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        寧波市中心城區(qū)泵站布局方案的改進(jìn)

        2015-12-31 11:22:38金德鋼
        浙江水利科技 2015年1期
        關(guān)鍵詞:姚江甬江干流

        金德鋼

        (寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,浙江 寧波 315192)

        1 問題的提出

        根據(jù)寧波市的自然地理特點(diǎn),該市市區(qū)平原被甬江、奉化江、姚江自然分割成3塊,其河網(wǎng)分屬鄞東南 (上游江口西塢平原)、鄞西、江北鎮(zhèn)海3大水系,各個(gè)水系之間由于存在外江感潮河道,基本處于分割獨(dú)立狀態(tài),干流河道除姚江河口有閘阻咸外,甬江、奉化江均為感潮河道[1]。

        姚江干流出口建有姚江大閘,上游建有蜀山大閘。奉化江上游剡江建有蕭鎮(zhèn)橡膠壩,東江、縣江、鄞江均建有閘壩擋排水。奉化江干流、甬江干流沿岸建有眾多的沿江平原排澇閘。

        寧波中心城區(qū)主要位于鄞東南、鄞西和江北鎮(zhèn)海平原。鄞東南片主要分布有江東區(qū)、鄞州區(qū)、高新區(qū)和東部新城,為寧波市政治經(jīng)濟(jì)文化中心。

        2012 年“??迸_風(fēng)、2013年“菲特”臺風(fēng),雨量大,潮位高,平原區(qū)淹沒時(shí)間長,奉化江沿江水閘臺風(fēng)過程中幾乎沒有排水時(shí)間,給寧波市造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,也引起各級有關(guān)部門的重視和反思。

        本文通過對干流實(shí)測水位過程和分布,分析泵閘間排水的相互影響關(guān)系和排澇泵站規(guī)模和布設(shè)的合理性,以求合理的流域泵站工程布局方案,供修編流域規(guī)劃參考。

        2 流域規(guī)劃泵站設(shè)置情況

        泵站系統(tǒng)作為平原排水系統(tǒng)的重要組成部分,在歷次規(guī)劃中都非常重視。根據(jù)《甬江流域防洪治澇規(guī)劃》規(guī)劃,鄞東南平原沿甬江和奉化江共布置泵站9座,總流量480m3/s;鄞西平原沿奉化江和姚江共布置泵站7座,總流量213m3/s;江北鎮(zhèn)海平原沿姚江、甬江以及出??诠膊贾?座,總規(guī)模164m3/s。這些泵站在選址上充分考慮了與其配套的排水系統(tǒng)建設(shè),都位于平原排水干河的出口,為了保障中心城區(qū)的防洪排澇安全,將規(guī)模較大的泵站盡量布置在城郊,使中心城區(qū)除自身產(chǎn)水之外的洪澇水盡快在進(jìn)入中心城區(qū)前,通過排水系統(tǒng)排至外江,以緩解中心城區(qū)的防洪排澇壓力。中心城區(qū)規(guī)劃泵站布置見圖1。

        圖1 中心城區(qū)規(guī)劃泵站布置圖

        3 2場臺風(fēng)對防洪排澇系統(tǒng)的影響

        甬江流域綜合規(guī)劃只是提出超標(biāo)準(zhǔn)洪水泵站布置總規(guī)模,未進(jìn)行具體布局,而甬江流域防洪排澇規(guī)劃對泵站布局進(jìn)行專題研究,主要考慮河道輸水的匹配性,選址落地的可能性,直接將泵站布局在骨干河道出口,分析計(jì)算出各泵站排水時(shí)間和水量,但未深入分析研究泵閘排水間相互影響。此次研究結(jié)合2場臺風(fēng)洪水的實(shí)際情況,通過干流水位過程分析閘泵排水間的相互關(guān)系,提出泵站布局的合理調(diào)整。

        干流水位的高低過程對平原和干流排水能力影響極大,歷次規(guī)劃均未對干流水位過程對流域防洪排澇進(jìn)行深入研究,一味相信一維河網(wǎng)非恒定流模型[2]計(jì)算的成果,對計(jì)算過程從未有人進(jìn)行深入研究,尤其是對排澇泵站位置和規(guī)模對整個(gè)流域排澇的影響。干流水位一方面受自然潮水位影響,另一方面受到奉化江干流洪水和水閘排水的影響,尤其是受姚江大閘排水影響。姚江大閘的排水填低潮位直接決定了寧波三江口水位,導(dǎo)致整個(gè)奉化江水位上抬。

        3.1 “??迸_風(fēng)期間干流及閘上水位分析

        2012年08 月06 —12 日,三江干流洪潮最高水位基本達(dá)2.50m以上,各水位站基本情況見表1。

        表1 各水位站基本情況表

        北渡站最高水位2.98m,超保證水位達(dá)34h,但超該段奉化江兩岸平原保證水位2.00m達(dá)94h,致使兩岸水閘無法開啟排水;澄浪堰站最高水位3.08m,超保證水位達(dá)3h,但超該段奉化江兩岸平原保證水位2.00m達(dá)94h,致使兩岸水閘無法開啟排水;鎮(zhèn)海站最高水位3.09m(超過20a一遇設(shè)計(jì)高潮位),雖僅超保證水位3h,但高水位持續(xù)時(shí)間 (按2.00m計(jì)算)達(dá)19h,致兩岸平原澇水外排困難;姚江閘下最高水位3.13m,持續(xù)的高潮位頂托姚江大閘排水,致使姚江上游余姚、丈亭站高水位超保證水位持續(xù)時(shí)間達(dá)40h以上 (見圖2~3)。

        3.2 “菲特”臺風(fēng)期間干流及閘上水位分析

        2013年10 月05 —15 日,三江干流洪潮最高水位基本達(dá)2.50m以上,各水位站基本情況見表2。

        表2 各水位站基本情況表

        北渡站最高水位3.38m,超保證水位達(dá)86h,但超該段奉化江兩岸平原保證水位2.00m達(dá)148h,致使兩岸水閘無法開啟排水;澄浪堰最高水位2.88m,超保證水位達(dá)4h,但超該段奉化江兩岸平原保證水位2.00m達(dá)114h,致使兩岸水閘無法正常開啟排水;梅墟、鎮(zhèn)海站最高水位2.68m(超過5a一遇設(shè)計(jì)高潮位),高水位持續(xù)時(shí)間 (按2.00m計(jì)算)才23h,水閘可正常啟閉,平原澇水可正常外排;姚江閘下最高水位2.92m,持續(xù)的高潮位頂托姚江大閘排水,致使姚江上游余姚、丈亭站高水位超保證水位持續(xù)時(shí)間達(dá)95h以上。

        “海葵”、“菲特”臺風(fēng)干流水位過程線與干流相應(yīng)閘上水位過程線見圖4~5。

        圖2 2012年08月“??迸_風(fēng)干流水位過程線圖

        圖3 2012年08月“??迸_風(fēng)干流相應(yīng)閘上水位過程線圖

        圖4 2013年10月“菲特”臺風(fēng)干流水位過程線圖

        圖5 2013年10月“菲特”臺風(fēng)干流相應(yīng)閘上水位過程線圖

        3.3 干流水位與排澇影響分析

        通過以上數(shù)據(jù)分析,奉化江澄浪堰斷面以上受洪水控制影響嚴(yán)重,菲特期間超過2.00m以上水位達(dá)到114h,北渡更是達(dá)到148h,閘排時(shí)間及其有限,而梅墟閘基本上與鎮(zhèn)海潮位過程同步,水閘排水基本上不受臺風(fēng)影響。梅墟~澄浪堰之間水閘排水受臺風(fēng)影響,候潮排水時(shí)間大大減少,但尚能每潮排水。

        4 泵站選址對平原排澇的影響分析

        4.1 設(shè)置泵站的目的

        泵站設(shè)置的目的是在水閘在遇到外江頂托閘門不能發(fā)揮作用時(shí),啟用泵站排水,它是彌補(bǔ)水閘排水不足而采用的工程措施[3],泵站工程一方面可解決外江外海頂托閘門排水不暢的問題,另一方面可替代大規(guī)模新開河道方案,同時(shí)還可應(yīng)對城市面積進(jìn)一步擴(kuò)大,下墊面條件變化較大等問題,具有一定的可持續(xù)性。

        選址合理與否直接影響區(qū)域排澇水平,按照甬江流域防洪排澇規(guī)劃,甬江流域共設(shè)置1125m3/s沿奉化江、姚江、甬江布設(shè)的強(qiáng)排泵站。其中中心城區(qū)的鄞東南平原、鄞西平原、江北鎮(zhèn)海平原分別設(shè)置 480,213,164m3/s[4-5]。

        強(qiáng)排泵站分布與河道排水方向密切相關(guān),流域規(guī)劃將強(qiáng)排泵站分為2類[5]。

        4.2 泵站選址合理性分析

        流域防洪治澇規(guī)劃對選址也進(jìn)行過初步分析,余姚、江北、奉化、鄞西泵站由于處于流域中上游,選址對水閘排水影響不大,鄞東南、鎮(zhèn)海平原泵站選址對水閘排水影響相對較大,尤其是鄞東南平原,合理的泵站選址對水閘和整個(gè)平原排澇影響極大,故此次主要集中分析鄞東南片泵站選址的合理性,供以后規(guī)劃調(diào)整參考。流域規(guī)劃原則是在泵站總規(guī)模論證的基礎(chǔ)上,根據(jù)“山區(qū)洪水、農(nóng)田澇水盡量不進(jìn)城”的治理思路,進(jìn)行泵站布局。但實(shí)際布局中最后并未完全按此原則,而是按照排水系統(tǒng)過流匹配的原則進(jìn)行。

        流域規(guī)劃鄞東南片泵站主要分布在甬江干流和奉化江干流。甬江主要集中布置在王家洋、界牌、甬新閘和印洪,奉化江主要有廟堰、銅盆浦、道士、楝樹、張家。規(guī)模分別為40,150,120,30,30,50,20,20,20m3/s。

        根據(jù)甬江流域防洪治澇規(guī)劃,沿甬江排澇水閘和泵站排水情況見表3,沿奉化江排澇水閘和泵站排水情況見表4。

        表3 沿甬江排澇水閘和泵站排水情況表

        表4 沿奉化江排澇水閘和泵站排水情況表

        由表3、4可知,沿奉化江泵排水量與閘排水量基本一致,閘排時(shí)間明顯小于甬江干流,而沿甬江泵站規(guī)模達(dá)到340m3/s,排水僅2604萬m3,沿甬江排水總能力為17951萬m3,而無泵站時(shí)沿甬江閘排能力也能達(dá)到17062萬m3,泵站實(shí)際貢獻(xiàn)排水量僅889萬m3,只需100m3/s左右,而奉化江泵站規(guī)模僅140m3/s,排水能力也基本達(dá)到2366萬m3,沿奉化江排水總能力為6791萬m3,而無泵站時(shí)沿奉化江閘排能力只能達(dá)到5943萬m3,泵站實(shí)際貢獻(xiàn)排水量為848萬m3,在泵站規(guī)模相差2倍以上的情況下,奉化江泵排能力與沿甬江泵排能力接近。尤其像“菲特”臺風(fēng)情況,奉化江水閘有114~148h無法排水情況下,與流域規(guī)劃閘排時(shí)間相差很大,泵站更能發(fā)揮作用,而甬江沿岸水閘只有22h左右受潮位影響不能排水,需泵站輔助排水,與流域規(guī)劃泵站排水基本接近。

        根據(jù)“??薄ⅰ胺铺亍迸_風(fēng)實(shí)際,奉化江在現(xiàn)狀情況下臺風(fēng)期間排水時(shí)間極其有限,必須加大泵站規(guī)模的配置,如果奉化江泵站規(guī)模達(dá)到340m3/s,奉化江相應(yīng)泵站排水將增加至6000萬m3,可以彌補(bǔ)沿江水閘無法排水的困擾,同時(shí)可降低姜山、云龍、鄞州中心區(qū)澇水位,降低洪澇損失。減少甬江沿岸泵站規(guī)模至100~140m3/s,不會(huì)對沿甬江排水產(chǎn)生明顯影響。

        同理,對江北鎮(zhèn)海泵站設(shè)置也提出原則性修改意見,減少直接排海和排入甬江下游泵站規(guī)模,加大江北入姚江、甬江的泵站規(guī)模。

        5 結(jié)語

        根據(jù)干流水位對排澇影響分和泵站選址合理性分析,得到如下結(jié)論:

        (1)對感潮河段,泵站選址盡量往平原中上游靠,泵站盡量設(shè)置在由洪水控制區(qū)段,能最大發(fā)揮泵站效率。

        (2)受潮水控制河段,盡量增加水閘寬度,提高排水效果。

        (3)應(yīng)明顯縮減沿甬江干流排澇泵站規(guī)模至100~140m3/s以內(nèi),加大沿奉化江干流排水泵站規(guī)模至340~380m3/s,可明顯改善鄞東南區(qū)域排水狀況,降低區(qū)域澇水位,縮短排水時(shí)間。

        (4)加大江北向姚江、甬江泵排能力,減少鎮(zhèn)海直接排海泵站規(guī)模。

        為盡快改善各片平原特別是城區(qū)排水條件,提高防洪潮標(biāo)準(zhǔn),從總體治理措施出發(fā),結(jié)合當(dāng)前寧波城市發(fā)展和寧波經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求,就今后幾年工作提出以下幾點(diǎn)建議[6]:

        (1)加快干流防洪工程封閉,改造排澇主干河上的卡口橋梁和河段。

        (2)加快洪水管理與流域的調(diào)度方案研究,以指導(dǎo)全流域下一步水利建設(shè)和防汛調(diào)度的決策。

        (3)及早啟動(dòng)奉化江、姚江沿江泵站建設(shè),在水閘排水受阻情況下確保各片平原澇水能迅速向外江干流排出。

        [1]方國華,金德鋼.甬江流域洪水復(fù)核及城市防洪能力復(fù)核[R].寧波:寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2005.

        [2]方國華,金德鋼.甬江流域河網(wǎng)水利計(jì)算模型研究及應(yīng)用[J]. 災(zāi)害學(xué),2009,24(2):41-45.

        [3]黃昉.鄞東南排澇規(guī)劃[R].杭州:浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,2002.

        [4]黃昉.寧波市城區(qū)內(nèi)河整治規(guī)劃[R].杭州:浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,2003.

        [5]金德鋼.甬江流域防洪治澇規(guī)劃[R].寧波:寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2011.

        [6]金德鋼.“麥莎”、“卡努”臺風(fēng)北侖雨型對鄞東南影響分析及對策措施研究報(bào)告[R].寧波:寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2006.

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