溫達(dá)文,李俊楠

(廣州市增城區(qū)水務(wù)建設(shè)管理所,廣東 廣州 511300)

溫涌為東江一級(jí)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(zhǎng)度為14.55 km,河道平均坡降為2‰。溫涌水系復(fù)雜,上游分3支,由西向東分別為細(xì)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(nèi)稱金紫涌)。

近年來(lái)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(guò)了以往記錄,對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅。溫涌流域范圍內(nèi),06.08暴雨并沒(méi)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(shí)長(zhǎng)約2～4 h;鳳凰城積水深度超1 m,積水時(shí)長(zhǎng)2～4 h;周邊其它水浸嚴(yán)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(chǔ)資料

對(duì)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(chǎn)生的結(jié)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(shè)計(jì)中,可以分析溫涌流域潮洪遭遇的一般規(guī)律來(lái)確定該流域的洪(潮)水位[1-2]。一般而言,可以對(duì)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(jì)和分析以確定出一種高潮位和大洪水發(fā)生之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,再分析兩者的遭遇情況歸納出遭遇規(guī)律,在規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

由于流域內(nèi)沒(méi)有水文站,無(wú)實(shí)測(cè)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(jìn)行分析。其中暴雨分析和潮位分析則選取“6.8暴雨”、“山竹風(fēng)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(jìn)行分析[3-5]。

2 遭遇相關(guān)樣本統(tǒng)計(jì)分析

2.1 降雨潮位對(duì)應(yīng)規(guī)律分析

將兩站數(shù)據(jù)作為一個(gè)樣本序列進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)其年最大值進(jìn)行頻率計(jì)算,經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算結(jié)果等統(tǒng)計(jì)如下:

表1 永和河年最大24h雨量對(duì)應(yīng)南崗河口潮位

由表1和表2可知,本次經(jīng)驗(yàn)排頻計(jì)算成果中,相較于圖表查算設(shè)計(jì)降雨,高頻率(p>10%)排頻設(shè)計(jì)降雨偏低,低頻率排頻設(shè)計(jì)降雨偏高;相較于歷史設(shè)計(jì)潮位,近年來(lái)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(shí)遭遇潮位大多數(shù)較低;南崗河口年最高潮位發(fā)生時(shí)普遍遭遇降雨頻率較低,不足1 a一遇;綜上可見(jiàn),高強(qiáng)度降雨遭遇外江高潮位的概率極低,高潮位遭遇小強(qiáng)度降雨時(shí)流域水安全應(yīng)成為工程設(shè)計(jì)需考慮的一個(gè)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(kāi)始,一直持續(xù)至9日16:30,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。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(qiáng)度不大,尤其是短歷時(shí)降雨量級(jí)較小,總體降雨標(biāo)準(zhǔn)接近10 a一遇。

表2 南崗河口年最高潮位對(duì)應(yīng)永和河雨量

圖1 永和河雨量站2018.06.08降雨過(guò)程圖 圖2 永和河雨量站2018.09.16降雨過(guò)程圖

2019.09.16山竹風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)5 a一遇。

圖3 永和河雨量站“5.22”降雨過(guò)程圖 圖4 “6.8”外江潮位過(guò)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(shí)間集中,短歷時(shí)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(guò)20 a一遇;6h最大降雨量278.5 mm,超過(guò)50 a一遇,100 a一遇設(shè)計(jì)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(qiáng)度大,降雨標(biāo)準(zhǔn)超過(guò)50 a一遇。

2.3 潮位分析

“6.8”暴雨時(shí)間主要集中在6月8日18:00～22:00時(shí)段內(nèi),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(shí)段內(nèi),東江潮位同步上漲,最高潮位達(dá)到2.58 m,出現(xiàn)于6月8日22:00,該水位對(duì)應(yīng)東江北干100 a一遇設(shè)計(jì)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(nèi)涌降雨雖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),但量級(jí)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(kāi)始上漲,最高上漲至3.4 m,潮位時(shí)間持續(xù)不長(zhǎng),此后潮位一直呈下降趨勢(shì)。參考其他水文站排頻成果,山竹期間最高外江潮位超過(guò)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(fēng)暴潮遭受損失。

圖5 “山竹”外江潮位過(guò)程線示意圖 圖6 “5.22”外江潮位過(guò)程線示意圖

“5.22”特大暴雨時(shí)間主要集中在5月21日22:00-5月22日06:00 時(shí)段內(nèi),多地出現(xiàn)“水浸街”。降雨時(shí)段內(nèi)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(dá)2.46 m,對(duì)應(yīng)頻率為30 a一遇,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)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(nèi)積水無(wú)法及時(shí)排出[6-7]。

3 典型洪潮遭遇組合結(jié)果分析

溫涌涌口水閘雖年代久遠(yuǎn)但尚能運(yùn)行,河道堤防曾按照20 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)整治過(guò),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(guò)流瓶頸多、水利設(shè)施老化等問(wèn)題,整體蓄排內(nèi)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(jiàn)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(nèi)涌10 a一遇降雨遭遇外江100 a一遇設(shè)計(jì)潮位,是以潮為主的洪潮遭遇組合;山竹期間為內(nèi)涌不足5 a一遇降雨遭遇外江119 a一遇設(shè)計(jì)潮位,是以潮為主的洪潮遭遇組合;“5.22”暴雨為內(nèi)涌超50年一遇降雨遭遇外江30 a一遇潮位,前期以內(nèi)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(nèi)澇成因主要為:

(1)流域洪水超標(biāo)準(zhǔn);

(2)上游水庫(kù)大壩安全等級(jí)較低,未能發(fā)揮洪水調(diào)蓄作用;

(3)下游水閘年久失修,無(wú)法及時(shí)開(kāi)啟;

(4)排洪高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)造成徑流系數(shù)加大,區(qū)域調(diào)蓄能力不足;

(5)河道存在多處卡口,部分河段淤積嚴(yán)重,縮窄過(guò)水?dāng)嗝?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(guò)流,導(dǎo)致暴雨期間過(guò)流嚴(yán)重不暢。

對(duì)于現(xiàn)狀溫涌而言,以內(nèi)洪為主的洪潮遭遇組合對(duì)流域防洪排澇安全更為不利,發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)暴潮時(shí),涌口無(wú)任何強(qiáng)排設(shè)施不具備應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水的能力。因此本工程在設(shè)計(jì)工況條件下,防洪排澇演算洪潮遭遇組合應(yīng)分別采用以內(nèi)洪為主、以外潮為主的洪潮遭遇組合進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

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(chǔ)工作,首先需進(jìn)行設(shè)計(jì)潮位和設(shè)計(jì)暴雨(或設(shè)計(jì)洪水)分析計(jì)算,統(tǒng)計(jì)洪潮遭遇組合關(guān)系。一般的遭遇事件統(tǒng)計(jì)表分析法對(duì)遭遇要素的表達(dá)不夠清晰,而圖示法可將遭遇分析各要素表達(dá)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(jié)果提供有效幫助。