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        黃埔區(qū)華埔社區(qū)水患防治響應(yīng)方案研究

        2022-08-19 02:38:44羅浩斌
        廣東水利水電 2022年8期
        關(guān)鍵詞:明渠箱涵調(diào)蓄

        羅浩斌

        (廣州科學(xué)城排水管理有限公司,廣州 510000)

        2020年“5.22”特大暴雨,廣州地區(qū)遭遇歷史上罕見(jiàn)的持續(xù)強(qiáng)降水,黃埔區(qū)華埔涌周邊地區(qū)由于排水能力不足發(fā)生了嚴(yán)重內(nèi)澇,周邊華埔村村落道路淤水嚴(yán)重、房屋受損,人民生命財(cái)產(chǎn)受到威脅,其境內(nèi)的開(kāi)源大道隧道內(nèi)積水驟增,雨水渠排水受阻,開(kāi)源隧道完全被雨水倒灌淹沒(méi),造成3臺(tái)車輛被淹,2人死亡。為保證黃埔區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,迫切需要做好水利方面的建設(shè),因此本文綜合分析華埔社區(qū)的水患成因,從片區(qū)整體排水現(xiàn)狀去了解問(wèn)題的所在,并提出解決方案。

        1 工程概況

        南北走向的開(kāi)創(chuàng)大道和東西走向的開(kāi)源大道走向成X型相交,相交處采用了隧道加立交型式布置,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘,黃浦區(qū)云埔街道周邊主要匯水河道為華埔涌,其過(guò)水?dāng)嗝娌蛔?,排洪能力偏?。磺椰F(xiàn)狀周邊山體四周無(wú)截洪溝,大部分山洪沿山坡漫排匯入市政雨水管道,每逢大雨,山洪來(lái)勢(shì)迅猛,市政雨水管排水不及,導(dǎo)致云埔街道社區(qū)境內(nèi)的開(kāi)源隧道等低洼區(qū)域發(fā)生水浸[1]。

        工程區(qū)域內(nèi)河流為華埔涌,華埔涌屬于南崗河流域左岸一級(jí)支流。主干河道發(fā)源于石厘頭,經(jīng)華埔村,往東流經(jīng)華浦新村,往東穿開(kāi)創(chuàng)大道管涵,流經(jīng)華浦新村,通過(guò)明渠折向東南,沿開(kāi)源大道向南,于伴河路與開(kāi)源大道交匯處流入南崗河,流域面積為7.03 km2,長(zhǎng)度為2.69 km;支涌河道發(fā)源于開(kāi)源大道北側(cè)永和隧道牛頭領(lǐng),沿開(kāi)源大道向南,經(jīng)開(kāi)源隧道西側(cè)箱涵,于時(shí)代春樹(shù)里小區(qū)匯入干流雨水箱涵,長(zhǎng)度為3.5 km。

        2 現(xiàn)狀情況及主要存在問(wèn)題

        2.1 現(xiàn)狀市政排水管網(wǎng)壓力大、容易發(fā)生內(nèi)澇

        根據(jù)黃浦區(qū)內(nèi)澇點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況,發(fā)現(xiàn)黃浦區(qū)華埔村社區(qū)內(nèi)存在內(nèi)澇隱患風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),其原因?yàn)槿A埔村社區(qū)民居密集,城區(qū)地面硬化,水面、植被的減少,雨水徑流系數(shù)加大,也致使雨水徑流量加大,排水管渠負(fù)擔(dān)加大。

        原有調(diào)蓄水體(人工湖)調(diào)蓄容量大幅減少,也加重了排水管網(wǎng)的壓力,以前農(nóng)田、部分被覆蓋的水塘等都可排水滯水蓄水,地面硬化致使原有排水設(shè)施設(shè)計(jì)的排水標(biāo)準(zhǔn)降低,致使原排澇系統(tǒng)能力不足。

        城市建設(shè)占用低洼調(diào)蓄區(qū)域;由于城市建設(shè)和交通道路的發(fā)展,城市化進(jìn)程加快,排澇設(shè)施未能同步建設(shè),澇情日趨嚴(yán)重,汛期致使村莊道路受浸較普遍。河涌暗渠過(guò)流能力不足,導(dǎo)致澇水難以排除,常常發(fā)生內(nèi)澇[2]。

        2.2 現(xiàn)狀河涌排水能力不足

        本工程將整個(gè)華埔涌河道劃分為主涌上游段、主涌下游段、支涌段3個(gè)區(qū)域(如圖1所示),現(xiàn)分別對(duì)3段區(qū)域排水情況進(jìn)行分析。

        圖1 華埔涌河道劃分區(qū)段示意

        1) 主涌下游段

        主涌下游段存在問(wèn)題:① 現(xiàn)狀河道已全部暗渠化;② 過(guò)水?dāng)嗝娌蛔悖俜e嚴(yán)重;③ 由于入河口處,箱涵較低,南崗河行洪水位高于箱涵頂,箱涵水流流態(tài)為有壓流,出口水位頂托上游來(lái)水,導(dǎo)致排水緩慢,不利于渠箱排澇。

        2) 主涌上游段

        主涌上游段存在問(wèn)題:① 河道明渠段老舊漿砌擋墻破損,護(hù)腳沖刷嚴(yán)重;② 行洪斷面不夠,河段淤積嚴(yán)重。

        3) 支涌段

        支涌段存在問(wèn)題:該段箱涵長(zhǎng)約1.76 km,為B×H=3 600×2 100混凝土箱涵。受開(kāi)源隧道工程影響,暗渠由順直方向改成“幾”字,“幾”字部分河道轉(zhuǎn)彎半徑小,排水緩慢,造成渠箱內(nèi)水位偏高,流速偏小,排水不暢。

        2.3 工程范圍內(nèi)可用調(diào)蓄水體規(guī)模小,調(diào)蓄作用不大

        開(kāi)源隧道所在道路周邊有新建小區(qū)樓盤、自然村落和創(chuàng)新公園,周邊為自然山體,本次工程范圍集雨面積為1.737 km2,本工程范圍內(nèi)僅有創(chuàng)新公園4個(gè)人工湖水體,為梯級(jí)人工湖,且全部集中在華埔涌下游段,上游段無(wú)可用調(diào)蓄水體。

        3 工程主要建設(shè)內(nèi)容

        3.1 工程總體設(shè)計(jì)思路

        為了減緩下游主干排水渠箱的排水壓力,本工程考慮在華埔村東北角山谷處新建調(diào)蓄湖,并在華埔村山腰處新建一條截洪渠,將山洪匯流引進(jìn)調(diào)蓄湖內(nèi),其次在調(diào)蓄湖泄洪渠通過(guò)控制水閘進(jìn)一步增加調(diào)蓄湖對(duì)流域上游洪水的調(diào)蓄能力[3]。

        為避免洪水匯流至開(kāi)創(chuàng)大道,淹沒(méi)開(kāi)源隧道等低洼處,將華埔村東側(cè)山腳處暗涵按照50 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)改造為排洪明渠,增加區(qū)域匯水能力,并在東南側(cè)山腳新建排洪明渠將開(kāi)源大道側(cè)的洪水匯流;將華埔西街西側(cè)山腳處的暗涵按照20年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)改造為排洪明渠,增加區(qū)域匯水能力,并在開(kāi)創(chuàng)大道以頂管的形式將上游匯過(guò)排洪明渠的洪水引至下游排洪明渠[4]。

        將原創(chuàng)新公園內(nèi)的3#、4#景觀湖進(jìn)行改造作為下游調(diào)蓄湖,在4#景觀湖泄洪渠后端已建排洪箱涵,將經(jīng)過(guò)調(diào)蓄后的洪水排至開(kāi)源大道在建的排洪箱涵,最后排入南崗河[5]。根據(jù)工程總體規(guī)劃,以及工程規(guī)劃任務(wù)與各分項(xiàng)工程中截洪溝布置位置,對(duì)工程總體進(jìn)行了水文分區(qū),主要?jiǎng)澐譃?個(gè)排水區(qū),具體分區(qū)情況見(jiàn)圖2。

        3.2 設(shè)計(jì)洪水

        3.2.1計(jì)算參數(shù)

        依據(jù)黃埔區(qū)1∶5 000地形圖對(duì)各分區(qū)地理參數(shù)及洪水參數(shù)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。

        3.2.2計(jì)算方法

        設(shè)計(jì)洪水時(shí)遵循“多種方法、綜合分析、合理取值”的原則,分別采用廣東省綜合單位線法、推理公式法(1988 年修訂)進(jìn)行計(jì)算,并通過(guò)在合理范圍內(nèi)調(diào)整單位線滯時(shí)和推理公式匯流參數(shù)控制不同方法計(jì)算成果偏差在20%以內(nèi)[6](見(jiàn)表2~表3)。

        表2 本工程分區(qū)P=5%洪水計(jì)算成果

        從表2、表3可知:綜合單位線法及推理公式法的計(jì)算成果總體較為接近。因此,在設(shè)計(jì)洪峰流量比較接近的情況下,本次計(jì)算采用廣東省綜合單位線法的計(jì)算成果。

        3.2.3調(diào)蓄計(jì)算

        本工程集雨范圍內(nèi)現(xiàn)狀有調(diào)蓄水體,如創(chuàng)新公園人工湖、區(qū)域魚(yú)塘、水塘、低洼濕地等。此外,為適當(dāng)控制工程下游建設(shè)規(guī)模,增加蓄納澇水的能力,實(shí)現(xiàn)蓄泄結(jié)合,同時(shí)美化城市景觀,打造親水宜居的城市環(huán)境,本工程根據(jù)規(guī)劃在適當(dāng)位置新建有調(diào)蓄湖,并在創(chuàng)新公園現(xiàn)有3#、4#景觀湖的基礎(chǔ)進(jìn)行改造,使其調(diào)蓄功能更加明顯。

        1) 起調(diào)水位確定

        根據(jù)新建調(diào)蓄及改造景觀湖實(shí)測(cè)地形資料結(jié)合實(shí)際使用情況,本次新建調(diào)蓄湖,按開(kāi)敞式無(wú)閘控制寬頂堰自由溢流設(shè)計(jì)[7];3#、4#景觀湖按開(kāi)敞式有閘控制寬頂堰泄流設(shè)計(jì),其中3#景觀湖汛期水閘開(kāi)度按0.5 m控制泄流,4#景觀湖汛期水閘開(kāi)度按全開(kāi)自由泄流,各調(diào)蓄湖起調(diào)水位高程見(jiàn)表4。

        表4 各調(diào)蓄湖起調(diào)水位高程 m

        2) 計(jì)算方法

        調(diào)蓄水體對(duì)洪峰的影響采用基于水量平衡的調(diào)蓄演算方法分析[8],公式如下:

        (1)

        式中:

        Q1——時(shí)段初來(lái)水流量,m3/s;

        Q2——時(shí)段末來(lái)水流量,m3/s;

        q1——時(shí)段初泄水流量,m3/s;

        q2——時(shí)段末泄水流量,m3/s;

        Dt——計(jì)算時(shí)段,s;

        V1——時(shí)段初蓄水量,m3;

        V——時(shí)段末蓄水量,m3。

        其中蓄泄方程q=f(V)按照調(diào)蓄水體泄水建筑物的水力特性計(jì)算。新建調(diào)蓄湖泄洪道底高程為30.0 m,改造3#、4#景觀湖后泄洪道底高程分別為22.3 m和17.1 m。本次以此作為起調(diào)水位,當(dāng)各調(diào)蓄湖洪水水位高于泄洪道底高程時(shí),通過(guò)泄洪道自由泄流。

        3) 泄流方式確定

        由于 4#景觀湖泄洪時(shí)水閘開(kāi)度按全開(kāi)控制,因此新建調(diào)蓄湖及4#景觀湖泄流口按寬頂堰泄流能力計(jì)算[9],公式如下。

        (2)

        式中:

        Q——堰流流量,m3/s;

        σ——側(cè)收縮系數(shù);

        ε——淹沒(méi)系數(shù);

        m——自由堰流的流量系數(shù);

        B——堰流凈寬,m;

        g——重力加速度,m/s2;

        v0——行近流速,m/s。

        本次設(shè)計(jì)新建調(diào)蓄湖、4#景觀湖泄洪道為開(kāi)敞式自由溢流,無(wú)閘墩,故不計(jì)行近流速水頭。根據(jù)堰型、堰高等邊界條件,結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn),取淹沒(méi)系數(shù)ε=1,側(cè)收縮系數(shù)為σ=1.0。

        根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》,現(xiàn)狀寬頂堰進(jìn)口邊緣為直角,其流量系數(shù)由別列津斯基公式計(jì)算[10]:

        (3)

        式中:

        P——上游堰高,m;

        H——堰頂水頭,m。

        3#景觀湖泄洪道為有閘控制的自由出流,泄洪時(shí)控制開(kāi)度為 0.5 m。因此,當(dāng)湖內(nèi)水位低于0.5 m時(shí),其泄流能力按寬頂堰泄流能力計(jì)算;當(dāng)湖內(nèi)水位高于0.5 m時(shí),其泄流能力按平頂坎上閘孔自由出流計(jì)算,公式如下。

        (4)

        式中:

        Q——流量,m3/s;

        b——閘孔寬度,m;

        e——開(kāi)度,m;

        μ——流量系數(shù);

        g——重力加速度,m/s2;

        H0——行近水頭。

        根據(jù)上述公式計(jì)算各湖水位—下泄流量關(guān)系,新建調(diào)蓄湖和改造景觀湖洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果見(jiàn)表5~表6。

        表5 各調(diào)蓄湖P=5%洪水調(diào)洪計(jì)算成果

        表6 各調(diào)蓄湖P=2%洪水調(diào)洪計(jì)算成果

        3.3 湖堤選型

        新建調(diào)蓄湖設(shè)計(jì)總庫(kù)容為9.80萬(wàn)m3,調(diào)蓄庫(kù)容為9.30萬(wàn)m3。湖堤根據(jù)地形選址長(zhǎng)度為128.5 m,設(shè)計(jì)調(diào)蓄湖湖底高程為28.4 m,設(shè)計(jì)堤頂高程為32.5 m,根據(jù)設(shè)計(jì)需要,新建調(diào)蓄湖湖堤可選取碾壓式土石湖堤或混凝土重力式湖堤,結(jié)合工程實(shí)際情況,從地形條件、地質(zhì)條件、施工難度等8項(xiàng)進(jìn)行綜合比較[11]。方案對(duì)比見(jiàn)表7。

        表7 新建調(diào)蓄湖堤型方案對(duì)比

        綜合項(xiàng)目地形條件、地質(zhì)條件、施工難度等8項(xiàng)進(jìn)行綜合比對(duì),結(jié)合實(shí)際情況,選取碾壓式土石湖堤為推薦方案。

        3.4 節(jié)制閘選型

        工程共需新建節(jié)制閘2座,1#節(jié)制閘位于3#景觀湖與4#景觀湖連接明渠渠首,為單孔節(jié)制閘,設(shè)計(jì)閘門寬度為2.5 m,高度為3.2 m,閘底高程為22.3 m;2#節(jié)制閘位于4#景觀湖排洪箱涵首部,設(shè)計(jì)寬度為4.0 m,閘門高度為3.20 m,閘底高程為17.1 m。新建節(jié)制閘在直升式鋼閘門和液壓翻板鋼閘門之間進(jìn)行比選[12],比選方案見(jiàn)表8。

        表8 節(jié)制閘方案對(duì)比

        綜合地質(zhì)條件、施工難度、建設(shè)用地等6項(xiàng)進(jìn)行綜合比對(duì),結(jié)合實(shí)際情況,主要從直升式鋼閘門及液壓翻板鋼閘門主要從方案的施工難度、結(jié)構(gòu)可靠度及耐久性、管養(yǎng)方便程度及方案投資考慮,本項(xiàng)目選取直升式鋼閘門為推薦方案。

        3.5 渠道選型

        3.5.1排洪明渠方案比選

        根據(jù)計(jì)算排洪明渠流速為1.0~2.85 m/s,渠道高度為1.5~4.0 m,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況,排洪明渠擋土墻在生態(tài)擋墻和混凝土擋墻之間進(jìn)行比選[13],比選方案見(jiàn)表9。

        表9 排洪明渠方案比選

        綜合以上比對(duì),結(jié)合實(shí)際情況,主要從從方案的施工難度、施工工期、生態(tài)環(huán)保及方案投資考慮,本項(xiàng)目選取生態(tài)擋墻排洪明渠為推薦方案。

        3.5.2排洪暗涵方案比選

        根據(jù)計(jì)算,排洪暗管所需過(guò)流量為24.80 m3/s,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況,排洪箱涵在鋼筋砼箱涵及鋼筋砼承插管之間進(jìn)行比選[14],比選方案見(jiàn)表10。

        表10 排洪暗涵方案比選

        綜合項(xiàng)目地質(zhì)條件、施工難度、施工難度等6項(xiàng)進(jìn)行綜合比對(duì),結(jié)合實(shí)際情況,為保證方案的整體安全,選取鋼筋砼箱涵為推薦方案。

        4 結(jié)語(yǔ)

        廣州“5.22”特大暴雨啟示是經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要做好水利方面的建設(shè),只有保證區(qū)域水安全才能滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要。本文以實(shí)際工程為例,對(duì)劉村華埔社區(qū)周邊現(xiàn)狀存在的水患問(wèn)題進(jìn)行了分析,通過(guò)對(duì)整個(gè)劉村華埔片區(qū)進(jìn)行流域劃分并進(jìn)行水文分析,通過(guò)新建和改建調(diào)蓄湖、設(shè)置截洪溝和排水渠等水利措施將區(qū)域洪水收集至調(diào)蓄湖,經(jīng)調(diào)蓄作用后排入下游河涌,減輕了市政管網(wǎng)排澇壓力,能夠保證區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生命安全,可為相似工程提供參考。

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