(莆田市水利水電勘測設計院有限公司，福建 莆田 351100)

1 防洪防潮排澇工程現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 防洪防潮排澇現(xiàn)狀

忠門北江圍墾片位于莆田市區(qū)東南部的忠門片區(qū)，是媽祖文化產(chǎn)業(yè)園區(qū)中平海灣新城的組成部分，西接忠門片區(qū)中心區(qū)，東臨規(guī)劃的平海灣新城中心區(qū)。北江圍墾片全流域面積14.2km2，最長河道長度僅為3.5km，河道坡降3.4‰；其兩邊護岸大都為天然或簡易生產(chǎn)岸坡。

北江圍墾流域內(nèi)另一水利設施為東部下游的北江海堤。海堤長度為2.6km，堤頂高程為7.0m，防浪墻頂高程8.0m。

北江海堤南端筑利山排澇閘1座3孔，閘孔尺寸3m×4.25m，底板高程-2.74m；堤北端筑后坑納潮閘1座3孔，閘孔尺寸3m×3.04m，底板高程-0.65m。

1.2 存在的主要問題

a.規(guī)劃區(qū)地處中低緯度，東瀕太平洋，屬亞熱帶季風氣候，臺風頻繁，臺風帶來的降雨量大，極易引發(fā)大洪水造成內(nèi)澇。

b.規(guī)劃區(qū)主要地貌為海積平原、沖洪積平原，且規(guī)劃區(qū)為圍墾形成，上游沒有控制性水庫，無法對排澇起到削峰、滯澇作用，規(guī)劃區(qū)大部分區(qū)域地面高程在0～5m之間，河道平緩，若受外海潮位頂托，泄洪不及，規(guī)劃區(qū)內(nèi)澇水不易排出。

c.規(guī)劃區(qū)為圍墾區(qū)，區(qū)域內(nèi)植被稀少，植物截流和土壤蓄水能力小，河流匯流時間縮短，洪峰流量增大，加劇了洪澇災害；同時規(guī)劃區(qū)內(nèi)植被稀少，易造成水土流失，淤積河道，抬高河床水位，減少行洪斷面；城市建設導致用地需求猛增，開發(fā)建設項目工程建設亂堆棄渣，部分河溝堵塞，過水能力不足，河道排水不暢，造成嚴重內(nèi)澇。

2 規(guī)劃設計的原則、標準、目標

2.1 規(guī)劃設計的原則

規(guī)劃依據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃、國土整治規(guī)劃、現(xiàn)代化規(guī)劃、流域綜合規(guī)劃及生態(tài)環(huán)境建設規(guī)劃，貫徹以下原則：

a.科學治水、依法治水、生態(tài)治水、人水和諧。

b.“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標本兼治、綜合治理”。

c.“泄、滯、排”兼施，以排洪為主，滯洪結(jié)合，相機搶排。

d.因地制宜、節(jié)約用地、講求實效、分區(qū)設防、分期實施。

e.強調(diào)規(guī)劃的系統(tǒng)性、可操作性、先進性和適度超前性。

在貫徹以上原則的基礎上，研究多種工程與非工程措施相結(jié)合，充分發(fā)揮現(xiàn)有工程設施的作用，發(fā)生超標準洪水時將洪災損失降到最低，以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對防洪體系的要求。

2.2 規(guī)劃設計的標準

根據(jù)《江河流域規(guī)劃編制規(guī)程》(SL 201—2015)、《防洪標準》(GB 50201—2014)、《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286—2013)、《城市防洪工程設計規(guī)范》(GB/T 50805—2012)、福建省水利水電廳頒發(fā)的有關文件等的規(guī)定確定規(guī)劃區(qū)防洪排澇及防潮標準。同時結(jié)合《平海灣規(guī)劃》，確定該規(guī)劃區(qū)防洪標準為30年一遇洪水，排澇標準按20年一遇設計，防潮標準為30年一遇外海潮位。

2.3 規(guī)劃設計的目標

規(guī)劃的任務是針對忠門北江圍墾片區(qū)內(nèi)防洪排澇現(xiàn)狀，提出科學合理的防洪排澇方案，確定規(guī)劃區(qū)控制水位，擬定滯洪區(qū)(人工湖)、排洪渠、堤防、排澇閘及區(qū)內(nèi)排澇設施規(guī)模，使規(guī)劃區(qū)內(nèi)水系布局更加科學、合理，滿足城市防洪除澇的要求，為城市經(jīng)濟社會發(fā)展提供基本安全保障。

針對規(guī)劃區(qū)市政規(guī)劃和防洪防潮排澇現(xiàn)狀、存在問題及其原因分析，通過各項工程措施以達到如下目標：

a.設置一定規(guī)模的滯洪區(qū)(人工湖)、整治區(qū)內(nèi)排洪渠，以提高規(guī)劃區(qū)滯洪能力和排洪能力，同時改造、重建排澇(納潮)閘提高規(guī)劃區(qū)排澇能力。

b.通過河道整治、護砌，確保河岸穩(wěn)定，美化城區(qū)河道，改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境。

c.滯洪區(qū)可調(diào)蓄該區(qū)域洪水，對防洪排澇發(fā)揮著重要作用；同時，為提升區(qū)域水環(huán)境，結(jié)合市政規(guī)劃和城市景觀水體建設，將滯洪區(qū)打造成集休閑、娛樂、觀光于一體的水上公園(人工湖)，為區(qū)域增添一道靚麗的景觀。

3 水文水利計算

3.1 設計洪水計算

為分析規(guī)劃區(qū)設計洪水，需分析北江圍墾片全流域設計洪水。北江圍墾片全流域面積為14.2km2，為沿海山區(qū)性小河流，內(nèi)無實測流量資料，故采用暴雨推求設計洪水法推求流域內(nèi)設計洪水。

采用暴雨推求設計洪水法，首先求得規(guī)劃區(qū)暴雨參數(shù)成果，再應用暴雨參數(shù)成果，通過推理公式法、華東特小流域暴雨推求洪水法計算，經(jīng)比較后合理選用。

3.1.1 設計暴雨推求

北江圍墾片附近有忠門雨量站，短歷時暴雨觀測資料不足20年，資料系列較短，無法滿足設計要求。因此，本次規(guī)劃區(qū)設計暴雨根據(jù)福建省水文水資源勘測局編制的《福建省暴雨等值線圖集》查算，年最大24h暴雨均值可通過等值線圖查得，年最大24h暴雨Cv值也可通過Cv等值線圖查得。推算出規(guī)劃區(qū)設計暴雨統(tǒng)計參數(shù)成果(見表1)。

表1 規(guī)劃區(qū)暴雨統(tǒng)計參數(shù)成果

3.1.2 設計洪水成果計算

應用暴雨參數(shù)成果，通過推理公式法、華東特小流域暴雨推求洪水法計算，經(jīng)比較后合理選用。

經(jīng)過計算可知，規(guī)劃區(qū)各流域塊采用華東特小流域暴雨推求洪水法計算的洪水成果較推理公式法略大。由于推理公式法較為適合面積大于10km2的小流域塊，而規(guī)劃區(qū)全流域面積為14.2km2，故規(guī)劃區(qū)全流域采用推理公式法計算洪水成果，其他排洪渠則采用洪水成果較大的華東特小流域暴雨推求洪水法計算成果。具體見表2。

表2 各控制斷面設計洪水成果

3.2 設計潮位計算

規(guī)劃區(qū)位于平海灣，灣內(nèi)有前沁潮位站，為長期觀測潮位站，本次收集到前沁潮位站1955—2004年系列年最高潮位。前沁潮位站位于海岸地區(qū)，水位不受洪水影響，宜采用極值Ⅰ型分布進行頻率分析計算。計算前的沁潮位站各頻率年最高潮位成果見表3。

表3 前沁潮位站年最高潮位成果

4 防洪防潮排澇規(guī)劃設計

4.1 規(guī)劃方案擬定

規(guī)劃區(qū)主要以海堤抵御外海設計高潮位，保護忠門北江圍墾片規(guī)劃區(qū)內(nèi)安全。規(guī)劃區(qū)防洪排澇工程應在水文分析成果的基礎上，結(jié)合規(guī)劃區(qū)的地面控制高程，采用“滯、疏、排”等綜合措施，提高規(guī)劃區(qū)的防洪排澇標準，以滿足設計要求。即首先結(jié)合規(guī)劃區(qū)場地平整，合理確定各片區(qū)的地面控制高程，并利用鄰海低洼地形開辟相應規(guī)模的滯洪區(qū)；再通過整治新建排洪渠系，疏導規(guī)劃區(qū)洪水匯入滯洪區(qū)，最終利用防潮海堤的排澇閘，就近將滯洪區(qū)內(nèi)洪水外排入海。

該區(qū)具體擬定的規(guī)劃方案工程布置見表4。

表4 防洪排澇規(guī)劃方案工程布置成果

4.2 防洪排澇演算

4.2.1 計算原則

蓄澇計算的上邊界條件為上游洪水入滯洪區(qū)，下邊界條件為排澇閘外海潮位。根據(jù)設計洪水過程線、設計潮型過程線、庫容曲線，按水量平衡原理進行調(diào)洪演算。基本原則為：區(qū)內(nèi)水位高于外海潮位時開閘泄洪，反之關閘擋潮。

4.2.2 基礎資料

a.設計洪水過程采用前面計算成果。

b.外海潮位過程采用前面計算的前沁潮位站設計潮位成果。

c.滯洪區(qū)面積。由于地形限制，按規(guī)劃區(qū)布置滯洪區(qū)1340畝，同時規(guī)劃區(qū)生態(tài)廊道及排洪渠可適當兼有滯洪作用考慮。

4.2.3 計算成果

4.2.3.1 洪潮遭遇組合分析

洪潮遭遇采用以下遭遇組合：組合一，30年一遇洪水遭遇外海多年平均潮位過程；組合二，2年一遇洪水過程遭遇外海30年一遇設計潮位過程。蓄澇水位取兩種遭遇組合中的上包線。

同時，為分析高潮位和洪峰錯時段遭遇的影響，分別按高潮位與洪峰正碰遭遇、滯后1h遭遇、滯后2h遭遇、滯后3h遭遇計算，以分析最不利工況。

由現(xiàn)狀與規(guī)劃(推薦方案)水平年蓄澇演算計算成果匯總對比可知，P=3.33%設計洪水過程與平均高潮位過程遭遇(組合一)，且高潮位滯后2h的組合方案為最不利工況。

4.2.3.2 排洪渠設計渠寬比選

為考慮生態(tài)廊道及排洪渠不同設計渠寬對滯洪區(qū)容積的影響，分析不同渠寬設計時滯洪演算成果(均采用組合一計算)。維持滯洪區(qū)1340畝不變，擬定不同方案設計渠寬進行滯洪演算，對各方案滯洪演算計算成果進行對比分析。

通過對比可知，以設計洪水過程與平均高潮位過程不利組合遭遇(組合一)及高潮位滯后2h的組合方案計算，三個方案設計渠寬對應的最高蓄澇水位分別為2.41m、2.29m、2.20m。則滯洪區(qū)布置1340畝，若生態(tài)廊道及排洪渠按方案一渠寬設計，規(guī)劃區(qū)最高蓄澇水位已達2.41m，再以此水位向上推求水面線，排洪渠上游及二級引渠上游水位將超過2.60m，則按方案一的渠寬設計無法滿足規(guī)劃要求。若按方案三渠寬設計，規(guī)劃區(qū)蓄澇水位減小雖不明顯，但相應對規(guī)劃區(qū)用地占用也將增加，可見滯洪區(qū)及規(guī)劃渠寬并無進一步加大必要。

綜合考慮，確定生態(tài)廊道渠寬按75m設計，規(guī)劃區(qū)最高蓄澇水位為2.29m，可以滿足規(guī)劃區(qū)防洪排澇要求。

4.2.3.3 排澇設計起調(diào)水位比選

為進一步分析起調(diào)水位合理性，以設計洪水過程與平均高潮位過程不利組合遭遇(組合一)及高潮位滯后2h的組合方案及推薦滯洪區(qū)及排洪渠布置方案(生態(tài)廊道設計渠寬75m)，擬定不同起調(diào)水位進行計算，可得出不同起調(diào)水位滯洪演算成果。通過對比可知，若起調(diào)水位分別按1.0m、0.5m進行滯洪演算，則由于排洪不及時，遇30年一遇洪水區(qū)內(nèi)最高蓄澇水位分別高達2.94m、2.76m，顯然無法滿足規(guī)劃防洪要求。而起調(diào)水位進一步降低為-0.5m時，區(qū)內(nèi)最高蓄澇水位仍為2.25m，較0m起調(diào)時的最高蓄澇數(shù)位2.29m降低趨勢有限。分析其演算過程可知，雖然起調(diào)水位擬定較低，但是當洪水到來時，外海水位較高，排澇閘排澇機會并不大，區(qū)內(nèi)水位仍然處于持續(xù)上升的過程，僅當外海潮位消落，低于區(qū)內(nèi)水位時，可以開啟排澇閘排洪，區(qū)內(nèi)水位得以回落?？梢娦顫逞菟闫鹫{(diào)水位并無繼續(xù)降低必要。

且根據(jù)現(xiàn)狀運行情況調(diào)查，為維持規(guī)劃區(qū)現(xiàn)有農(nóng)田及魚塘的基本用水需求，規(guī)劃區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀正常運行水位基本維持在0m，故綜合防洪安全，以及水生態(tài)、水景觀等綜合要求，并結(jié)合實際運行情況，推薦區(qū)內(nèi)正常運行水位及排洪控制起調(diào)水位為0m。

故綜合以上分析，可得規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀水平年最高蓄澇水位為1.38m，規(guī)劃水平年最高蓄澇水位為2.29m。

4.3 水面線計算

4.3.1 計算原理

水面線計算主要根據(jù)伯努利方程。

4.3.2 基礎資料

a.設計流量。生態(tài)廊道及排洪渠設計流量，依據(jù)前面設計洪水計算成果。

b.起始水位。生態(tài)廊道及排洪渠以滯洪區(qū)蓄澇演算最高水位作為起始水位，向上游推算水面線。

c.糙率。參考同類工程及《水工設計手冊》的糙率表，取0.030。

d.設計斷面。根據(jù)前述規(guī)劃方案，結(jié)合滯洪區(qū)布置，生態(tài)廊道及排洪渠設計渠寬分別擬定三個方案進行設計比選。為進一步分析不同設計渠寬對渠道上游水位的影響，以三個方案計算的滯洪區(qū)最高蓄澇水位為渠道起始水位，分別對生態(tài)廊道及港渠的設計水位進行推算。

4.3.3 計算成果

對生態(tài)廊道及排洪渠不同方案進行綜合分析，得出本次推薦設計渠寬(見表5)。

表5 推薦設計渠寬成果

4.3.4 特征水位

規(guī)劃區(qū)防洪標準為30年一遇，規(guī)劃水平年最高蓄澇水位為2.29m。根據(jù)分析計算，可得出各排洪渠30年一遇防洪設計水位成果。

規(guī)劃區(qū)排澇標準為20年一遇，為分析規(guī)劃區(qū)排澇控制水位，根據(jù)滯洪區(qū)蓄澇演算，以20年一遇設計洪水過程與平均高潮位過程不利組合遭遇(組合一)、高潮位滯后2h的組合方案及推薦滯洪區(qū)和推薦排洪渠布置方案進行蓄澇演算，得到規(guī)劃區(qū)20年一遇最高蓄澇水位為1.98m。按分析的各排洪渠推薦設計規(guī)模，以此水位向上推求各排洪渠水面線，得到各排洪渠沿程20年一遇排澇控制水位成果。

4.4 工程方案及布置

4.4.1 滯洪區(qū)

根據(jù)該片區(qū)原防洪排澇規(guī)劃，規(guī)劃水平年設1340畝(凈面積)的滯洪區(qū)。

滯洪區(qū)底高程-2.0m，邊坡1∶4，滯洪區(qū)護岸采用漿砌石護砌。滯洪區(qū)布置東以風力發(fā)電基座為界，西以規(guī)劃道路為界，南、北以自然高地及現(xiàn)有道路控制線為界(滯洪區(qū)周邊預留涉水景觀綠化用地)。

4.4.2 生態(tài)廊道

生態(tài)廊道全長1.4km，起始斷面底高程接滯洪區(qū)，為-2.0m，采用復式梯形斷面(規(guī)劃道路跨渠橋梁橋下斷面控制寬度30m)，兩岸可以采用生態(tài)護坡。

4.4.3 排洪渠

本次布置排洪渠5條，總長5.34km。

1號排洪渠規(guī)劃渠線沿現(xiàn)狀自然高地邊線布置(南部自然高地高程8.0m左右)，排向滯洪區(qū)，渠道長度890m，規(guī)劃渠寬25m；設計洪水位(P=3.33%)為2.29～2.33m，渠道坡降i=1/2000，渠底高程-2.0～-1.56m，設計斷面為矩形漿砌石明渠斷面。

2號排洪渠規(guī)劃渠線沿規(guī)劃道路綠化帶邊線布置，排向滯洪區(qū)，渠道長度1200m，規(guī)劃渠寬15m，設計洪水位(P=3.33%)為2.29～2.34m，渠道坡降i=1/2000，渠底高程-2.0～-1.4m，設計斷面為矩形漿砌石明渠斷面。

3號排洪渠規(guī)劃渠線沿規(guī)劃道路綠化帶邊線布置，位于樂嶼新城南部，排向滯洪區(qū)，渠道長度1600m，規(guī)劃渠寬10m，設計洪水位(P=3.33%)為2.29～2.36m，渠道坡降i=1/2000，渠底高程-2.0～-1.20m，設計斷面為矩形漿砌石明渠斷面。

4號排洪渠規(guī)劃渠線沿規(guī)劃道路綠化帶邊線布置，位于樂嶼新城北部，排向滯洪區(qū)，渠道長度1230m，規(guī)劃渠寬15m，設計洪水位(P=3.33%)為2.29～2.33m，渠道坡降i=1/2000，渠底高程-2.0～-1.39m，設計斷面為矩形漿砌石明渠斷面。

5號排洪渠規(guī)劃渠線沿規(guī)劃道路綠化帶邊線布置，排向滯洪區(qū)，渠道長度420m，規(guī)劃渠寬10m，設計洪水位(P=3.33%)為2.29～2.32m，渠道坡降i=1/2000，渠底高程-2.0～-1.79m，設計斷面為矩形漿砌石明渠斷面。

渠岸岸頂高程按設計洪水位加上波浪爬高、風壅水面高度和安全加高值確定。參照《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286—2013)規(guī)定，3級建筑物允許越浪的安全加高值為0.4m。波浪爬高與風壅增高值與計算風速、堤前水深、有效吹程和迎水面堤坡等因素有關，經(jīng)計算該工程渠岸頂超高值為0.6m。

4.4.4 排澇閘

北江圍墾海堤已有利山排澇閘和后坑納潮閘。經(jīng)分析計算，為滿足北江圍墾排澇需要，排澇(納潮)閘改造重建維持原規(guī)模，即利山排澇閘1座3孔，閘孔大小3m×4.25m，底板高程-2.74m；后坑納潮閘1座3孔，閘孔大小3m×3.04m，底板高程-0.65m(見下圖)。

規(guī)劃工程總平面布置圖

5 非工程措施規(guī)劃

非工程措施是現(xiàn)代防洪治澇減災體系中不可缺少的重要組成部分，無論建設什么樣的防洪工程設施，不可預見因素和超標準洪水的危除性總是存在的。工程措施防洪是改造自然，非工程措施防洪是順應洪水的自然特性采用其他措施減少損失。如果完全采取工程措施提高防洪標準，不僅難度大、周期長、投資大，而且存在一定的限制，經(jīng)濟上也不一定合理。因此防洪不能完全依靠工程措施建設，還必須加強非工程措施配套建設。

6 結(jié) 論

a.該規(guī)劃區(qū)防洪標準為30年一遇洪水，排澇標準按20年一遇設計，防潮標準為30年一遇外海潮位。

b.在充分考慮現(xiàn)狀及相關規(guī)劃基礎上，通過現(xiàn)場調(diào)查、分析與計算，提出的防洪排洪標準及相關措施，規(guī)劃方案可行，可以基本解決規(guī)劃區(qū)的防洪、排澇、防潮問題。

c.如果地方財力有限，可根據(jù)工程重要性分階段實施，先實施比較重要的閘河道工程，規(guī)劃具有良好的彈性。