪潮雙重影響，缸瓦沙圍外江堤由于建設時間早，堤身低矮單薄，部分堤段填土密實度不均、局部松散，防洪潮標準不高，抗風暴潮能力低，亟需進行工程加固達標建設。目前關于堤防加固工程的研究主要集中在防滲截滲技術應用[2，3]、工程質量監測與檢測[4]、河道綜合整治[5]、主要施工內容及工藝[6]、水土保持分析與評價[7-8]、工程方案決策優選[10]等方面。

本文以缸瓦沙圍外江堤防綜合整治工程為研究背景，針對工程現狀和存在的主要問題，提出符合南沙區防災減災標準建設的缸瓦沙圍外江堤防加固達標方案，并從流域調洪演算、工程堤防布置、施工建設以及環境影響管理等方面綜合論證方案的科學性。工程建設后可提高缸瓦沙堤圍的防洪潮能力，解決該區經常遭受洪潮侵襲的問題。

1 工程區域現狀及存在問題

1.1 流域概況

缸瓦沙圍位于南沙區南端、珠江入海口之一洪奇瀝水道中，四面環水。缸瓦沙圍外江堤防綜合整治工程位于南沙區萬頃沙鎮民立村屬區內。缸瓦沙圍為圍海而成，現狀堤防為土石結構。缸瓦沙一涌以北的五福圍、同福圍圍墾時間較長，經多年加高加固，圍堤較完整，防洪(潮)標準約20年一遇，堤頂高程3.5～4.0m，堤頂寬3.5～4.0m，五福路民房密集段老堤堤頂寬約2.0m，該段外江邊建有新堤，由于堤頂不通行，部分堤頂蓋有房子。缸瓦沙一涌以南的七零圍堤防低矮單薄，防洪(潮)標準約10年一遇，堤頂高程2.5～2.8m，堤頂寬2.0～2.5m。因而，缸瓦沙圍外江堤防難以抵御洪潮襲擊。工程位置及流域水系分布如圖1所示。

圖1 流域水系分布圖

1.2 徑流特性

缸瓦沙島內多年平均徑流深為825mm，徑流變差系數為0.375，Cs/Cv取2.0，缸瓦沙徑流年際變化不均，最大、最小年徑流量的比值可達4～5。徑流年內分配也不均勻，汛期(4—9月)徑流量占年總量的80～85%，最大徑流量多出現在5、6月份。

1.3 暴雨洪水特性

洪奇瀝水道承泄西、北江的水沙，是徑流較強的河口。西江流域面積大，洪水漲、落相對較緩慢，洪水峰高、量大、歷時長，洪水過程線以多峰型為主。高要站實測最大洪峰流量5500m3/s。北江洪水漲落較快，峰型較尖瘦，即峰高而量相對較小，過程線以單峰和雙峰為主，多峰型過程較少出現。石角站實測最大洪峰流量16700m3/s。珠江流域洪水均產生于暴雨，由于各水系的氣候條件不同，因而各水系洪水的時空分布也不一致，北江發洪較西江早。基于缸瓦沙洪水計算區域分區的暴雨、產流、匯流參數特性，采用廣東省洪峰流量經驗公式法計算洪水成果見表1。

表1 缸瓦沙設計洪水成果表

1.4 工程潮汐特性

洪奇瀝水道水道最高水位主要受臺風暴潮控制。萬頃沙西站年最高潮位多出現在汛期，尤其是夏季受熱帶氣旋的影響引發的風暴潮，常使口門站出現歷史最高潮位，而年最低潮位則出現于枯水期。工程位于洪奇瀝水道出口，萬頃沙西站以下，受洪潮雙重影響。缸瓦沙堤圍設計洪潮水面線成果見表2。

表2 缸瓦沙堤圍設計洪潮水面線成果表

根據典型潮位過程分析，此過程最高潮的峰值接近該站多年平均高潮位(1.94m)，最高潮漲潮歷時小于6小時，落潮歷時大于6小時，最高潮位高于1.5m的歷時不小于3小時，潮位過程曲線如圖2所示。為反映近期潮位出現頻率的特性，通過分析監測站逐日潮位，得到潮位～頻率曲線如圖3所示。由此曲線得知，50%頻率南沙潮位是0.01m，-0.3～0.3m發生的頻率為26.8%，即南沙站的多年平均潮位是0.01m，有26.8%的時間潮位維持在-0.3～0.3m之間。

圖2 典型潮位過程曲線

圖3 潮位～歷時頻率曲線

1.5 建設區工程地質評價

工程區各堤段堤身填土經過多次填筑，成分較復雜，一般以砂質粘性土層為主，各處的含泥量不同，但壓實程度大多較好，部分堤段表部為礫砂及碎石，不同堤段堤身的滲透性存在較大差異。堤基主要由淤泥、淤泥質粘土及淤泥質粉砂層等組成，堤基結構較多，基本均為雙層結構(Ⅱ)。堤基存在的主要工程地質問題有沉降變形、抗滑穩定、及飽和砂土液化等問題。工程區地震動峰值加速度為0.10g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度，工程區區域構造穩定性相對較差。

堤線總長5097.9m。堤防區A、B類基本不存在，主要為C類和D類，占總長分別為74.9%和25.1%。工程區基本均有防護，但部分破損嚴重，岸坡穩定性主要為穩定岸坡、基本穩定岸坡及穩定性差岸坡，占總長分別為24.9%、50%和25.1%。

2 工程排澇規劃與調洪演算

2.1 工程排澇堤線規劃

現狀缸瓦沙外江防洪(潮)堤環島閉合，但部分標準不夠。本工程堤防布置大部分采用原堤線，同時，結合河勢、地形、地質條件與水工建筑物等因素對原有堤線予以調整。

對現狀堤線超出規劃治導線部分，依照《珠江河口綜合治理規劃》要求退堤建設；對現狀堤線不順直，影響水流河勢的部分應予以調整；對于現狀干堤與子堤之間有可利用土地，在條件許可的情況下，可采用增加用地的堤線走向。本次加固缸瓦沙圍外江堤防總長度為5902.6m，其中缸瓦沙一涌以北段(樁號GN0+000～GN4+422.9)長度為4422.9m，以南段(樁號GS0+000～GS1+479.7)長度為1479.7m。

2.2 堤圍水系調洪演算

本次排澇復核計算時，采用“高切林法”法來推求調洪庫容：

式中，qp—頻率為P的洪水時，泵站的排澇流量，m3/s；Vz—滯洪庫容，萬m3。

泵站的排澇流量按20年一遇24小時暴雨所產生的徑流量一天排干，泵站每天工作時間取20h。缸瓦沙堤圍內的水位-庫容關系見表3。

表3 缸瓦沙堤圍內的水位-庫容關系

缸瓦沙堤圍內澇水采用調蓄、自排、抽排相結合的排澇方式，堤圍內起調水位為堤圍內的園地、耕地的高程，其中五福圍為-0.4m，同福圍為-0.6m，七零圍(南沙側)為0.1m，當項目區內澇水位超過起調水位時，如果內河涌水位高于外江水位，則開閘排澇，這時也打開泵站同時進行抽排；如果內河涌水位低于外江，則打開泵站抽排。當堤圍內發生20年一遇暴雨洪水時，充分利用堤圍內水系調蓄及水閘自排，蓄排聯合演算計算成果見表4。

表4 缸瓦沙堤圍內調蓄計算結果

結合泵站站現狀的調度原則，泵站運行調度原則如下：同福圍泵站的運行方式為：進水渠水位達到-0.60m時，啟動電排站。低于-1.00m且繼續下降時，則關閉電排站。五福圍泵站的運行方式為：進水渠水位達到-0.40m時，啟動電排站。低于-1.00m且繼續下降時，則關閉電排站。

3 防洪潮工程整體布局

3.1 工程總體布置

在流域調洪演算的基礎上，本次防洪潮工程總體方案為：加固缸瓦沙圍外江堤防總長度為5902.6m，其中缸瓦沙一涌以北段(樁號GN0+000～GN4+422.9)長度為4422.9m，以南段(樁號GS0+000～GS1+479.7)長度為1479.7m。重建北段同福圍泵站泵房，按現狀自排涵底高程重建自排涵。重建北段五福圍泵站泵房，按現狀自排涵底高程重建自排涵。重建樁號GN3+859.3處泵房(5m×5m)，重新安裝泵及出水管道，無需設置自排涵。重建GN0+663.5處涵洞，重建南段4座排水涵。

3.2 堤岸線布置

工程堤防加高加固總長度為5902.6m，堤頂路面高程根據不同斷面高程不同，具體范圍為3.2～3.7m，防浪墻頂高程為4.04m。根據現狀堤岸結構及完好情況，分為四種加固型式，即舊堤加固段Ⅰ(北段有房屋段)、舊堤加固段Ⅱ(北段無房屋段)、舊堤加固段Ⅲ(北段無房屋段、有子堤)及舊堤加固段Ⅳ(南段)，堤段長分別為0.97km、3.241km、0.188km及1.480km，各堤線特性見表5。

表5 堤線布置特性統計表

3.3 重建泵站布置

重建同福圍及五福圍泵站為堤后式泵房，進水方式主要為正向進水。同福圍泵站廠房寬9.0m，長9.8m，水泵采用一臺80kw(700ZLB-100(0°))和一臺45kw(500ZLB-125(0°))立式軸流泵，單列式布置，利用隔墩將廠房下部分隔為兩個獨立的進水池。將電氣設備布置在廠房上游側樓板上。在泵站進口設置兩扇攔污柵。五福圍泵站廠房寬9.0m，長9.8m，水泵采用兩臺22kw(350ZLB-125(0°))立式軸流泵，單列式布置，利用隔墩將廠房下部分隔為兩個獨立的進水池。將電氣設備布置在廠房上游側樓板上。在泵站進口設置兩扇攔污柵。

由于同福圍泵站內河涌最低水位為-1.00m，進水渠底高程為-2.80m；五福圍泵站內河涌最低水位為-1.00m，進水渠底高程為-2.80m，設備檢修時，采用進水口適當堆放砂包進行檢修，不專門設置檢修閘門。水泵出水采用壓力管道，管道出口設置自動拍門。

4 工程建設管理與評價

4.1 建設環境影響評價與管理

環境影響評價范圍為缸瓦沙圍外江堤防綜合整治工程，評價重點為此工程范圍內水利工程實施對環境的影響。針對工程建設所產生的不利影響采取了多方面的保護措施，在保證發揮工程效益的同時將使不利影響降到最小限度，評價單位分析結果見表6。

4.2 工程經濟分析評價

工程屬于公益型建設項目，該類項目屬于國民經濟的基礎產業和基礎設施，工程的建成將對國家和地區的社會經濟發展產生深遠的影響。計算防洪排澇效益時，參考南沙區水利工程分攤效益，水利工程占圍內總產值的18.5%，則洪排澇效益為3230×18.5%=597.55萬，本工程的防洪效益平均為597.55萬元/年。

工程經濟內部收益率為10.70%，大于社會折現率8%；經濟凈現值為1174.63萬元，大于0；經濟效益費用比為1.23，大于1。以上經濟指標說明本工程在經濟上是可行的。為評價本工程在國民經濟評價中的可靠性，估計項目可能承擔的經濟風險，現按3種不確定因素分析，分別為投資增加10%、效益減少10%和投資增加10%，同時效益減少10%。成果見表7。敏感性分析表明，在各種不利的情況下，經濟指標仍然較好，超過國家規范要求，說明本項目具有較好的抗風險能力。

表7 國民經濟評價敏感性分析成果表(i=8%)

5 結論

本次工程總體方案為加固缸瓦沙圍外江堤防總長度為5902.6m，根據現狀堤岸結構及完好情況，分為四種加固型式，即舊堤加固段Ⅰ(北段有房屋段)、舊堤加固段Ⅱ(北段無房屋段)、舊堤加固段Ⅲ(北段無房屋段、有子堤)及舊堤加固段Ⅳ(南段)，完善堤防加固措施是預防洪澇災害的主要途徑，有助于提升堤防工程的防控等級，降低決堤事故的發生幾率；本文堤防設計未充分考慮到地質條件的影響，建議相關人員應重視地質問題做好地基處理工作，考慮到堤防加高厚度不大，據此可借助于拋石換填的方式進行處理，并希望能夠為類似工程提供借鑒和參考。