陳 晨，梁 艷，許珊珊

（河海大學設計研究院有限公司,江蘇 南京 210098）

黃金河是一條穿越句容經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的丘陵區(qū)河道,流域地形比降大,降雨匯流速度快,加之上游水庫工程年久失修,調(diào)洪能力不足,洪水峰高量大,導致河道行洪水位高,下游開發(fā)區(qū)澇水無法及時排除,因洪致澇。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,開發(fā)區(qū)建成區(qū)面積不斷增加,下墊面條件改變進一步增加了匯流流量,加劇了開發(fā)區(qū)澇情。針對這一問題,在積極推進海綿城市建設,降低開發(fā)區(qū)徑流系數(shù),減小匯水流量的同時,通過擴建水庫以增加洪水調(diào)蓄空間,拓浚河道以擴大洪水出路,降低河道行洪水位,緩解內(nèi)澇,為開發(fā)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供安全保障。

1 基本情況

黃金河位于江蘇鎮(zhèn)江句容市,北起黃金壩水庫,向南匯入句容河,全長4.2 km,河道上游兩岸為丘陵區(qū),下游為平原區(qū),河底高程16.3 m~8.0 m,河道比降6.92‰。黃金河是句容經(jīng)濟開發(fā)區(qū)重要的排澇通道,承擔上游丘陵區(qū)水庫洪水以及下游開發(fā)區(qū)建成區(qū)澇水排除任務,匯水面積19.08 km2。

黃金河上游有三合壩水庫、黃金壩水庫和橫塘水庫共三座水庫。其中,黃金壩水庫為?。?）型,三合壩水庫、橫塘水庫規(guī)模均不足?。?）型。三合壩水庫為位于黃金壩水庫上游的串聯(lián)水庫,洪水匯入黃金壩水庫,再通過黃金壩水庫溢洪壩匯入黃金河,黃金壩水庫溢洪壩現(xiàn)已損毀,水庫調(diào)蓄洪水能力降低。橫塘水庫位于黃金壩水庫下游,通過現(xiàn)有泄洪涵洞匯入黃金河。開發(fā)區(qū)澇水主要通過支流杜家山河、排水管涵匯入黃金河。黃金河現(xiàn)有滾水壩12座,跨河橋梁12座[1]。

由于現(xiàn)狀河道斷面窄,河道沿線滾水壩、橋梁等均有一定阻水,河道行洪能力不高,加之上游水庫溢洪壩損壞,水庫調(diào)蓄能力降低,增加了河道行洪壓力,導致河道行洪水位偏高,下游開發(fā)區(qū)建成區(qū)因洪致澇,給開發(fā)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展帶來不利影響。

2 水文分析計算

2.1 河道流量計算

黃金河上游為丘陵區(qū),地面比降大,生態(tài)植被覆蓋率高；下游為開發(fā)區(qū),比降相對較小,建成區(qū)面積占比較大。根據(jù)地形條件、下墊面情況,將黃金河匯水區(qū)分為丘陵區(qū)、開發(fā)區(qū),丘陵區(qū)又分為三合壩—黃金壩水庫、橫塘水庫兩個水文計算單元,開發(fā)區(qū)按城市主干道路及雨水管布置,劃分為6 個水文計算單元。

山丘區(qū)設計洪水計算采用瞬時單位線計算法。由于黃金壩水庫原有溢洪道已經(jīng)損毀,橫塘水庫泄洪通道也已年久失修,水庫調(diào)蓄洪水能力下降,因此,水庫現(xiàn)狀下泄流量按洪峰流量乘以削峰系數(shù)計,削峰系數(shù)按經(jīng)驗取0.9。

開發(fā)區(qū)設計洪水分別采用城市排水公式法和瞬時單位線法計算,并對兩種方法計算的成果進行對比,選擇安全、合理的成果作為設計流量成果。

2.2 河道水面線推算

建立HEC-RAS一維水動力模型推求河道設計水位。以實測地形圖作為背景描繪河道趨勢線,根據(jù)實測河道橫斷面錄入橫斷面數(shù)據(jù),分河段選擇糙率,漿砌塊石岸坡、坡面平整河段糙率取0.025,自然岸坡、坡面不平整河段,糙率取0.030；再輸入滾水壩、橋梁等建筑物資料[2]。

模型上邊界采用流量邊界,按各水文計算單元流量匯入位置錄入流量。模型下邊界采用水位邊界,為承泄河道在黃金河口門位置處設計水位。

3 河道治理方案設計

3.1 方案一：擴建水庫

維持河道現(xiàn)狀規(guī)模,對局部河段進行清淤、整坡,擴建上游水庫,增加水庫調(diào)洪庫容,將水庫洪水與城市澇水錯峰排除。

現(xiàn)狀黃金河最大排澇能力為63.1 m3/s,城市匯水區(qū)設計流量55.7 m3/s,現(xiàn)狀河道排澇能力大于城市匯水區(qū)設計流量。水庫匯水區(qū)洪水全部滯蓄在水庫,城市澇水全部排除后,再開閘泄洪,并控制泄洪流量不超過河道行洪能力。

方案一需擴建水庫,增加水庫蓄滯洪水庫容。經(jīng)計算,20 年一遇降雨工況下,擴建后水庫庫容為：三合壩水庫97.4 萬m3,黃金壩水庫65.0 萬m3,橫塘水庫44.5 萬m3；水庫新增淹沒面積為：三合壩水庫34.5 萬m2,黃金壩水庫30.0 萬m2,橫塘水庫16.2 萬m2。

3.2 方案二：拓浚河道

按原標準修復水庫泄洪建筑物,對庫區(qū)進行清雜,維持水庫原庫容規(guī)模,通過拓浚下游河道,擴大洪水出路,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

方案二水庫庫容分別為：三合壩水庫8.4 萬m3,黃金壩水庫14.0 萬m3,橫塘水庫8.3 萬m3；水庫淹沒面積為：三合壩4.8 萬m2,黃金壩6.0 萬m2,橫塘3.9 萬m2。水庫沒有新增淹沒面積。

方案二水庫調(diào)蓄庫容小,水庫泄洪流量按洪峰流量乘以經(jīng)驗削峰系數(shù),黃金壩水庫泄洪流量79.5 m3/s,橫塘水庫27.7 m3/s。水庫泄洪流量加開發(fā)區(qū)匯流流量即為河道設計流量,因此,黃金河最大設計流量為162.9 m3/s。

建立一維水動力模型,根據(jù)黃金河設計流量、承泄河道水位,按河道最高水位低于地面一定高度以不影響城市管網(wǎng)排水的原則,通過試算確定規(guī)劃河道斷面。根據(jù)計算成果,規(guī)劃河道拓寬寬度為9 m,將新增開發(fā)區(qū)永久占地面積3.68 萬m2。

3.3 方案三：重建水庫與河道整治相結合

擴建上游水庫與拓浚下游河道相結合,擴建水庫以增加水庫調(diào)洪庫容,降低水庫泄洪流量峰值,同時拓浚下游河道,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

3.3.1 水庫下泄流量

根據(jù)項目區(qū)實測地形,確定水庫新增淹沒范圍并計算水庫最大庫容,繪制水庫調(diào)洪演算曲線,進行調(diào)洪演算,確定水庫下泄流量。經(jīng)計算,三合壩水庫、黃金壩水庫最大下泄流量53.1 m3/s,橫塘水庫最大下泄流量22.1 m3/s。

方案三水庫庫容為：三合壩水庫18.2 萬m3,黃金壩水庫35.3 萬m3,橫塘水庫9.6 萬m3；水庫新增淹沒面積為：三合壩水庫3.1 萬m2,黃金壩水庫9.0 萬m2,橫塘水庫0.2 萬m2。

3.3.2 河道設計流量

根據(jù)流量計算成果,將開發(fā)區(qū)各計算單元流量與丘陵區(qū)水庫泄洪流量疊加,得黃金河不同河段設計流量。20 年一遇工況下,開發(fā)區(qū)匯流流量55.7 m3/s,水庫下泄流量分別為53.1 m3/s、22.1 m3/s,疊加后得黃金河最大設計流量為130.9 m3/s。

3.3.3 河道規(guī)劃斷面

建立一維水動力模型,根據(jù)流量、水位邊界,按河道最高水位低于兩岸地面一定高度以不影響城市管網(wǎng)排水的原則,通過試算確定規(guī)劃河道斷面。根據(jù)分析計算成果,規(guī)劃河道河口擴寬寬度為6.0 m,新增開發(fā)區(qū)永久占地面積2.79 萬m2。

4 河道治理方案選取

方案一優(yōu)點是不需拓浚河道,河口寬維持現(xiàn)狀,河道工程無新增占地。缺點是擴建水庫規(guī)模偏大,三座水庫規(guī)模均達?。?）型,總淹沒面積達80.7 萬m2,水庫洪水位偏高,水庫大壩施工難度大。且受城市總體規(guī)劃用地性質(zhì)制約,橫塘水庫不具備擴建條件。

方案二優(yōu)點是不須擴建上游水庫,僅修復原泄流建筑物,對庫區(qū)進行清雜。缺點是規(guī)劃河道口寬較寬,河道拓寬工程永久占地面積達3.68 萬m2,比方案三大0.89 萬m2,尤其在行人便橋2（河道里程 2660）下游,兩岸廠房、居民住宅距離河岸較近,拆遷量較大,導致工程投資高[3]。

方案三優(yōu)點是在滿足行洪排澇要求的同時,盡量減小工程永久占地面積與拆遷量,河道拓寬新增永久占地2.79 萬m2,小于方案二永久占地,且盡可能減少拆遷量。適度擴建水庫也滿足城市總體規(guī)劃對建設郊野公園,提升水環(huán)境水景觀的要求。缺點是需要將水庫工程、河道工程均實施完成后,才能完全發(fā)揮工程效益。

因此,綜合考慮工程實施與城市總體規(guī)劃的符合性,工程占地、投資大小,工程施工難易程度等因素,黃金河整治工程推薦采用方案三：結合城市總體規(guī)劃,擴建上游水庫,增加水庫調(diào)洪庫容,降低水庫泄洪流量峰值,同時拓浚河道,擴大洪水出路,提升河道行洪能力,降低河道水位。

表1 不同治理方案參數(shù)統(tǒng)計表

5 結語

1）丘陵區(qū)由于地形比降大,降雨匯流速度快,洪水峰值高。穿越開發(fā)區(qū)的丘陵區(qū)河道高水位運行極易造成開發(fā)區(qū)澇水排除困難,因洪致澇。丘陵區(qū)河道治理可采用增加洪水調(diào)蓄庫容,降低洪峰流量,和拓浚河道,擴大行洪出路等方案,降低河道行洪水位。

2）黃金河治理通過“擴建水庫”“拓浚河道”“擴建水庫與拓浚河道相結合”三種方案比選,選擇符合城市總體規(guī)劃,工程占地和投資小,實施難度相對底的方案,即“擴建水庫與拓浚河道相結合”方案。

3）水庫擴建工程與河道拓浚工程實施完成后,將有效降低河道行洪水位,緩解開發(fā)區(qū)內(nèi)澇,為當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展提供安全保障。