黄埔区华埔社区水患防治响应方案研究

罗浩斌

(广州科学城排水管理有限公司，广州 510000)

2020年“5.22”特大暴雨，广州地区遭遇历史上罕见的持续强降水，黄埔区华埔涌周边地区由于排水能力不足发生了严重内涝，周边华埔村村落道路淤水严重、房屋受损，人民生命财产受到威胁，其境内的开源大道隧道内积水骤增，雨水渠排水受阻，开源隧道完全被雨水倒灌淹没，造成3台车辆被淹，2人死亡。为保证黄埔区的经济发展，迫切需要做好水利方面的建设，因此本文综合分析华埔社区的水患成因，从片区整体排水现状去了解问题的所在，并提出解决方案。

1 工程概况

南北走向的开创大道和东西走向的开源大道走向成X型相交，相交处采用了隧道加立交型式布置，经现场查勘，黄浦区云埔街道周边主要汇水河道为华埔涌，其过水断面不足，排洪能力偏小；且现状周边山体四周无截洪沟，大部分山洪沿山坡漫排汇入市政雨水管道，每逢大雨，山洪来势迅猛，市政雨水管排水不及，导致云埔街道社区境内的开源隧道等低洼区域发生水浸[1]。

工程区域内河流为华埔涌，华埔涌属于南岗河流域左岸一级支流。主干河道发源于石厘头，经华埔村，往东流经华浦新村，往东穿开创大道管涵，流经华浦新村，通过明渠折向东南，沿开源大道向南，于伴河路与开源大道交汇处流入南岗河，流域面积为7.03 km2，长度为2.69 km；支涌河道发源于开源大道北侧永和隧道牛头领，沿开源大道向南，经开源隧道西侧箱涵，于时代春树里小区汇入干流雨水箱涵，长度为3.5 km。

2 现状情况及主要存在问题

2.1 现状市政排水管网压力大、容易发生内涝

根据黄浦区内涝点统计情况，发现黄浦区华埔村社区内存在内涝隐患风险点，其原因为华埔村社区民居密集，城区地面硬化，水面、植被的减少，雨水径流系数加大，也致使雨水径流量加大，排水管渠负担加大。

原有调蓄水体(人工湖)调蓄容量大幅减少，也加重了排水管网的压力，以前农田、部分被覆盖的水塘等都可排水滞水蓄水，地面硬化致使原有排水设施设计的排水标准降低，致使原排涝系统能力不足。

城市建设占用低洼调蓄区域；由于城市建设和交通道路的发展，城市化进程加快，排涝设施未能同步建设，涝情日趋严重，汛期致使村庄道路受浸较普遍。河涌暗渠过流能力不足，导致涝水难以排除，常常发生内涝[2]。

2.2 现状河涌排水能力不足

本工程将整个华埔涌河道划分为主涌上游段、主涌下游段、支涌段3个区域(如图1所示)，现分别对3段区域排水情况进行分析。

图1 华埔涌河道划分区段示意

1) 主涌下游段

主涌下游段存在问题：① 现状河道已全部暗渠化；② 过水断面不足，淤积严重；③ 由于入河口处，箱涵较低，南岗河行洪水位高于箱涵顶，箱涵水流流态为有压流，出口水位顶托上游来水，导致排水缓慢，不利于渠箱排涝。

2) 主涌上游段

主涌上游段存在问题：① 河道明渠段老旧浆砌挡墙破损，护脚冲刷严重；② 行洪断面不够，河段淤积严重。

3) 支涌段

支涌段存在问题：该段箱涵长约1.76 km，为B×H=3 600×2 100混凝土箱涵。受开源隧道工程影响，暗渠由顺直方向改成“几”字，“几”字部分河道转弯半径小，排水缓慢，造成渠箱内水位偏高，流速偏小，排水不畅。

2.3 工程范围内可用调蓄水体规模小，调蓄作用不大

开源隧道所在道路周边有新建小区楼盘、自然村落和创新公园，周边为自然山体，本次工程范围集雨面积为1.737 km2，本工程范围内仅有创新公园4个人工湖水体，为梯级人工湖，且全部集中在华埔涌下游段，上游段无可用调蓄水体。

3 工程主要建设内容

3.1 工程总体设计思路

为了减缓下游主干排水渠箱的排水压力，本工程考虑在华埔村东北角山谷处新建调蓄湖，并在华埔村山腰处新建一条截洪渠，将山洪汇流引进调蓄湖内，其次在调蓄湖泄洪渠通过控制水闸进一步增加调蓄湖对流域上游洪水的调蓄能力[3]。

为避免洪水汇流至开创大道，淹没开源隧道等低洼处，将华埔村东侧山脚处暗涵按照50 a一遇设计标准改造为排洪明渠，增加区域汇水能力，并在东南侧山脚新建排洪明渠将开源大道侧的洪水汇流；将华埔西街西侧山脚处的暗涵按照20年一遇设计标准改造为排洪明渠，增加区域汇水能力，并在开创大道以顶管的形式将上游汇过排洪明渠的洪水引至下游排洪明渠[4]。

将原创新公园内的3#、4#景观湖进行改造作为下游调蓄湖，在4#景观湖泄洪渠后端已建排洪箱涵，将经过调蓄后的洪水排至开源大道在建的排洪箱涵，最后排入南岗河[5]。根据工程总体规划，以及工程规划任务与各分项工程中截洪沟布置位置，对工程总体进行了水文分区，主要划分为7个排水区，具体分区情况见图2。

3.2 设计洪水

3.2.1计算参数

依据黄埔区1∶5 000地形图对各分区地理参数及洪水参数计算，计算结果见表1所示。

3.2.2计算方法

设计洪水时遵循“多种方法、综合分析、合理取值”的原则，分别采用广东省综合单位线法、推理公式法(1988 年修订)进行计算，并通过在合理范围内调整单位线滞时和推理公式汇流参数控制不同方法计算成果偏差在20%以内[6](见表2～表3)。

表2 本工程分区P=5%洪水计算成果

从表2、表3可知：综合单位线法及推理公式法的计算成果总体较为接近。因此，在设计洪峰流量比较接近的情况下，本次计算采用广东省综合单位线法的计算成果。

3.2.3调蓄计算

本工程集雨范围内现状有调蓄水体，如创新公园人工湖、区域鱼塘、水塘、低洼湿地等。此外，为适当控制工程下游建设规模，增加蓄纳涝水的能力，实现蓄泄结合，同时美化城市景观，打造亲水宜居的城市环境，本工程根据规划在适当位置新建有调蓄湖，并在创新公园现有3#、4#景观湖的基础进行改造，使其调蓄功能更加明显。

1) 起调水位确定

根据新建调蓄及改造景观湖实测地形资料结合实际使用情况，本次新建调蓄湖，按开敞式无闸控制宽顶堰自由溢流设计[7]；3#、4#景观湖按开敞式有闸控制宽顶堰泄流设计，其中3#景观湖汛期水闸开度按0.5 m控制泄流，4#景观湖汛期水闸开度按全开自由泄流，各调蓄湖起调水位高程见表4。

表4 各调蓄湖起调水位高程 m

2) 计算方法

调蓄水体对洪峰的影响采用基于水量平衡的调蓄演算方法分析[8]，公式如下：

(1)

式中:

Q1——时段初来水流量，m3/s；

Q2——时段末来水流量，m3/s；

q1——时段初泄水流量，m3/s；

q2——时段末泄水流量，m3/s；

Dt——计算时段，s；

V1——时段初蓄水量，m3；

V——时段末蓄水量，m3。

其中蓄泄方程q=f(V)按照调蓄水体泄水建筑物的水力特性计算。新建调蓄湖泄洪道底高程为30.0 m，改造3#、4#景观湖后泄洪道底高程分别为22.3 m和17.1 m。本次以此作为起调水位，当各调蓄湖洪水水位高于泄洪道底高程时，通过泄洪道自由泄流。

3) 泄流方式确定

由于 4#景观湖泄洪时水闸开度按全开控制，因此新建调蓄湖及4#景观湖泄流口按宽顶堰泄流能力计算[9]，公式如下。

(2)

式中:

Q——堰流流量，m3/s；

σ——侧收缩系数；

ε——淹没系数；

m——自由堰流的流量系数；

B——堰流净宽，m；

g——重力加速度，m/s2；

v0——行近流速，m/s。

本次设计新建调蓄湖、4#景观湖泄洪道为开敞式自由溢流，无闸墩，故不计行近流速水头。根据堰型、堰高等边界条件，结合同类工程经验，取淹没系数ε=1，侧收缩系数为σ=1.0。

根据《水力计算手册》，现状宽顶堰进口边缘为直角，其流量系数由别列津斯基公式计算[10]：

(3)

式中:

P——上游堰高，m；

H——堰顶水头，m。

3#景观湖泄洪道为有闸控制的自由出流，泄洪时控制开度为 0.5 m。因此，当湖内水位低于0.5 m时，其泄流能力按宽顶堰泄流能力计算；当湖内水位高于0.5 m时，其泄流能力按平顶坎上闸孔自由出流计算，公式如下。

(4)

式中:

Q——流量，m3/s；

b——闸孔宽度，m；

e——开度，m；

μ——流量系数；

g——重力加速度，m/s2；

H0——行近水头。

根据上述公式计算各湖水位—下泄流量关系，新建调蓄湖和改造景观湖洪水调节计算成果见表5～表6。

表5 各调蓄湖P=5%洪水调洪计算成果

表6 各调蓄湖P=2%洪水调洪计算成果

3.3 湖堤选型

新建调蓄湖设计总库容为9.80万m3，调蓄库容为9.30万m3。湖堤根据地形选址长度为128.5 m，设计调蓄湖湖底高程为28.4 m，设计堤顶高程为32.5 m，根据设计需要，新建调蓄湖湖堤可选取碾压式土石湖堤或混凝土重力式湖堤，结合工程实际情况，从地形条件、地质条件、施工难度等8项进行综合比较[11]。方案对比见表7。

表7 新建调蓄湖堤型方案对比

综合项目地形条件、地质条件、施工难度等8项进行综合比对，结合实际情况，选取碾压式土石湖堤为推荐方案。

3.4 节制闸选型

工程共需新建节制闸2座，1#节制闸位于3#景观湖与4#景观湖连接明渠渠首，为单孔节制闸，设计闸门宽度为2.5 m，高度为3.2 m，闸底高程为22.3 m；2#节制闸位于4#景观湖排洪箱涵首部，设计宽度为4.0 m，闸门高度为3.20 m，闸底高程为17.1 m。新建节制闸在直升式钢闸门和液压翻板钢闸门之间进行比选[12]，比选方案见表8。

表8 节制闸方案对比

综合地质条件、施工难度、建设用地等6项进行综合比对，结合实际情况，主要从直升式钢闸门及液压翻板钢闸门主要从方案的施工难度、结构可靠度及耐久性、管养方便程度及方案投资考虑，本项目选取直升式钢闸门为推荐方案。

3.5 渠道选型

3.5.1排洪明渠方案比选

根据计算排洪明渠流速为1.0～2.85 m/s，渠道高度为1.5～4.0 m，根据现场实际地形情况，排洪明渠挡土墙在生态挡墙和混凝土挡墙之间进行比选[13]，比选方案见表9。

表9 排洪明渠方案比选

综合以上比对，结合实际情况，主要从从方案的施工难度、施工工期、生态环保及方案投资考虑，本项目选取生态挡墙排洪明渠为推荐方案。

3.5.2排洪暗涵方案比选

根据计算，排洪暗管所需过流量为24.80 m3/s，根据现场实际地形情况，排洪箱涵在钢筋砼箱涵及钢筋砼承插管之间进行比选[14]，比选方案见表10。

表10 排洪暗涵方案比选

综合项目地质条件、施工难度、施工难度等6项进行综合比对，结合实际情况，为保证方案的整体安全，选取钢筋砼箱涵为推荐方案。

4 结语

广州“5.22”特大暴雨启示是经济发展需要做好水利方面的建设，只有保证区域水安全才能满足经济建设发展的需要。本文以实际工程为例，对刘村华埔社区周边现状存在的水患问题进行了分析，通过对整个刘村华埔片区进行流域划分并进行水文分析，通过新建和改建调蓄湖、设置截洪沟和排水渠等水利措施将区域洪水收集至调蓄湖，经调蓄作用后排入下游河涌，减轻了市政管网排涝压力，能够保证区域经济发展和人民的生命安全，可为相似工程提供参考。