張 穎，趙燕霞，顧 冬

（1.南京市江寧區(qū)水務(wù)局，江蘇 南京 210000；2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

哪吒河屬秦淮河水系，原為直通溧水河的一級(jí)支流，是南京市江寧區(qū)祿口街道和秣陵街道的界河。上世紀(jì)八十年代初期，因水系整治需要，于河口打壩，從而使哪吒河變?yōu)閮?nèi)河。2005年，河道上游的空港工業(yè)園開(kāi)發(fā)建設(shè)，改變了流域下墊面條件，增加了河道兩岸受淹風(fēng)險(xiǎn)，尤以2007年內(nèi)澇最為嚴(yán)重，兩岸共計(jì)5500畝農(nóng)田受淹。2011年，為解決河道兩岸農(nóng)田受淹問(wèn)題，于河口新建排澇泵站，泵站設(shè)計(jì)流量6.4m3/s。

近年來(lái)，由于祿口集鎮(zhèn)和空港新城的開(kāi)發(fā)建設(shè)，城市面積不斷擴(kuò)大，排水工況日益復(fù)雜，排澇要求也不斷提高，加上極端天氣頻發(fā)，區(qū)域的排澇形勢(shì)十分嚴(yán)峻。2016年汛期，秦淮河流域普降大雨，天祿大道（跨哪吒河市政道路）及哪吒河右堤多處漫堤，淹及堤后魚塘；2020年6月15日，江寧區(qū)短期強(qiáng)降雨，哪吒河水位驟升，在高水位持續(xù)浸泡下，河道迎水坡多處大面積坍塌。

2016年，南京市規(guī)劃局江寧分局主持編制了《祿口新城市政專項(xiàng)規(guī)劃》，對(duì)祿口新城60.35km2區(qū)域的豎向、水系、排水、管線等分別進(jìn)行規(guī)劃，并融入了海綿城市規(guī)劃理念，在水安全、水生態(tài)、水環(huán)境和水資源等方面確定海綿城市建設(shè)指標(biāo)體系，通過(guò)生態(tài)護(hù)岸、植被緩沖帶、海綿道路、海綿綠地等相關(guān)措施，實(shí)現(xiàn)社會(huì)水循環(huán)和自然水循環(huán)相互貫通。

本文以哪吒河為研究對(duì)象，通過(guò)分析其來(lái)水與排水情況，按現(xiàn)狀工況和規(guī)劃工況分別研究水文特性，計(jì)算河道流量和河口泵站排澇規(guī)模，在此基礎(chǔ)上提出河道和泵站的調(diào)度運(yùn)行方案。

1 研究范圍

哪吒河位于祿口新城規(guī)劃區(qū)東南側(cè)，上游與如意湖（調(diào)蓄景觀湖）兩條通湖河道連通，下游通過(guò)河口泵站進(jìn)入溧水河，泵站規(guī)模為6.4m3/s。河道總長(zhǎng)3.5km，左岸為南京市江寧區(qū)秣陵街道，右岸位于南京市江寧區(qū)祿口街道。

哪吒河上游主排祿口空港新城來(lái)水，該區(qū)域地面高程7.1～30.2m，起伏很大，整體地勢(shì)呈中間高兩側(cè)低、南高北低的形態(tài)。哪吒河位于區(qū)域東北角，附近地面高程9.5m左右，根據(jù)《祿口新城市政專項(xiàng)規(guī)劃》屬于低排區(qū)，但因空港新城排水系統(tǒng)尚未完全建成，現(xiàn)狀存在高低水混排的情況，因此哪吒河目前尚承擔(dān)高水低排任務(wù)。

據(jù)此，本研究分別按現(xiàn)狀工況和規(guī)劃工況確定河道匯水范圍。

1.1 現(xiàn)狀工況匯水范圍

現(xiàn)狀工況為哪吒河上游如意湖已建成，但輔湖及通湖河道均未開(kāi)工，排水仍然是高低水混排。此時(shí)河道匯水面積7.63km2，分為山丘區(qū)3.36km2（高低水混排區(qū)）、農(nóng)業(yè)圩區(qū)3.58km2（低排區(qū)）和附近居民小區(qū)0.69km2（低排區(qū)）。

1.2 規(guī)劃工況匯水范圍

規(guī)劃工況為哪吒河上游如意湖及通湖河道均已建成，場(chǎng)地高程滿足設(shè)計(jì)要求，管網(wǎng)均建設(shè)完工，整體達(dá)到《祿口新城市政專項(xiàng)規(guī)劃》要求，如意湖通湖河道設(shè)置控制閘門，汛期主要通過(guò)楚風(fēng)河閘、旱河閘排洪，洪水不進(jìn)入哪吒河。此時(shí)哪吒河河道匯水面積6.8km2，分為山丘區(qū)2.53km2，農(nóng)業(yè)圩區(qū)3.58km2和附近居民小區(qū)0.69km2，均為低排區(qū)。

2 排澇標(biāo)準(zhǔn)

哪吒河上游為城鎮(zhèn)圩區(qū)，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇降雨內(nèi)河水位不超排澇控制水位；下游為農(nóng)業(yè)圩區(qū)，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇澇水雨后24h排出；管道設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)區(qū)取3a。

3 設(shè)計(jì)暴雨

3.1 設(shè)計(jì)面暴雨

因區(qū)域乏實(shí)測(cè)洪水資料，參照常規(guī)，設(shè)計(jì)暴雨采用《江蘇省暴雨洪水圖集》法計(jì)算，查得各歷時(shí)暴雨點(diǎn)面折算系數(shù)K，據(jù)此得各歷時(shí)各重現(xiàn)期設(shè)計(jì)面暴雨見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨及面暴雨計(jì)算表

3.2 設(shè)計(jì)凈雨

采用圖集法雨型，采用同頻率法放大對(duì)典型雨型進(jìn)行放大。將典型暴雨按最大24h、6h、1h雨量采用同頻率法縮放至20a一遇設(shè)計(jì)暴雨。設(shè)計(jì)凈雨按設(shè)計(jì)暴雨每小時(shí)扣損1mm計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程

4 哪吒河排水計(jì)算

4.1 現(xiàn)狀工況

（1）山丘區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

現(xiàn)狀工況下，哪吒河上游排水面積3.36km2，均為山丘區(qū)，干流比降5.679‰。

根據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集》（1984），區(qū)域匯水面積為3.36km2，流量系數(shù)Fc=F/（3.6Δt），得到Fc=0.93。各時(shí)段總徑流量Ii=Ri×Fc，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 研究區(qū)20a一遇時(shí)段總徑流量Ii

匯水區(qū)為山丘區(qū)，采用《江蘇省暴雨洪水圖集》（1984）中的瞬時(shí)單位線法推求洪水過(guò)程線。計(jì)算區(qū)

位于蘇南山丘區(qū)，m2=1/3，m1通過(guò)以下公式求得：

當(dāng)P＞5%時(shí)，m1=4.3（F/J）0.28；

當(dāng)P≤5%時(shí)，m1=3.2（F/J）0.28。

干流比降為5.679‰，當(dāng)P=5%時(shí)，m1=1.45。查m1和Δt=1h的單位線關(guān)系表，線性插值得該區(qū)1h單位線，乘以時(shí)段總徑流量，并錯(cuò)開(kāi)相加，得到設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線見(jiàn)表4。

表4 研究區(qū)20a一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程

根據(jù)哪吒河上游山丘區(qū)20a一遇入流過(guò)程，得到洪峰流量48.04m3/s。

（2）農(nóng)業(yè)圩區(qū)排澇

農(nóng)業(yè)圩區(qū)地勢(shì)低洼，暴雨徑流難以自排，往往需要排澇泵站輔助排澇[1]，合理設(shè)置排澇動(dòng)力、確定排澇模數(shù)，對(duì)提高排澇效率，降低澇災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失而言意義重大[2]。

哪吒河下游左岸為秣陵聯(lián)圩，根據(jù)《江寧區(qū)秣陵街道水利工程建設(shè)規(guī)劃（報(bào)批稿）》，排澇流量為2.69m3/s。

哪吒河下游右岸為祿口聯(lián)圩，根據(jù)《南京市江寧區(qū)祿口街道水利工程建設(shè)規(guī)劃報(bào)告（修訂稿）》，排澇流量為1.94m3/s。

（3）居民小區(qū)排澇

哪吒河下游右岸局部為奧斯博恩莊園居民小區(qū)，現(xiàn)狀通過(guò)泵站排澇，排澇規(guī)模為3.0m3/s。

（4）河道總排水流量

通過(guò)以上數(shù)據(jù)累計(jì)，哪吒河山丘區(qū)、農(nóng)業(yè)圩區(qū)、居民小區(qū)總排水洪峰流量為55.67m3/s。

（5）河道控制水位計(jì)算

河口泵站現(xiàn)狀排澇能力為6.4m3/s，哪吒河河道長(zhǎng)3.75km，寬85m，將其概化為小水庫(kù)，采用水庫(kù)調(diào)洪演算推算最大調(diào)蓄水深[3-4]。哪吒河河道調(diào)蓄水位—庫(kù)容—出流關(guān)系見(jiàn)表5。

表5 哪吒河調(diào)蓄水位—庫(kù)容、水位—出流能力關(guān)系

哪吒河調(diào)洪演算過(guò)程詳見(jiàn)表6。

表6 哪吒河調(diào)洪演算過(guò)程（20a一遇）

在河口泵站6.4m3/s、起調(diào)水位7.5m（河道常水位）條件下，哪吒河最高水位為9.77m，調(diào)蓄水深為2.27m。此時(shí)跨河道路天祿大道受淹（路面高程9.5m），與實(shí)際相符。

4.2 規(guī)劃工況

（1）管網(wǎng)排水能力

哪吒河上游匯水區(qū)域內(nèi)降雨產(chǎn)流先匯入雨水管網(wǎng)，通過(guò)管網(wǎng)排入哪吒河。澇水排入哪吒河上游的過(guò)程受雨水管網(wǎng)的排水能力約束，因此需要復(fù)核雨水管網(wǎng)排水能力。

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014—2014）規(guī)定，特大城市非中心城區(qū)，雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2～3a；中心城區(qū)的重要地區(qū)，雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為5～10a。本次雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期取3a。

徑流系數(shù)選取依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2014）規(guī)定，綜合排水區(qū)用地性質(zhì)，綜合考慮定為0.5。

（2）排澇計(jì)算

a.內(nèi)河入流過(guò)程

基于圩區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)條件的設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程計(jì)算產(chǎn)流得到凈雨過(guò)程，以管道排水能力為上限，排入內(nèi)河河道。當(dāng)凈雨過(guò)程流量小于管道排水能力時(shí)按凈雨過(guò)程流量入內(nèi)河，否則以管道排水能力入內(nèi)河。

以管道3a一遇排水能力（取α=0.5，t=60min，h=27.60mm/h）為控制，推求內(nèi)河入流過(guò)程，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 內(nèi)河入流過(guò)程

b.排澇規(guī)模計(jì)算

根據(jù)常規(guī)內(nèi)河調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)，擬定哪吒河調(diào)蓄水深1.0m，即最高控制水位8.5m條件下，哪吒河調(diào)洪演算過(guò)程詳見(jiàn)表8。

表8 規(guī)劃工況下哪吒河調(diào)洪演算過(guò)程（調(diào)蓄水深1.0m）

此時(shí)計(jì)算得河道外排出流量28.2m3/s，現(xiàn)狀河口泵站排澇流量6.4m3/s，為保證排澇片區(qū)排澇，需另新建排澇規(guī)模為21.8m3/s的外排泵站，該結(jié)果與《祿口新城市政專項(xiàng)規(guī)劃》擬新建20.0m3/s規(guī)模的泵站基本吻合。

5 結(jié)論與排澇建議方案

5.1 結(jié)論

（1）現(xiàn)狀工況下，哪吒河承擔(dān)上游高、低水外排任務(wù)，排澇壓力大，現(xiàn)有河口泵站規(guī)模不足，調(diào)蓄水深達(dá)2.27m，當(dāng)在常水位7.5m時(shí)起調(diào)的條件下，河道高水位達(dá)9.77m，此時(shí)河道兩岸及跨河市政道路（天祿大道實(shí)測(cè)標(biāo)高9.5m）均有受淹風(fēng)險(xiǎn)。

（2）規(guī)劃工況下，哪吒河上游來(lái)水通過(guò)管網(wǎng)匯入，排澇壓力減小，按常規(guī)設(shè)定調(diào)蓄水深1.0m時(shí)，需新建21.8m3/s規(guī)模的外排泵站，該結(jié)論與《祿口新城市政專項(xiàng)規(guī)劃》基本吻合。

5.2 排澇建議方案

現(xiàn)狀工況下，為避免河道兩岸及相關(guān)市政道路受淹，汛前河口泵站需提前開(kāi)機(jī)，預(yù)降哪吒河水位，控制汛限水位不高于7.23m，此時(shí)最高水位9.5m，有條件時(shí)可將哪吒河水位降低至6.6m以滿足超高要求，考慮到水位波動(dòng)驟升驟降對(duì)河道岸坡的影響，建議相關(guān)部門對(duì)河道坡面進(jìn)行必要的防護(hù)。

規(guī)劃工況下僅需做好常規(guī)防汛調(diào)度，使河道汛限水位保持在7.5m（常水位）時(shí)即可保證河道最高水位不超8.5m。

因近期暫無(wú)河口泵站擴(kuò)建計(jì)劃，現(xiàn)狀泵站仍需維持現(xiàn)有6.4m3/s運(yùn)行，此時(shí)需加強(qiáng)汛期調(diào)度運(yùn)行以避免發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，遠(yuǎn)期建議泵站擴(kuò)建至28.2m3/s后，能大幅降低相關(guān)部門防汛壓力。