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        設(shè)計(jì)洪水下龍門(mén)縣城區(qū)防洪排澇工程分析

        2023-11-22 07:52:32巫燕玲
        山西水利 2023年7期

        巫燕玲

        (龍門(mén)縣縣城河堤管理處,廣東 惠州 516800)

        1 流域概況

        1.1 自然地理

        龍門(mén)縣位于廣東省中部偏東,廣州市的東北部,惠州市的北部偏西??h城區(qū)位于龍城鎮(zhèn),東南部與河源市毗鄰,西南部與增城市交界,西部與從化市相接,北部與新豐縣接壤。全縣地勢(shì)自西北向東南傾斜,形成西北高、東南低的走勢(shì),夾于九連山與羅浮山兩大山系之間。境內(nèi)山巒峰疊,海拔1 000 m 以上的山峰有7 座,最高峰為西南部南昆山的天堂頂。

        龍門(mén)縣城區(qū)防洪工程位于龍城街道中心,處于西林河(增江)與白沙河匯合口處,分西林河堤段及白沙河堤段,總長(zhǎng)28.38 km。其中,西林河堤段左岸上游長(zhǎng)演村至下游青溪渡口附近,長(zhǎng)7.905 km,右岸上游水頭圍附近至下游井頭村,長(zhǎng)7.022 km;白沙河堤段左岸白沙河口至嶺頭山附近,長(zhǎng)4.70 km,右岸白沙河口至石龍頭附近,長(zhǎng)8.745 km。西林河縣城段已建有西林?jǐn)r河電站,閘壩以上集雨面積766 km2(含水庫(kù));樟潭攔河電站,閘壩以上集雨面積1 046 km2。

        1.2 水文氣象

        龍門(mén)縣地處亞熱帶地區(qū),屬亞熱帶季風(fēng)氣候,具有春暖遲、秋涼早的特點(diǎn)。多年平均氣溫20.8℃,極端最高氣溫39.3℃(1980 年7 月),極端最低氣溫-4.4℃(1963 年1 月),日照時(shí)數(shù)1 789.1 h,無(wú)霜期300 d 以上。年平均相對(duì)濕度為82%,月平均相對(duì)最大濕度為93%(1975 年5 月),最小濕度為62%(1963 年1 月)。

        多年平均蒸發(fā)量1 220.9 mm,多年平均陸地蒸發(fā)量797.7 mm。流域多年平均降雨量2 133.6 mm,最大年降雨量3 673 mm(上坪站1968 年),最小年降雨量1 116 mm(地派站1963 年)。降雨量年內(nèi)分配不均,冬旱夏澇,汛期雨量占全年的80%以上。

        冬半年盛行偏北風(fēng),夏半年盛行偏南風(fēng),平均風(fēng)力1~2 級(jí),最大風(fēng)力8 級(jí),實(shí)測(cè)記錄NNW 向最大風(fēng)速16 m/s,NNE 向最大風(fēng)速18 m/s。

        1.3 流域水系情況

        龍門(mén)縣城區(qū)位于西林河(屬增江上游段)和白沙河匯合處,縣境內(nèi)主要河流增江,貫通縣境南北。增江是東江三大支流之一,在龍門(mén)境內(nèi)叫龍門(mén)河,發(fā)源于新豐七星嶺,流經(jīng)新豐、龍門(mén)、增城,在增城孫家埔注入東江,總集雨面積3 114 km2,河長(zhǎng)205.6 km,在龍門(mén)縣城附近的河段稱西林河。增江上游已興建天堂山大(二)型水庫(kù),控制集雨面積461 km2。

        白沙河為增江一級(jí)支流,發(fā)源于龍門(mén)田美鎮(zhèn)北部水尾尖山北麓,經(jīng)新豐古田再折向南流入縣境,至百擔(dān)附近注入增江。白沙河全長(zhǎng)32 km,集雨面積176 km2,在上游劉村建有白沙河中型水庫(kù),水庫(kù)以下為龍城盆地。

        1.4 主要存在問(wèn)題

        (1)現(xiàn)有水利設(shè)施單薄,河道存在被擠占現(xiàn)象,使得城區(qū)部分河段防洪標(biāo)準(zhǔn)較低,尚未達(dá)10 年一遇;

        (2)天堂山水庫(kù)于1993 年興建,較大地調(diào)節(jié)了增江洪水,減輕了城區(qū)的防洪排澇壓力,但水庫(kù)現(xiàn)有的防洪調(diào)度原則制定年份較早,主要針對(duì)龍門(mén)20 年一遇的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),隨著龍門(mén)縣經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,防洪標(biāo)準(zhǔn)需要相應(yīng)提高到50 年一遇,此防洪調(diào)度原則已不滿足要求;

        (3)城區(qū)段已建有西林?jǐn)r河電站和樟潭電站,對(duì)城區(qū)的防洪排澇產(chǎn)生一定的不利影響;

        (4)管理相對(duì)較落后,水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、工程信息化管理系統(tǒng)缺失,水情、工程信息等基礎(chǔ)資料不能有效搜集、整理、存檔管理。

        2 設(shè)計(jì)洪水

        2.1 天堂山水庫(kù)洪水

        2.1.1 基本情況

        天堂山水利樞紐工程是一宗以防洪為主,結(jié)合灌溉、發(fā)電和航運(yùn)等功能的大(二)型綜合利用工程。樞紐位于龍門(mén)縣城西北約14 km 的增江上游天堂山峽谷處,集雨面積461 km2,總庫(kù)容2.43 億m3。工程于1976 年10 月完成初步設(shè)計(jì),1978 年11 月動(dòng)工,1992 年8 月下閘蓄水,10 月發(fā)電。水庫(kù)正常蓄水位150 m,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)1 000 年一遇。水庫(kù)下游防洪對(duì)象是龍門(mén)縣城,依據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇,水庫(kù)防洪調(diào)度原則在此基礎(chǔ)上制定,已運(yùn)行近十年。

        現(xiàn)在情況已有所改變:一是龍門(mén)經(jīng)濟(jì)已有較大發(fā)展,城區(qū)人口較1993 年有大幅增加,預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期達(dá)25萬(wàn)人口;二是省委、省政府要求水利率先實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)保駕護(hù)航,要求城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)50 年一遇。因此,天堂山水庫(kù)現(xiàn)有的防洪調(diào)度原則已不符合新形勢(shì)下龍城鎮(zhèn)的防護(hù)要求,迫切需要改變。

        2.1.2 現(xiàn)狀調(diào)度原則及調(diào)洪計(jì)算成果

        (1)起調(diào)水位150 m;(2)當(dāng)水庫(kù)水位在150 m 到20 年一遇洪水位之間時(shí),水庫(kù)理想湊泄龍城鎮(zhèn)安全流量700 m3/s;(3)當(dāng)水庫(kù)水位未達(dá)20 年一遇洪水,而區(qū)間來(lái)水等于或大于龍城鎮(zhèn)安全流量時(shí),水庫(kù)只放發(fā)電流量47 m3/s;(4)水庫(kù)水位在20~50 年一遇之間時(shí),水庫(kù)湊泄龍城流量1 600 m3/s;(5)水庫(kù)水位在50~100年一遇之間時(shí),水庫(kù)湊泄龍城流量2 000 m3/s;(6)當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到或超過(guò)100 年一遇洪水位時(shí),閘門(mén)全開(kāi);(7)閘門(mén)開(kāi)啟后不再關(guān)小,以使水庫(kù)水位盡快降至防洪限制水位;(8)水庫(kù)最大泄量不得大于水庫(kù)最大來(lái)量。水庫(kù)調(diào)洪成果見(jiàn)表1。

        表1 天堂山水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果表(現(xiàn)狀)

        2.1.3 規(guī)劃調(diào)度原則及調(diào)洪計(jì)算成果

        主要論證水庫(kù)下游堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)50 年一遇要求下,水庫(kù)洪水調(diào)度原則的變動(dòng)方案以及相應(yīng)的龍門(mén)縣城的安全流量。擬定水庫(kù)錯(cuò)峰補(bǔ)償調(diào)節(jié)的水庫(kù)防洪調(diào)度原則,盡可能降低下游龍門(mén)站50 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的安全泄量,同時(shí)維持水庫(kù)的設(shè)計(jì)、校核標(biāo)準(zhǔn)。

        規(guī)劃調(diào)度原則:(1)起調(diào)水位(汛限)150 m,洪水初期打開(kāi)閘門(mén)排洪,(閘門(mén)操作方法:先全開(kāi)中間1孔,若水位繼續(xù)上升則全開(kāi)中間3 孔,直至5 孔全開(kāi),盡量排泄入庫(kù)水量);(2)當(dāng)水位上升到150.5 m 時(shí)(相應(yīng)總出庫(kù)流量400 m3/s),關(guān)閉閘門(mén),只放發(fā)電流量;(3)庫(kù)水位超過(guò)155.10 m 時(shí),開(kāi)1 孔(中間1 孔);(4)若關(guān)閉閘門(mén)后12 h 庫(kù)水位達(dá)不到155.10 m,開(kāi)1 孔;(5)當(dāng)庫(kù)水位超過(guò)156.61 m,閘門(mén)全開(kāi);(6)閘門(mén)開(kāi)啟后不再關(guān)小,以使庫(kù)水位盡快回落到起調(diào)水位;(7)水庫(kù)最大泄量不得大于水庫(kù)最大來(lái)量。水庫(kù)調(diào)洪成果見(jiàn)表2。

        表2 天堂山水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果表(規(guī)劃)

        2.2 白沙河水庫(kù)洪水

        2.2.1 基本情況

        白沙河水庫(kù)位于龍門(mén)縣城東北面14 km 的龍?zhí)镦?zhèn)社廈村劉村處,白沙河水上游。白沙河水是增江支流,發(fā)源于新豐縣與龍門(mén)縣交界的楊柱山,由東北向西南流,在龍門(mén)縣城百擔(dān)處注入增江(即西林河)。白沙河水庫(kù)是一宗以防洪為主,結(jié)合灌溉與供水的綜合效益工程。白沙河口以上總集雨面積176 km2,河長(zhǎng)32 km。水庫(kù)集雨面積42.3 km2,干流河長(zhǎng)14.5 km,坡降0.020 2,區(qū)間集雨面積133.7 km2,河長(zhǎng)23.5 km,坡降0.001。

        2.2.2 水庫(kù)調(diào)度原則及洪水成果

        (1)洪水初期,進(jìn)行攔蓄控泄,庫(kù)內(nèi)水位在109.1~111.5 m 時(shí),兩扇閘門(mén)控制開(kāi)度e=0~1.0 m,控制下泄流量132.0 m3/s(e=1.0 m,相應(yīng)水位111.5 m),即初期洪水來(lái)多少泄多少,來(lái)水量>132.0 m3/s,且水位在111.5 m 以下,閘門(mén)開(kāi)啟1.0 m 控制下泄量;(2)當(dāng)庫(kù)水位超過(guò)111.5 m,且繼續(xù)上漲至112.0 m 時(shí),即水位在111.5~112.0 m 時(shí),兩扇閘門(mén)由開(kāi)度1.0 m~全開(kāi)(水位111.5 m,開(kāi)度1.0 m;水位111.6 m,開(kāi)度1.6 m;水位111.7 m,開(kāi)度2.4 m;水位111.8 m,開(kāi)度3.2 m;水位111.9 m,開(kāi)度4.0 m;水位112.0 m 時(shí),閘門(mén)全開(kāi)),對(duì)洪水進(jìn)行宣泄,以保大壩安全。水庫(kù)調(diào)洪成果見(jiàn)表3。

        表3 白沙河水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果表

        2.3 城區(qū)河段設(shè)計(jì)洪水

        2.3.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)有關(guān)規(guī)定及省委、省政府有關(guān)指示精神,龍門(mén)縣城河堤屬3 級(jí)堤防,防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇。

        2.3.2 西林河段

        西林河段上已建有西林?jǐn)r河電站和樟潭電站,且中間有白沙河支流匯入。擬分兩段推求西林河段設(shè)計(jì)洪水,即樟潭電站至白沙河口段;白沙河口至B12 號(hào)段。上游段采用表4 龍門(mén)站設(shè)計(jì)洪水,下游樟潭電站至白沙河口段設(shè)計(jì)流量擬采用面積比擬法求算,公式如下:

        表4 龍門(mén)站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算表 單位:m3/s

        式中:F樟潭區(qū)間——樟潭區(qū)間集雨面積585 km2;

        F龍門(mén)區(qū)間——龍門(mén)區(qū)間集雨面積305 km2;

        n——面積類比指數(shù),根據(jù)《龍門(mén)縣河流規(guī)劃復(fù)查報(bào)告》,麒麟咀和渡頭站實(shí)測(cè)洪峰流量選取10 年一遇同場(chǎng)洪水相應(yīng)的洪峰流量進(jìn)行分析,結(jié)果n 的平均值為0.54,此次計(jì)算采用0.54;(見(jiàn)表4)

        Q樟潭區(qū)間——樟潭電站至白沙河口段設(shè)計(jì)流量,m3/s。

        從表4 中可知,西林河樟潭電站至白沙河口段50年一遇設(shè)計(jì)流量為1 895 m3/s,20 年一遇為1 525 m3/s,5 年一遇為1 011 m3/s;白沙河口至B12 號(hào)段50 年一遇設(shè)計(jì)流量為1 347 m3/s,20 年一遇為1 087 m3/s,5 年一遇為811 m3/s。

        2.3.3 白沙河段

        白沙河段洪水除上游水庫(kù)下泄洪水外,尚有區(qū)間133.7 km2的洪水,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

        表5 白沙河段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算表 單位:m3/s

        從表5 中可知,白沙河段50 年一遇設(shè)計(jì)流量為1 140 m3/s,20 年一遇為865 m3/s,5 年一遇為612 m3/s。

        3 城區(qū)排澇

        3.1 排水分區(qū)

        堤圍保護(hù)范圍總集雨面積108.2 km2,按照城市規(guī)劃,同時(shí)根據(jù)區(qū)域的地勢(shì)地貌和河道等影響匯流的實(shí)際情況,把整個(gè)規(guī)劃區(qū)分為9 個(gè)排水分區(qū)。

        3.2 排澇標(biāo)準(zhǔn)

        依據(jù)《廣東省防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)》(1995 年試行)有關(guān)規(guī)定,結(jié)合龍門(mén)縣城區(qū)的實(shí)際情況,治澇標(biāo)準(zhǔn):10 年一遇24 h 暴雨產(chǎn)生的徑流量,城鎮(zhèn)和菜地1 d排干。

        3.3 治澇分析

        城區(qū)受澇的可能性主要是防洪堤修建后,同時(shí)遭遇外江洪水和城區(qū)暴雨,使城區(qū)雨水不能及時(shí)排除,從而在城區(qū)低洼處形成積水造成內(nèi)澇。但從龍門(mén)縣城區(qū)目前和遠(yuǎn)景規(guī)劃《龍門(mén)縣城區(qū)總體規(guī)劃》看,不存在大的內(nèi)澇問(wèn)題:

        (1)西林河和白沙河位于增江流域中上游,均屬山溪河流,河道比降大,水流較急,洪水暴漲暴落,歷時(shí)較短。從圖1 中也可看出,外江5 年一遇水位都比圍內(nèi)各區(qū)控制高程低,排澇基本不受外江影響,無(wú)必要設(shè)置專門(mén)的排澇渠道和泵站,但需設(shè)置一定尺寸的排水涵閘、管等排水設(shè)施。

        圖1 龍門(mén)站1974 年6 月實(shí)測(cè)洪水過(guò)程線

        (2)龍門(mén)縣城區(qū)地勢(shì)從西向東,從北向南逐步降低,整體地勢(shì)不平坦。結(jié)合城市土地開(kāi)發(fā)和規(guī)劃建設(shè),新建城區(qū)的建基面基本上可滿足內(nèi)涌的自排水要求。

        (3)西林河和白沙河兩岸為規(guī)劃城區(qū),目前大部分為農(nóng)田和菜地。據(jù)多年來(lái)的洪水漲落情況,除特大洪水外,洪水水面超過(guò)兩岸溝渠和來(lái)水量,使農(nóng)田淹沒(méi)還未有超過(guò)1.5 d 現(xiàn)象,現(xiàn)狀大體上滿足排澇要求。因此,規(guī)劃不建專門(mén)的排澇泵站,城區(qū)范圍的澇水完全用自排方式解決。根據(jù)區(qū)域內(nèi)各河涌的情況,設(shè)置滿足水力過(guò)水要求的排水閘、管等,經(jīng)計(jì)算分析,大體上需設(shè)置5 座排水閘、2 座排水涵管。

        3.4 排水涵閘、管

        各排水區(qū)10 年一遇流量和24 h 洪量用廣東省水利廳推理公式計(jì)算,其中10 km2排水區(qū)的洪峰流量仍采用現(xiàn)行的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。各區(qū)排水涵閘、管的設(shè)計(jì)流量按照10 年一遇24 h 暴雨產(chǎn)生的徑流量1 d 排干的原則,并根據(jù)各區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算,據(jù)此進(jìn)行各水閘、涵管的水力設(shè)計(jì)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        龍門(mén)縣河流屬山區(qū)河流,河床坡降較陡,山溪水易漲易退,流速大,沖刷力強(qiáng)。要徹底解決龍門(mén)縣城的洪澇災(zāi)害,首先要徹底解決開(kāi)口堤防問(wèn)題,形成連續(xù)閉合高質(zhì)量堤防,自流出水通道要建設(shè)防洪閘;其次是將流域內(nèi)洪流量較大的水庫(kù)下泄洪水直排外江;第三要修建排澇泵站,抽排圍內(nèi)洪水。

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