中山市二环快速路东段排水方案分析

陈志锋

（中山火炬高技术产业开发区水利所,广东 中山 528400）

近年来,中山市面临产业升级转型,道路建设滞后是造成经济建设速度缓慢的重要原因之一。为适应中山市城市发展,完善路网结构,满足城市快速交通需求的追切需要,促进中山市经济社会发展,中山市二环快速路东段工程作为市重点项目迅速推进开来,并将于今年完工通车。

江尾头村排涝区范围内人口密集、民房等建筑物众多,每逢暴雨极易造成涝灾,且涝灾损失逐年加剧,已严重影响了围内居民的生产生活。为提升区域排涝能力,火炬开发区在江尾头涌与小隐涌交汇处建设江尾头泵站。

根据《中山火炬高技术产业开发区水利规划》（2016～2020）（以下称水利规划）,江尾头涌行洪能力不足,江尾头东部规划新开一条500 m长的河涌。原东二环设计方案中,考虑结合新开河涌排水,见图1。然而,新开河涌推进时,涉及土地权属人不同意征收其土地,导致规划河涌无法实施,因此,二环快速路东段沿线雨水管道出口需另寻方案。

图 1 区域位置示意图

介于上述现状,距离道路最近的江尾头涌在位置上成为最适合接纳二环快速路东段雨水的流道。但该方案可能增大原江尾头涌集雨面积,排水方案需进一步探讨。

1 江尾头涌概况

江尾头涌属小隐涌一级支流,地处小隐涌上游左岸,其干流河长约3.2 km,流向自西向东,下游于江尾头村附近汇入小隐涌。小隐涌流域洪水均由暴雨产生,火炬开发区位于中心城区的东部,面临珠江口,受热带季风气候影响,其降雨量多,强度大。

根据水利规划,江尾头涌围内河道设计洪水位为2.16 m。然而江尾头村土地权属情况复杂,居民临河而居,江尾头涌暂无条件按规划实施建设,现状江尾头地面高程多在1.2 m～1.8 m之间,平均河宽约10 m。为缓解区域内涝,当地建设部门在江尾头涌出口建有江尾头泵站。泵站工程规模为小（1）型,工程等别为Ⅳ,泵站设计排涝流量为2.4 m3/s,同时包含排涝流量为20.06 m3/s的水闸。江尾头涌汇水范围示意图见图2。

图2 江尾头涌汇水范围示意图

2 二环快速路东段江尾头段周边管网规划

《中山市城市排水（雨水）防涝综合规划》（2015.12）确定中山市主城区的排涝标准：对于中山市中心的石岐区、东区、南区、西区及火炬区,采用30 年一遇24 小时设计暴雨不致灾的标准。

规划针对雨水管渠、泵站及附属设施设计标准为：新建地区的雨水管渠设计重现期按3 年一遇。主城区的重要地区诸如重要干道（含交通枢纽）、重要地区（学校、医院、行政中心和商业聚集区等）的雨水管渠设计重现期按5年一遇,立体交叉道路、地下通道和下沉式广场的雨水管渠设计重现期按20 年一遇。江尾头涌片区现状及规划管网见图3。

图3 江尾头涌片区现状及规划管网图

3 水文分析

本项目区域内无水文站点,项目附近有大环泵站水位站,小隐涌出横门水道处有横门水文站。大环水位站为大环泵站专用水位遥测站,有2012 年至今的水位资料,该站位于江尾头涌河口下游约70 m处。横门水文站为国家级水文站,其成果可靠。

3.1 江尾头涌洪水计算

根据依据上述站点资料,计算江尾头设计洪水。为了能准确地反映洪水的真实性,设计洪水采用“多种方法,综合分析,合理取值”的原则,以2003 年版《广东省暴雨径流查算图表》及《广东省水文图集》为基础,采用“综合单位线法”“广东省推理公式”“广东省经验公式”等三种方法计算[1-2]。计算结果见表1。

表1 江尾头涌设计洪水成果表

本次计算,单位线法计算成果偏大,偏安全考虑,采用单位线法计算成果。20%、10%、5%设计频率下的洪峰模数分别为 8.3 m3/（s·km2）、11.0 m3/（s·km2）、13.6 m3/（s·km2）,符合当地小流域洪峰模数5 m3/（s·km2）～20 m3/（s·km2）的范围,计算成果较为合理。推算江尾头涌出口各频率设计流量过程线见图4。

图 4 江尾头涌出口各频率设计流量过程线

3.2 二环快速路东段工程新增雨水管设计洪水计算

根据二环快速路东段工程雨水管布线设计图,本次拟接入规划江尾头新开涌的雨水管主要负责明珠路-逸怡路到现状江尾头出口段周边地块的排水,雨水管网排水方向示意见图5。

图5 二环快速路东段工程主线局部雨水排水方向示意图

根据二环快速路东段工程雨水管布线设计图,并结合工程周边地块《中山市城市排水（雨水）防涝综合规划（2020-2035）修编》中的排水管网图,圈画本次拟新增雨水管网的汇水范围,本次新增雨水管网的汇水面积为0.47 km2,汇水范围见图6。

图6 新增管道汇水范围示意图

新增管道洪水从水利及市政标准两方面考虑,水利排涝设计流量计算方法采用广东省经验公式,城市市政排水流量采用中山市暴雨强度公式（五桂山以北）。

计算市政3年一遇排水标准（8.75 m3/s）计算成果比水利30 年一遇排涝标准计算成果（8.12 m3/s）稍大,参考《市政短历时暴雨与水利24 h暴雨重现期探讨》《市政排水与水利排涝关系探索》等相关文献,水利排涝重现期与市政排水重现期存在着约5～10 倍的关系,本次计算成果也是合理的。根据《中山市城市排水（雨水）防涝综合规划》,新建地区的雨水管渠设计重现期按p=3年考虑,综合考虑,本次新增雨水管的设计洪水采用市政3 年一遇标准下的计算流量,为8.75 m3/s。

3.3 设计水位

由于江尾头涌、小隐涌位于河网区,其水位难以确定,为确切反映江尾头涌、小隐涌水位情况,本次江尾头涌、小隐涌现状及设计水位采用水利规划河网模型计算成果。

在现状工况下考虑两种计算工况,分别为30 年一遇洪水遭遇外江多年平均高潮水位1.364 m（自排工况）、20 年一遇洪水遭遇外江相应日5年一遇潮水位2.244 m（电排工况）,并分别进行水利计算。现状河涌水面线成果见表2,河涌断面示意图见图7。

表2 现状河涌水面线成果表 单位：m

图 7 河涌桩号位置示意图

根据火炬区总体规划,远期该片区开发建设地坪抬高,规划区最低地面高程按 3.644 m 计。考虑到老城区人口相对密集,近期地面抬高可能性不大所以本次规划考虑两种组合。

组合一：现状地面高程+规划水利设施。本组合主要考虑火炬区近期地面抬高难度较大,部分低洼地受涝,洪水计算时洪水不能全部归槽；本组合可分析,水利设施规划建设后,近期地面不抬高的情况下河涌水位及城区受涝情况,可为近期工程实施提供参考依据。设计工况分别为 30 年一遇洪水遭遇外江多年平均高潮水位 1.364 m（自排工况）、20 年一遇洪水遭遇外江相应日 5 年一遇潮水位 2.244 m（电排工况）,并分别进行水利计算。规划河涌水面线见表3。

表3 规划河涌水面线成果表 单位：m

4 方案提出及规模分析论证

由于二环快速路东段工程的逸仙路段施工在即,急需其配套的雨水管排水出路问题,本次方案提出考虑在满足江尾头涌及小隐涌防洪排涝的基本功能外,结合现状管网情况、实施可操作性以及河道周边土地利用情况,提出中山市二环快速路东段配套雨水管排水出路方案。雨水管接入方案共三条走线,其中方案一接入到江尾头涌,方案二、三线位接入到小隐涌。方案示意图见图8。

图8 方案示意图

江尾头涌出口新建了规模为2.4 m3/s的排涝泵站,经调查了解,在雨季时,江尾头涌经常受小隐涌顶托影响难以实现自排,为防止外江河水倒灌,江尾头涌以关闸泵排方式实现排涝。由于水利规划编制时,将小隐片区的河道按河网考虑,并不考虑小隐涌对江尾头涌的顶托作用,且未考虑江尾头涌泵站的排涝作用,本次需重新复核江尾头涌在受外江高水位顶托时的排涝能力,并以此评估雨水排水出路接入到江尾头涌带来的影响。

4.1 方案一分析

江尾头涌出口新建了规模为2.4 m3/s 的排涝泵站,经调查了解,在雨季时,江尾头涌经常受小隐涌顶托影响难以实现自排,为防止外江河水倒灌,江尾头涌以关闸泵排方式实现排涝。因水利规划按小隐涌流域河网统筹计算,为单独考虑小隐涌对江尾头涌的顶托及江尾头泵站作用,因此本次需重新复核江尾头涌在受外江高水位顶托时的排涝能力,并以此评估雨水排水出路接入到江尾头涌带来的影响。本次需判断江尾头涌汇水范围内遭遇等级不高的洪水,同时受外江小隐涌顶托影响只考虑泵排的工况下的江尾头涌整体防洪能力。

经调洪演算受外江顶托只考虑泵排情况,在遭遇 5 年一遇洪水时,经调蓄计算,江尾头涌最高水位2.54 m,现状江尾头涌堤顶高程多在2.0 m～2.6 m范围,泵站调蓄后的河道水位比两岸大部分堤顶高程稍高,可判断现状江尾头泵站的排涝标准不到5 年一遇,同时可初步判断江尾头围内遭遇5 年一遇以上标准的洪水,同时河道出口受外江顶托,只依靠江尾头涌泵站排涝,江尾头涌整体的防洪标准达不到10 年一遇,河道上游低洼处有受淹的风险。

根据现状二环快速路东段工程雨水管网设计图纸,若将雨水排水出路接入到江尾头涌,逸怡路到江陵东路周边地块的汇水将通过二环快速路东段工程雨水管网汇入到江尾头涌,这势必增加江尾头涌的汇水范围,并增加片区的防洪压力,此外,江尾头涌可调蓄的涌容不大,现状江尾头涌泵站的排涝能力不高,综合看,为保障片区的防洪排涝安全,不推荐方案一。

4.2 方案二分析

环茂一路北侧现存一根DN800 雨水管,雨水管出口接入小隐涌,方案二为将环茂一路现状雨水管管径扩大,或原址将雨水管改造成暗涵,雨水出口接入到小隐涌。根据《中山市城市排水（雨水）防涝综合规划》,新建地区的雨水管渠设计重现期按3 年一遇考虑。设计洪水采用市政3 年一遇标准下的计算流量,为8.75 m3/s。采用明渠均匀流公式初步拟定管道或排水渠的规模[3]。

经计算,在满足排水要求的前提下,应充分考虑工程的可实施性和经济性。若采取单根水管排水,不论是否拆除现有DN600 雨水管,所需最小管径为2 m,采取双管排水,单根雨水管所需的管径近1.6 m。从用地、运行维护看,采用箱涵排水的方案更优。排除8.75 m3/s流量所需箱涵最小尺寸为2.0 m×2.1 m（宽×高）,参考常用的钢筋混凝土箱涵孔径类型表,同时可排涝流量考虑适当盈余,推荐箱涵尺寸为2.0 m×2.5 m（宽×高）[4-5]。

4.3 方案三分析

方案三拟在泮溪花园后方空地铺设雨水管或者暗涵,雨水出口接入到小隐涌,所需管道或者暗涵的尺寸与规模与方案二基本一致,仅在管道或暗涵布线与方案二有所区别。方案三所需管道或暗涵排洪规模见表4。

表4 方案三各措施所需管道或箱涵规模计算成果表

4.4 方案选取

方案一将雨水排水出路接入到江尾头涌,逸怡路到江陵东路周边地块的汇水将通过二环快速路东段工程雨水管网汇入到江尾头涌,由于江尾头涌可调蓄的涌容不大,现状江尾头涌泵站的排涝能力不高,两岸堤防整体未完全达到20 年一遇标准,且两岸民宅遍布,采用方案一会增加片区的防洪压力,对片区的防洪排涝安全是不利的,不推荐方案一。

方案二推荐在环茂一路北侧布置尺寸2.0 m×2.5 m（宽×高）的暗涵接通到小隐涌,该方案可利用现状雨水管线位进行拓宽建设,工程量减少,节约了资源成本,且环茂一路周边人行道范围内已征地,暗涵有实施空间。

方案三拟在泮溪花园后方空地铺设雨水管或者暗涵,雨水出口接入到小隐涌,所需管道或者暗涵的尺寸与规模与方案二基本一致,但由于选线位置现状为空地,无建设道路,若实施该方案可能需要征地,相对方案二,在投资成本上有所增加。综上所述,选用方案二作为本次推荐方案。

方案二将雨水排水出路接入到小隐涌,可避免增加江尾头村片区的防洪压力,对保障片区的防洪排涝安全是有利的,由于排入小隐涌的流量不大,对小隐涌的防洪排涝影响不大。

方案二可利用现状管道线位或者人行道进行改建,在征地上的难度不大,可与二环快速路东段工程逸怡路到江陵东路段同步实施,由于基本不涉及新征地问题,对二环快速路东段工程施工进度影响较小。

方案二的实施能够解决周边地块的排水,及时将雨水排至小隐涌,对预防江尾头村等区域内涝的发生有积极作用,打通区域行洪通道,改善周边地块的水环境和周边人居环境的同时极大提升周边的用地价值。

方案二推荐在环茂一路北侧布置尺寸 2.0 m×2.5 m（宽×高）的暗涵接通到小隐涌,该方案可利用现状雨水管线位进行拓宽建设,工程占地不大,环茂一路周边人行道范围内已征地,暗涵有实施空间,相较重新征地铺设的方案,方案二工程量减少,节约了资源成本。

综上所述,本次推荐方案可行。

5 结语

二环快速路东段经过火炬区江尾头村,道路建设需沿路铺设配套雨水管,拟将雨水排水口接入到江尾头涌。本次针对新增雨水排水口接入江尾头涌进行水文分析,提出推荐方案并进行论证分析,论证结论主要有以下几方面：

（1）将雨水排水出路接入到江尾头涌,逸怡路到江陵东路周边地块的汇水将通过二环快速路东段工程雨水管网汇入到江尾头涌,由于江尾头涌可调蓄的涌容不大,现状江尾头涌泵站的排涝能力不高,两岸堤防整体未完全达到 20 年一遇标准,且两岸民宅遍布,雨水排水出路接入到江尾头涌会增加片区的防洪压力,对片区的防洪排涝安全是不利的,不建议新增雨水排水出路接入到江尾头涌。

（2）推荐方案利用环茂一路北侧现状雨水管管位改建成尺寸2.0 m×2.5 m（宽×高）的暗涵,并接通到小隐涌。工程占地不大,环茂一路周边人行道范围内已征地,暗涵有实施空间,相较重新征地铺设的方案,推荐方案工程量减少,节约了资源成本,具有较强的操作性。

（3）本次推荐方案箱涵的过流能力能够满足过流要求。经过流能力分析计算,能满足逸怡路到江陵东路新增雨水管汇水范围内水利30 年一遇及市政3 年一遇相应洪峰流量过流要求,满足规划要求。