章晶晶

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,廣東 深圳 518001)

0 引 言

深汕位于廣東省東南部,地處珠三角平原和潮汕平原之間,西、北部與惠州市惠東縣接壤,東與汕尾市海豐縣相連,南臨紅海灣,是粵東通往珠三角地區(qū)的橋頭堡,距廣州200km、深圳60km、汕頭200km,距香港82海里,距臺(tái)灣高雄港200海里,距太平洋國(guó)際航道12海里,距汕尾港35km,距小漠深水碼頭5km,處在深圳1h交通圈內(nèi),珠三角經(jīng)濟(jì)圈與海峽西岸經(jīng)濟(jì)圈結(jié)合部,是粵港澳大灣區(qū)向粵東城鎮(zhèn)群拓展輻射的重要戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)。深圳市深汕特別合作區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“深汕合作區(qū)”)作為深圳的第“10+1”區(qū)及特區(qū)中的特區(qū),承擔(dān)著延續(xù)深圳基因、延伸城市功能的新興城區(qū)。

研究的赤石河是深汕合作區(qū)的第一大河,發(fā)源于北部山區(qū),向南貫通城區(qū)全境,經(jīng)小漠鎮(zhèn)注入小漠灣,全長(zhǎng)約36.8km,流域總面積382km2,占合作區(qū)總面積的 81.6%。深汕合作區(qū)由深圳市主導(dǎo)建設(shè)及管理,作為新開發(fā)地區(qū),水利規(guī)劃建設(shè)應(yīng)與城市發(fā)展相協(xié)調(diào)。

目前赤石河干流已有《深圳市防洪(潮)排澇規(guī)劃(2021—2035)》等相關(guān)規(guī)劃成果。由于深汕合作區(qū)內(nèi)城市規(guī)劃的空間及主要建成區(qū)分布在赤石河以及支流兩岸,城市開發(fā)豎向標(biāo)高與河道防洪水位息息相關(guān),為尋求更經(jīng)濟(jì)合理的河道整治方案,文章將在相關(guān)規(guī)劃方案的方案基底上進(jìn)一步對(duì)赤石河瓶頸段進(jìn)行阻洪分析,并提出應(yīng)對(duì)思路。

1 流域概況

1.1 地形地貌

1.1.1 河流水系

赤石河位于深圳市深汕特別合作區(qū)(以下簡(jiǎn)稱深汕合作區(qū)),為廣東省東南部地區(qū)河流。赤石河流域面積為382km2。流域內(nèi)水系發(fā)達(dá),除干流外有一級(jí)支流14條,二級(jí)支流15條,三、四級(jí)支流6條,共計(jì)36條。

1.1.2 水文地形

赤石河地勢(shì)總體北高南低,內(nèi)有平坦低洼地。流域內(nèi)山區(qū)面積306.79km2,占總面積的 65.74%,北部多山且坡度較陡,造成山洪產(chǎn)匯流時(shí)間短且洪量大。

赤石河由北向南穿插過境,中部為丘陵地帶,深汕合作區(qū)內(nèi)城市規(guī)劃的空間及主要建成區(qū)分布在赤石河以及支流兩岸,兩岸地勢(shì)低洼,城市開發(fā)豎向標(biāo)高對(duì)河道洪水較為敏感。

赤石河為直接入海河流,流域下游為濱海沉積、沖積平原地帶,地勢(shì)平坦,受潮影響,風(fēng)險(xiǎn)因子主要為外海潮水頂托。

1.1.3 現(xiàn)狀防洪體系

赤石河流域現(xiàn)狀水利設(shè)施較差,已建水庫(kù)多是以防洪、灌溉為主的小水庫(kù),調(diào)洪庫(kù)容相對(duì)較小,控制面積不足14%。目前深汕合作區(qū)內(nèi)尚無調(diào)蓄流域洪水的骨干工程,防洪體系單薄,主要以堤防為主。

赤石河流域大部分河道目前處于天然狀態(tài),除部分河道已按20a一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治,其余河道防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍5～10a一遇;深汕現(xiàn)狀除鵝埠街道部分已新建排水管網(wǎng),其他區(qū)域無排水管網(wǎng),澇水地表散排;由于片區(qū)內(nèi)河道未經(jīng)系統(tǒng)整治,河道過流能力不足,澇水無法及時(shí)排走,造成片區(qū)內(nèi)極易形成內(nèi)澇,整體治澇標(biāo)準(zhǔn)低。

防洪排澇體系不完善。由于片區(qū)開發(fā)尚處于起步階段,受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、財(cái)政收入和技術(shù)力量等因素制約,水務(wù)設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后,現(xiàn)狀水利基礎(chǔ)設(shè)施整體底子薄弱,缺少防洪骨干工程,且現(xiàn)有水庫(kù)病險(xiǎn)嚴(yán)重,大部分未完成除險(xiǎn)加固;干支流水系大多為天然河道,未經(jīng)系統(tǒng)整治,河道防洪標(biāo)準(zhǔn)低;排水管網(wǎng)、污水收集處理等均未形成體系。

1.2 河道管理范圍線內(nèi)用地規(guī)劃

通過解讀土地利用規(guī)劃可知,赤石河干流以及支流的兩岸河道管理范圍線內(nèi)涉及居住用地,商業(yè)服務(wù)業(yè)用地、工業(yè)用地、市政設(shè)施用地以及教育科研用地。

沿赤石河的主要開發(fā)區(qū)域?yàn)槌嗍行膮^(qū)、及鵝埠街道、小漠街道3個(gè)片區(qū)。其中小漠街道不屬于赤石河流域范圍內(nèi),本次重點(diǎn)分析赤石中心區(qū)及鵝埠街道。

表1 深汕合作區(qū)主要開發(fā)區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)表

1.3 瓶頸段分析

赤石河上中下游分別以福田水陂和G324橋分界,通過對(duì)河道的相關(guān)分析,從上游至下游赤石河干流瓶頸段主要有:廈深鐵路跨河橋、G324 國(guó)道跨河橋、沈海高速跨河橋、小漠大橋等,瓶頸段的形成是因橋梁建設(shè)束窄了河道過流斷面。瓶頸段參數(shù)表,見表2。

表2 瓶頸段參數(shù)表

2 阻洪分析

2.1 方案設(shè)計(jì)

2.1.1 方案基底

規(guī)劃方案是通過增加調(diào)蓄空間,拓寬河道卡口段,改造水工構(gòu)筑物,全面清障、清違和清淤增加河道行洪能力。具體措施如下:

1)充分利用現(xiàn)狀水庫(kù)以及規(guī)劃新建的三座大中型水庫(kù)(僅分析水庫(kù)的調(diào)蓄功能),有效攔蓄區(qū)域洪水,減少洪水進(jìn)入河道。新建北坑水庫(kù)、水底山水庫(kù)、明溪水庫(kù) 3 座水庫(kù)以及赤石、明熱調(diào)蓄空間。

2)對(duì)赤石河干流福田水陂至 G324 橋段拓寬河道、加高堤防等河道整治,整治長(zhǎng)度 17.61km。

3)龍?zhí)端楦脑?。將龍?zhí)端楦脑鞛榭煽厮そㄖ?洪水期保證赤石河行洪斷面,非洪水期保證上游于河道取水的需求。

4)赤石河河道清障并結(jié)合 G324 橋改造、小漠大橋拆除,將沈海高速跨河橋到小漠大橋之間局部較窄的河道斷面進(jìn)行適當(dāng)拓寬。

2.1.2 優(yōu)化方案措施

在方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加卡口拓寬及清淤清障相關(guān)措施:

措施1:①赤石河河口～南門河匯入口處河道清障;②將沈海高速跨河橋到小漠大橋之間局部較窄的河道斷面進(jìn)行適當(dāng)拓寬。

措施2:①沈海鐵路跨河橋～響水坑匯入口下游局部較窄的河道進(jìn)行適當(dāng)拓寬;②G324國(guó)道跨河橋附近河道清障。

措施3:①明熱河匯入口上游1.1km河道清淤及局部拓寬;②縣道131旁河道2.1km河道清淤。

2.2 模擬論證

本次采用的MIKE11模型,通過構(gòu)建赤石河流域河網(wǎng)模型綜合分析,提出整治方案。

2.2.1 軟件計(jì)算原理

核心方程式為一維非恒定圣維南方程組,圣維南方程組由連續(xù)性方程及動(dòng)量方程組成, 連續(xù)性方程反映河道水量平衡,動(dòng)量方程反映水體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,方程組如下:

(1)

式中:Q為流量,m3/s;x為空間坐標(biāo),m;t為時(shí)間坐標(biāo),s;Z為水位,m;B為河面寬度,m;q為旁側(cè)入流,m2/s;A為過流斷面面積,m2;C為謝才系數(shù);R為水力半徑,m;g為重力加速度,m/s2。

式(1)中第1式為連續(xù)方程,第2式為動(dòng)量方程。

2.2.2 計(jì)算工況

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水與設(shè)計(jì)潮位,考慮洪潮遭遇組合,分別考慮以洪為主和以潮為主工況,洪潮標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)劃保持一致,計(jì)算結(jié)果取洪潮外包線,各工況詳細(xì)參數(shù)見表3。

表3 水文組合工況特征參數(shù)

2.2.3 數(shù)字模型構(gòu)建

本次模型概化赤石河流域水系的干流及兩條支流,干流全長(zhǎng)27.8km,結(jié)合規(guī)劃及工程測(cè)量資料,本次共收集河道斷面67個(gè)。上下游邊界為:上游輸入其洪水流量過程線;赤石河河口位于港口站附近,本次收集了港口站1974—2018年的各年最高潮位實(shí)測(cè)資料,對(duì)實(shí)測(cè)資料排頻后得出設(shè)計(jì)潮位,下游邊界采用設(shè)計(jì)潮位。

根據(jù)雨洪遭遇分析,赤石河流域內(nèi)洪水與外江洪水遭遇具有隨機(jī)性,模型采用上述工況進(jìn)行計(jì)算。河道區(qū)間和支流流量作為旁側(cè)入流邊界輸入,軟件中作為point source輸入。

3 分析結(jié)果

3.1 行洪影響分析

1)措施1實(shí)施后,從長(zhǎng)坑匯入口下游處斷面(13+703)水位開始下降,水位下降差值為0.82～0.16m,河口水位受潮位影響,水位未發(fā)生變化。其中集中在赤石鎮(zhèn)中心區(qū)及鵝埠街道附近的建成區(qū)下降水位最大分別為0.33m及0.43m。

2)措施1+2實(shí)施后,從福田水陂處斷面(11+680)水位開始下降,水位下降差值為1.02～0.08m,河口水位受潮位影響,水位未發(fā)生變化。其中集中在赤石鎮(zhèn)中心區(qū)及鵝埠街道附近的建成區(qū)下降水位最大分別為0.62m及0.58m。

3)措施1+2+3實(shí)施后,從塘下水?dāng)嗝?6+173)水位開始下降,水位下降差值為1.02～0.08m,河口水位受潮位影響,水位未發(fā)生變化。其中集中在赤石鎮(zhèn)中心區(qū)及鵝埠街道附近的建成區(qū)下降水位最大分別為0.99m及0.58m。

3.2 效益評(píng)估

通過實(shí)施卡口拓寬及清淤清障相關(guān)措施,河道設(shè)計(jì)水位在基底方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步下降,且下降明顯,同時(shí)帶來堤防工程量、場(chǎng)坪填方量的降低。按照相關(guān)片區(qū)一一進(jìn)行效益評(píng)估:

1)赤石鎮(zhèn)中心區(qū):措施1實(shí)施后,有效降低了赤石鎮(zhèn)中心區(qū)水位約0.33m,相應(yīng)減少場(chǎng)坪填方量262.55萬m3;措施1、2實(shí)施后,有效降低了赤石鎮(zhèn)中心區(qū)水位約0.62m,相應(yīng)減少場(chǎng)坪填方量493.28萬m3;措施1、2、3實(shí)施后,有效降低了赤石鎮(zhèn)中心區(qū)水位約0.99m,相應(yīng)減少場(chǎng)坪填方量787.65萬m3。

2)鵝埠街道:相關(guān)措施實(shí)施后有效降低了赤石河干流設(shè)計(jì)水位,減少對(duì)一級(jí)支流南門河的頂托,降低了南門河水位,有利于鵝埠街道的建設(shè)。

其中措施1實(shí)施后,有效降低了南門河水位約0.43m,相應(yīng)減少場(chǎng)坪填方量191.84萬m3;措施1、2實(shí)施后,有效降低了南門河水位降低約0.58m,相應(yīng)減少場(chǎng)坪填方量258.76萬m3; 措施1、2、3實(shí)施后效益同措施1、2。

相關(guān)措施效益分析表見表4。

表4 相關(guān)措施效益分析表

續(xù)表4 相關(guān)措施效益分析表

4 結(jié)論及建議

文章根據(jù)對(duì)赤石河瓶頸阻洪分析,提出應(yīng)對(duì)思路,擬對(duì)瓶頸段進(jìn)一步實(shí)施相關(guān)卡口拓寬及清淤清障工程,根據(jù)相關(guān)措施,赤石鎮(zhèn)中心區(qū)最多可在方案基底的基礎(chǔ)上下降設(shè)計(jì)水位約0.99m;鵝埠街道片區(qū)最多可在方案基底的基礎(chǔ)上下降設(shè)計(jì)水位約0.58m。河道設(shè)計(jì)水位的降低可相應(yīng)降低河道兩岸城市的場(chǎng)坪標(biāo)高及堤防高度,同時(shí)更有利于赤石河本身河道治理,減輕兩岸的防洪壓力,減少地區(qū)淹沒風(fēng)險(xiǎn),助力打造城市水安全格局,對(duì)深汕特別合作區(qū)的城市開發(fā)格局有重大影響。

根據(jù)文章對(duì)河道瓶頸段阻洪分析可知,通過建立河道水動(dòng)力模型,并通過模型模擬可以更直接快捷地識(shí)別出影響水面線的敏感因素,如河道瓶頸段,并可驗(yàn)證改變相關(guān)因素引起的水面線變化,有助于得出方案的有效性及效益評(píng)估,為河道治理尋找最優(yōu)解。