溫達文,李俊楠

(廣州市增城區(qū)水務建設管理所,廣東 廣州 511300)

溫涌為東江一級支流,流向自北向南,匯入東江河口(石瀝口閘)以上集雨面積為44.55 km2,主河道長度為14.55 km,河道平均坡降為2‰。溫涌水系復雜,上游分3支,由西向東分別為細陂河、埔安河、鳳凰水,3支流于沙村附近匯合為水南涌;而后向南分為左右兩汊河,左汊為溫涌干流,右汊為水南支流(下游黃埔界內稱金紫涌)。

近年來極端天氣頻發(fā),如2018.06.08暴雨、2020.05.22暴雨等,引起的降雨量超過了以往記錄,對人民生命財產安全造成了嚴重威脅。溫涌流域范圍內,06.08暴雨并沒有引起大規(guī)模的水浸情況,損失最為慘重的一次暴雨即為2020.05.22暴雨。其中:受淹面積約1.31 km2,受淹深度約0.8～3 m,受淹時長約2～4 h;鳳凰城積水深度超1 m,積水時長2～4 h;周邊其它水浸嚴重的區(qū)域主要集中在翡翠綠洲、南安村、水南村、海倫堡等。

1 基礎資料

對于沿海地區(qū)而言,某感潮河段的最高水位取決于上游情況和降雨情況,是兩者共同遭遇產生的結果。溫涌雖然是東江的一條支流,但從其規(guī)模而言已經(jīng)足以改變整條東江的潮洪情況,因此在防洪規(guī)劃設計中,可以分析溫涌流域潮洪遭遇的一般規(guī)律來確定該流域的洪(潮)水位[1-2]。一般而言,可以對潮位站的潮水位資料、河流水文站的洪水資料和雨量站的暴雨資料做數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析以確定出一種高潮位和大洪水發(fā)生之間一一對應的關系,再分析兩者的遭遇情況歸納出遭遇規(guī)律,在規(guī)劃設計中應用。

由于流域內沒有水文站,無實測的水位、流量資料,鄰近有大盛潮位站、及三防的永和河雨量站和南崗河口水位站。而大盛站資料又有所缺乏,因此本次洪潮遭遇分析主要采用三防的永和河雨量站(2006.01.01～2020.12.31)和南崗河口水位站(2008.01.01～2020.12.31)資料進行分析。其中暴雨分析和潮位分析則選取“6.8暴雨”、“山竹風暴潮”和“5.22特大暴雨”期間兩站收集到的降雨數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)為資料進行分析[3-5]。

2 遭遇相關樣本統(tǒng)計分析

2.1 降雨潮位對應規(guī)律分析

將兩站數(shù)據(jù)作為一個樣本序列進行分析,統(tǒng)計其年最大值進行頻率計算,經(jīng)驗頻率計算結果等統(tǒng)計如下:

表1 永和河年最大24h雨量對應南崗河口潮位

由表1和表2可知,本次經(jīng)驗排頻計算成果中,相較于圖表查算設計降雨,高頻率(p>10%)排頻設計降雨偏低,低頻率排頻設計降雨偏高;相較于歷史設計潮位,近年來同頻率排頻潮位升高。除2018.06.08外,永和河站年最大24h降雨發(fā)生時遭遇潮位大多數(shù)較低;南崗河口年最高潮位發(fā)生時普遍遭遇降雨頻率較低,不足1 a一遇;綜上可見,高強度降雨遭遇外江高潮位的概率極低,高潮位遭遇小強度降雨時流域水安全應成為工程設計需考慮的一個重要方面。

2.2 暴雨分析

2018.06.08暴雨期間,經(jīng)收集永和河雨量站降雨數(shù)據(jù),本次降雨從7日03:00開始,一直持續(xù)至9日16:30,持續(xù)時間較長。72 h總降雨量315.5 mm,接近10 a一遇;24h最大降雨量235 mm,接近10 a一遇;6h最大降雨量133 mm,接近5年一遇;1h最大降雨量63 mm,不足5 a一遇;綜上分析,“6.8”降雨強度不大,尤其是短歷時降雨量級較小,總體降雨標準接近10 a一遇。

表2 南崗河口年最高潮位對應永和河雨量

圖1 永和河雨量站2018.06.08降雨過程圖 圖2 永和河雨量站2018.09.16降雨過程圖

2019.09.16山竹風暴潮期間,經(jīng)收集永和河雨量站降雨數(shù)據(jù),此次降雨主要集中在16日下午到凌晨,降雨量較小。72h總降雨量58 mm,24h最大降雨量54.5 mm,6h最大降雨量33 mm,1h最大降雨量11.5 mm,均不足5 a一遇;綜上分析,山竹期間降雨量較小,降雨標準不超過5 a一遇。

圖3 永和河雨量站“5.22”降雨過程圖 圖4 “6.8”外江潮位過程線示意圖

2020.05.22暴雨期間,經(jīng)收集永和河雨量站降雨數(shù)據(jù),本次降雨主要集中在21日晚至22日凌晨,降雨時間集中,短歷時降雨量大。72h總降雨量375.5 mm,接近20 a一遇;24h最大降雨量293 mm,超過20 a一遇;6h最大降雨量278.5 mm,超過50 a一遇,100 a一遇設計降雨291.5 mm;1h最大降雨量113.5 mm,不足5 a一遇;綜上分析,“5.22”降雨強度大,降雨標準超過50 a一遇。

2.3 潮位分析

“6.8”暴雨時間主要集中在6月8日18:00～22:00時段內,溫涌流域并未出現(xiàn)大面積水浸情況。根據(jù)收集到的南崗河口水位數(shù)據(jù),降雨時段內,東江潮位同步上漲,最高潮位達到2.58 m,出現(xiàn)于6月8日22:00,該水位對應東江北干100 a一遇設計潮位。根據(jù)水情綜合分析,“6.8”暴雨期間主要是遭遇了100 a一遇的高水位,內涌降雨雖持續(xù)時間長,但量級較小,不足10 a一遇,溫涌流域有水南涌水閘和石瀝口閘有效抵御外洪擋水,因此未發(fā)生大面積水浸情況。

山竹期間外江水位在9月16日12:00以后開始上漲,最高上漲至3.4 m,潮位時間持續(xù)不長,此后潮位一直呈下降趨勢。參考其他水文站排頻成果,山竹期間最高外江潮位超過1 000 a一遇。溫涌流域有水南涌水閘和石瀝口閘有效抵御外洪擋水,因此未因超大風暴潮遭受損失。

圖5 “山竹”外江潮位過程線示意圖 圖6 “5.22”外江潮位過程線示意圖

“5.22”特大暴雨時間主要集中在5月21日22:00-5月22日06:00 時段內,多地出現(xiàn)“水浸街”。降雨時段內外江潮位處于落潮期,前期凌晨01:30之前水位在0 m附近,之后突然上漲,最高水位達2.46 m,對應頻率為30 a一遇,持續(xù)時間長達13 h。根據(jù)水情分析,“5.22”暴雨期間,前期外江潮位較低,受外江頂托影響較小;后期退水期間遭遇外江高潮位頂托,流域內積水無法及時排出[6-7]。

3 典型洪潮遭遇組合結果分析

溫涌涌口水閘雖年代久遠但尚能運行,河道堤防曾按照20 a一遇防洪標準整治過,整體具備一定抵御外洪的能力;但存在上蓄能力不足、河道過流瓶頸多、水利設施老化等問題,整體蓄排內洪的能力不足[8]。現(xiàn)將三次典型洪水期間降雨和流域潮位曲線圖疊加,可以更加清楚觀察到該流域的洪潮遭遇規(guī)律,三次典型洪水遭遇組合圖見圖7～圖9。

圖7 “6.8”典型洪水洪潮遭遇組合分析 圖8 山竹典型洪水洪潮遭遇組合分析

圖9 “5.22”典型洪水洪潮遭遇組合分析

“6.8”暴雨為內涌10 a一遇降雨遭遇外江100 a一遇設計潮位,是以潮為主的洪潮遭遇組合;山竹期間為內涌不足5 a一遇降雨遭遇外江119 a一遇設計潮位,是以潮為主的洪潮遭遇組合;“5.22”暴雨為內涌超50年一遇降雨遭遇外江30 a一遇潮位,前期以內洪為主、后期以潮為主的洪潮遭遇組合;

經(jīng)分析,“5.22”暴雨內澇成因主要為:

(1)流域洪水超標準;

(2)上游水庫大壩安全等級較低,未能發(fā)揮洪水調蓄作用;

(3)下游水閘年久失修,無法及時開啟;

(4)排洪高強度開發(fā)造成徑流系數(shù)加大,區(qū)域調蓄能力不足;

(5)河道存在多處卡口,部分河段淤積嚴重,縮窄過水斷面;其中,廣元路與廣鐵之間的河道因附近工地施工,僅靠3根直徑1.5 m圓管過流,導致暴雨期間過流嚴重不暢。

對于現(xiàn)狀溫涌而言,以內洪為主的洪潮遭遇組合對流域防洪排澇安全更為不利,發(fā)生超標準風暴潮時,涌口無任何強排設施不具備應對超標準洪水的能力。因此本工程在設計工況條件下,防洪排澇演算洪潮遭遇組合應分別采用以內洪為主、以外潮為主的洪潮遭遇組合進行計算。

4 結語

洪澇潮遭遇分析是研究解決防洪排澇工程方案的重要基礎工作,首先需進行設計潮位和設計暴雨(或設計洪水)分析計算,統(tǒng)計洪潮遭遇組合關系。一般的遭遇事件統(tǒng)計表分析法對遭遇要素的表達不夠清晰,而圖示法可將遭遇分析各要素表達在同一圖中,有利于分清主次因素,可為合理確定遭遇分析結果提供有效幫助。