深圳市沙头角城区山洪截排系统优化

郝志鹏

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 概述

沙头角城区位于深圳市盐田区，为盐田区下辖4个街道办之一，城区总面积6.60km2，常住人口15万人。沙头角城区北靠梧桐山南麓，南临南海大鹏湾海域，东接盐田港，西部与香港新界隔河相望。城区内坐落有“特区中的特区”——著名爱国主义教育基地中英街。

沙头角城区地势北高南低，背山面海。本区域属亚热带季风性气候，夏季受到副热带高压影响，暴雨频发，且受台风影响，常形成大暴雨。由于梧桐山山高坡陡，而城区多处重要设施如社区、学校、工厂、医院等均依山而建，暴雨期间，山洪沿梧桐山南麓倾斜而下，对城区人民的生命财产安全构成了较大威胁。历史上沙头角城区山洪灾害频繁发生，山洪防治成为该地区自然灾害防治工作的重中之重。

2 山洪截排系统存在的主要问题

沙头角城区沿梧桐山南麓修建有多条截洪沟，下游接4条穿越城区的排洪通道。暴雨期间，大部分山洪由截洪沟截流后，通过各排洪通道排向城区南部的大鹏湾海域。这4条排洪通道为沙头角河、海山涵、八号涵和十号涵（如图1）。其中沙头角河为沙头角城区与香港新界的界河，河道左岸（沙头角一侧）建有社区、学校、海关、军营等设施，河道右岸（香港侧）为山地地貌，开发程度较小；海山涵在城区上游段为开敞式渠道，向东转弯之后转变为沿公路敷设的地下箱涵；八号涵及十号涵均为沿路敷设的地下箱涵。

为寻找沙头角城区山洪截排系统所存在的主要问题，首先对城区4条排洪通道的汇水区域进行划分，图1中①～④号分区分别对应沙头角河、海山涵、八号涵和十号涵的山洪汇水区域，并对各分区进行水文计算以确定其设计洪峰流量，在此基础上对下游4条排洪通道的过流能力进行复核。其复核结果为：①～④号分区山洪可通过下游4条排洪通道安全下泄，但⑤号分区山洪经截洪沟截流后无排洪通道，山洪直接流向下游城区。⑤号分区汇水面积约0.6km2，据水文计算成果，⑤号分区20年一遇山洪洪峰流量达8.6m3/s，50年一遇达15.7m3/s，如此大量山洪直接排向下游城区，不仅对城区市政排水管网造成很大压力，更严重的是山洪由高坡直冲而下所携带的巨大能量，对山前人民群众的生命财产安全构成了很大威胁。综上，⑤号分区的排洪通道问题成为沙头角城区山洪防治的首要问题。

图1 沙头角排洪系统

3 原规划方案

为解决⑤号分区的山洪出路问题，本工程曾进行了多次研究，并提出在⑤号分区下游，沿海山路新建一条排洪通道。新建排洪通道上游接⑤号分区截洪沟末端，下游接大鹏湾海域，总长度1.1km，初拟涵洞洞径为2.5m。本方案理论上可解决⑤号分区的山洪排放问题，但由于海山路两侧市政设施密集，路下敷设有大量的市政管网，且海山路为盐田区主干道，断交施工的可能性非常小，故该方案一直未得到实施。

4 分流方案的提出

鉴于新建排洪通道无法实施，而通过梳理整个城区的排洪系统可以发现，⑤号分区下游距离海山涵较近，因此考虑向附近海山涵分流，使⑤号分区山洪通过海山涵下泄，但也会加重海山涵的排洪压力，因海山涵下游同样为市政设施密集的城市建成区，不可能再对其进行扩宽改造，故为保证海山涵排洪安全，需在海山涵上游另劈分洪通道，向右侧沙头角河分流。由于沙头角河位于城区外侧，河道另一侧为香港新界的天然山地，开发程度较小，故有条件向香港一侧适当扩宽河道以增大其行洪能力。上述分流方案需建设3条分流通道，其中分流通道2及3分别沿圆墩西街和叶屋西街敷设，两者共同承担将⑤号分区洪水分流至海山涵；分流通道1承担将海山涵部分洪水分流至沙头角河。3条分洪通道均采用路下埋管的方式，其中分流通道1管径2.4m，长200m；分流通道2和3管径均1.5m，总长385m。3条分洪通道均位于山前不远的位置，城区开发强度不大，所涉及埋管施工的3条道路均非主干道路，故本方案较原规划在下游主城区主干道路下埋设排洪箱涵更具可实施性。

5 海山涵分流水力设计

根据水文计算，设计洪水标准50年一遇海山涵洪峰流量39.0m3/s，⑤号分区洪水分流至海山涵的洪峰流量15.7m3/s，为使海山涵下游过流量保持不变，应在海山涵分流通道进口采取工程措施，控制其向沙头角河分流流量15.7m3/s，下泄流量23.3m3/s。由于暴雨来时迅猛，为确保排洪安全，应尽量实现自动分流，避免采用闸门等需要人工控制流量的措施。经研究，本工程分流通道起点选择海山涵涵洞进口位置，拟在涵洞进口设置溢流堰，堰前右侧设置分流口（如图2）。

图2 海山涵分流口布置

设置溢流堰及分流口后，常遇洪水情况下上游来水经溢流堰拦挡后全部通过分流通道1排至沙头角河，较大洪水情况下上游来水除向沙头角河分流外，还通过溢流堰自动下泄至原海山涵，与分流通道2、3所分流的⑤号分区洪水汇流后排至大鹏湾海域。海山涵分流口上游排洪渠道两侧建成区地面标高23.5m，故为保证两侧建成区的防洪安全，设计洪水标准50年一遇情况下应控制海山涵上游渠道水位应不高于23.0m，在此水位条件下，通过调整溢流堰堰顶高程及分流管道管径以实现分流流量与下泄流量控制目标。

5.1 溢流堰堰顶高程确定

溢流堰采用WES实用堰，其泄流能力采用式（1）计算：

式中 Q为设计流量 （m3/s）；c为上游堰坡影响系数；m为流量系数；ε为侧收缩系数；σs为淹没系数；B为溢流堰总净宽（m）；g为重力加速度（m/s2）；H0为计入行近流速水头的堰上总水头（m）。

经计算，海山涵进口溢流堰堰顶高程取21.3m。

5.2 分流管道管径确定

分流管道管径与分流管道进、出口水位差有关，进口取海山涵上游渠道控制水位23.0m，出口取沙头角河50年一遇洪水位。管道采用预制钢筋混凝土管，为有压过流，其过流能力计算如式（2）：

式中 Q为设计流量（m3/s）；λ为沿程水头损失系数，由谢才公式求得；l为管道长度 （m）；R为管道水力半径（m）；∑ζ为管道局部水头损失系数之和；A为过流断面面积（m2）；Z0为计入行近流速的上、下游水位差。

经计算，海山涵分流沙头角河管道管径取2.4m。

6 沙头角河扩宽水力计算

对分流管道出口下游的沙头角河道向香港一侧进行扩宽改造。扩宽尺寸以保证沙头角河50年一遇设计洪水位不变为控制条件。为此，对沙头角河自河口向分流管道出口断面进行水面线推求。

河道水位线计算采用一维恒定非均匀渐变流方程，其计算公式如式（3）：

式中 Z1，Z2为下游与上游断面的水位（m）；V1，V2为下游与上游断面的流速 （m/s）；hw为此河段水流的沿程损失和局部水头损失之和。

为保证分流后沙头角河行洪安全，经计算沙头角河河道需向香港一侧扩宽2.0m。

7 结语

（1）通过对沙头角城区4条排洪通道汇水区域进行划分并进行水文计算，在下游城区无条件另建排洪通道的情况下，通过在上游进行分流，实现对山洪的整体截排。

（2）为达到海山涵分流流量自动控制目标，在海山涵涵洞进口设置溢流堰及分流口，并通过水力计算确定溢流堰堰顶高程及分流管道管径。

［1］GB50288—99，灌溉与排水工程设计规范［S］.

［2］GB/T50805—2012，城市防洪工程设计规范［S］.

［3］GB50014—2006，室外排水设计规范（2014年版）［S］.

［4］顾辉，谢子书.水利水电工程技术［M］.北京：气象出版社，2003.

［5］深圳市防洪（潮）规划报告（修编）（2002~2020年）［R］.2002.