城市地下交通出入口内涝治理方案比选分析

周小珍

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510635)

0 引言

地下交通作为现代城市交通一体化的重要组成部分[1]，是城市快速发展的基础。随着城市的快速扩展，城市下垫面改变、水系改变，导致城市内涝问题日趋严重[2]。特别是城市地下交通出入口，地势较为低洼，容易发生内涝灾害。深圳属亚热带海洋性气候的临海城市，暴雨发生频率高、影响面广、危害性大。平均每年降雨量1966.6mm，降雨日数144d，暴雨日数9d，大暴雨日数2.2d，历史上记录到的最大日降雨量为520mm(2008年6月13日)。近年来，每逢下雨，深圳就会出现“小雨小淹、大雨大淹”，多次发生不同程度的内涝情况，内涝成为制约深圳城市发展不可回避的问题[3]。

平湖火车站位于深圳市龙岗区，辖区内现有河道为山厦河和君子布河。山厦河为雁田水一级支流水贝水的上游段，上游有猪猡皮水库。君子布河位于深圳市北部，为雁田水一级支流，君子布上游有两座水库，分别为苗坑水库和甘坑水库。山厦河的洪水主要由山厦河流域内的暴雨形成[4]，流域内河长较短、植被较差，且人为活动较强，流域内产汇流时间较短，洪峰流量模数大，洪水过程线尖瘦，表现为暴涨暴落的特性，通常1次降雨之后1～2h左右即形成洪峰。平湖火车站隧道口内涝点位于山厦河及南面支流的交叉处，易受暴雨影响形成内涝灾害。

根据记录，平湖火车站隧道口内涝点小时降雨达到30mm即发生内涝(平均每年被淹3～4次)，内涝区汇水面积1.54km2。其中，在2020年内发生3次较为严重的内涝，见表1。根据受涝情况记录，对比分析当日降雨情况，确定平湖火车站内涝点受涝时对应的降雨均不足2年一遇。

表1 2020—2021年平湖火车站隧道口内涝点灾害情况统计

1 内涝原因分析

如图1所示的地形地势上可以看出，平湖火车站内涝点地势低于周边地势，河道雨水漫溢后，积水集中在内涝点附近无法排除，形成内涝。该处地势高程约49.5m，积水点西侧地面高程49.8～50.38m，北侧地面高程50.26～52.31m，南侧地面高程49.83～52.3m，积水点位置地势最低，雨水容易往该处汇集形成积水。

图1 平湖火车站内涝点周边地势示意图

平湖火车站内涝点位于山厦河及南面支流的交叉处，山厦河南面支流卡口较多，河道行洪不畅，未实施扩宽工程[5]。受干流水位顶托影响，现状振业路桥涵尺寸为3.2m×1.4m(宽×高)，行洪能力为5.7m3/s；广深铁路桥涵规格为2孔2m×2m(宽×高)，行洪能力为14.5m3/s；佳业路-振业路桥段明渠也未整治，现状河宽约3.5m，高约2m。南面支流20年一遇设计洪峰流量为21.88m3/s，即佳业路至广深铁路之间(桩号0+000～0+950)均不满足20年一遇洪水过流能力，暴雨时洪水从振业路桥涵上游漫溢至地面，最终越过平湖车站桥涵前挡水堰进入桥涵底，导致桥涵底和周边低洼广场形成内涝。

综上，平湖火车站内涝点的内涝因素主要包括：①内涝点地势低洼，容易汇集雨水形成积水；②山厦河南面支流(佳业路-汇入口段)断面过流能力不足，且河道卡口多，容易造成雨水漫溢到平湖火车站隧道口。

2 内涝治理策略及整治标准

2.1 内涝治理策略

综合分析内涝点周边情况及流域大系统情况，提出“山水不入城，跨流域分洪”的治理策略。

(1)山水不入城：水库挖潜，拦蓄山水，实现山水不入城。对苗坑水库甘坑水库以及猪猡皮水库进行挖潜，通过实施工程措施及非工程措施，最大限度地发挥水库拦蓄洪水的作用，实现山水不下泄或者少下泄，减轻下游河道的防洪压力，增大河道防洪空间。规划甘坑水库和苗坑水库近期50年一遇洪水下泄40m3/s，较原设计甘坑水库和苗坑水库向君子布河下泄流量减少27.6m3/s；远期甘坑水库和苗坑水库50年不下泄。甘坑水库和苗坑水库控制下泄可增大君子布河防洪空间，为跨流域分洪提供基础。此外，规划猪猡皮水库50年不下泄，减少山厦河上游来水，减轻山厦河防洪压力。

(2)跨流域分洪：水系联通，实现跨流域分洪。由于山厦河南面支流汇入干流处为铁路管理范围，且汇入口箱涵位于铁路下方，为保障铁路安全，不可进行扩宽施工。因此，采用跨流域分洪方案，将山厦河南面支流上游洪水分向君子布河流域。通过水库挖潜增加水库蓄滞洪水的能力，减少君子布河上游来水，在设计标准下留出防洪空间，在不增加君子布河防洪压力的前提下，连通君子布河与山厦河南面支流，将山厦河南面支流暴雨洪水向君子布河分洪，通过水系连通[6]分解山厦河流域防洪压力。

2.2 整治标准

根据《深圳市防洪(潮)及内涝防治规划(2021—2035)》，确定设计标准如下：

(1)内涝积水标准

《深圳市排水(雨水)防涝综合规划》对不同区域的内涝点定义给与明确[7]。针对一般区域，同时满足以下3个条件的点定义为内涝点：①积水时间超过30min；②积水深度超过15cm；③积水范围超过1000m2；针对下凹桥区，同时满足以下2个条件的点定义为内涝点：①积水时间超过30min；②积水深度超过27cm。否则不构成灾害，定义为积水点。

(2)内涝防治标准

山厦河流域内涝防治重现期为50年。

(3)管网设计标准

根据GB 50014—2021《室外排水设计规范》和《深圳市排水(雨水)防涝综合规划》，深圳市属于特大城市，结合深圳市本地汇水地区性质、气候特点及地形特点等因素，深圳市新建雨水管渠、泵站及附属设施执行设计标准见表2。

表2 深圳市新建雨水管渠、泵站及附属设施执行设计标准

因此，综合考虑上位规划标准及区域实际情况，本次管网适度提标，确定雨水管渠设计标准为5年一遇。

2.3 市政水利标准衔接

山厦河南面支流流域范围仅为1.54km2，主要功能为区域排涝，该河道的计算存在市政与水利标准衔接问题。因此，对山厦河南面支流的计算，进行对比分析，取偏安全方法。

①南面支流流域范围内雨水由管网入河，且流域范围内无山体等自然下垫面，可按市政排水标准考虑；②南面支流与周边河道衔接情况复杂，且下游承接河道山厦河干流和君子布流域的防洪设计标准均水利标准计算；③按照《深圳经济特区河道管理条例》流域面积大于1km2的自然水流，按照河道规划、整治、维护、利用和其他相关管理活动。根据水利标准与市政标准分别计算见表3—4。

表3 水利标准计算

表4 市政标准计算

根据表3—4的水利和市政计算成果，水利50年一遇成果大于市政5年一遇成果，从偏安全及与周边水系标准的衔接问题考虑，本次南面支流排涝的流量计算方法采用水利标准。因此，具体方案中，对山厦河南面支流的分流量进行试算，以振业路桥防洪标准下河道雨水不漫溢同时留有一定的安全余度作为控制条件。

3 不同内涝治理方案比选分析

3.1 流域内解决-扩宽南面支流

在该方案中，南面支流按50年一遇防洪标准进行整治：对支流汇入口-佳业路段进行扩宽改造(4m)，其中支流汇入口-振业路需改造箱涵长度495m，位于铁轨下箱涵长约350m；振业路-佳业路明渠段需拆迁房屋22栋(约22745m2)；佳业路断面以下区域的地块标高需抬高至53m以上。

方案实施难度分析：①拆迁难度大。山厦河南面支流周边建筑密度高。多栋建筑临河而建。拆迁难度大，拆迁费用高。②抬升地块方案不切实。首先，抬升地块实施难度大。其次，抬升地块后，下游河道高于周边地势，河道内洪水不漫溢，但是周边区域的雨水无法通过坡面汇流进入河道，会加重周边区域的内容风险。

综上，流域内解决方案实施难度较大，本文采用跨流域解决方案。

3.2 跨流域解决-水库控泄+分洪

在跨流域解决方案中，控泄部分，对君子布上游的甘坑水库苗坑水库进行控泄，控泄减少流量大于跨流域的分洪流量，确保不增加君子布河的防洪压力。同时，对猪猡皮水库控泄，减轻山厦河干流防洪压力，降低南面支流汇入口处河道水位。分洪部分，以南面支流防洪不达标断面为界，对其以上部分汇水进行分洪，分洪流量按照洪峰流量(P=2%)扣除现有河道过流能力后确定，以卡口河道相应防洪标准不漫溢为标准。

首先，控泄部分，即山水不入城的具体指标如下：控制猪猡皮水库50年一遇洪水不下泄，减小山厦河干流防洪压力；甘坑水库苗坑水库联合调度，50年下泄流量最小可控制为40m3/s，君子布原甘坑水库苗坑水库50年一遇下泄流量为67.9m3/s，通过挖潜最大可减小下泄流量为27.9m3/s。

(1)甘坑水库、苗坑水库挖潜

甘坑水库、苗坑水库现状功能主要为防洪和供水，供水对象为苗坑水厂，此两水库为苗坑水厂备用水源，因此在近期挖潜计算中需考虑水库的供水安全。此外，考虑到工程的可持续性，近期挖潜工程的设计洪水位和校核洪水位的取值，与远期挖潜成果协调一致，避免在远期重复实施大坝加高加固等工程。

君子布河50年一遇设计洪水考虑苗坑水库下泄量为67.6m3/s。根据本次设计，山厦河南面支流向君子布河干流分洪流量为25.8m3/s。为保证君子布河50年一遇防洪安全，需对甘坑和苗坑水库挖潜，挖潜之后需保证水库50年一遇下泄流量至少减少25.8m3/s，即水库50年一遇最大下泄量不能超过44.73m3/s，为了给水库下游河道留有更大的安全余度，本次近期挖潜计算最大下泄量为40m3/s。根据计算所得入库洪水过程、加建闸门之后溢洪道泄流能力等，甘坑水库、苗坑水库调蓄过程图如图2所示，其对应的洪水调节成果表见表5。

图2 甘坑水库、苗坑水库调蓄过程图

表5 甘坑水库、苗坑水库洪水调节成果表

通过对相关资料进行分析，甘坑水库原调洪演算起推水位采用的是79.91m，根据现场踏勘，对现场管理人员走访得知，现状甘坑水库汛限水位按照78.41m进行管理。因此，经过修正后，本次调算成果出现了校核洪水位较原设计值低4cm的情况。甘坑水库、苗坑水库特征水位与原设计对比表见表6。

表6 甘坑水库、苗坑水库特征水位与原设计对比表

(2)猪猡皮水库挖潜

本次猪猡皮水库挖潜的主要内容包括降低溢洪道高程和在溢洪道处新建闸门控制下泄，从而实现控制猪猡皮水库50年一遇洪水不下泄。具体而言，猪猡皮水库的特征参数见表7，洪峰流量按照P=2%确定猪猡皮水库调蓄过程如图3所示。

图3 猪猡皮水库调蓄过程图(P=2%)

表7 猪猡皮水库特征参数

然后，跨流域分洪部分。平湖内涝漫溢河道段直接卡口为振业路桥涵，此处箱涵尺寸为3.2m×1.4m，发生设计洪水期间最大过流能力为5.7m3/s，此断面处50年一遇设计洪水为30.54m3/s。为保障振业路桥涵处河道洪水不漫溢，且考虑一定的安全余度，同时考虑分流通道的可达设计工况，尽可能多地分流洪水，综合确定分洪流量为25.8m3/s。

本次分洪起点位于南面支流佳业路断面(50.1m)，终点位于君子布支一与平龙西路交汇处(45.3m)，分洪流量为25.8m3/s。根据分洪路由的不同，本文提出A、B两个方案。

方案A平面图如图4所示。在方案A中，分洪起点位于佳业路断面。由于佳业路至振业路河道窄过流能力低，因此在现有河道东侧新建平行河道的箱涵，箱涵设计流量Q=21.5m3/s；跨流域分洪线路为：振业路-君子布支一暗涵，分洪流量Q=25.8m3/s。分洪路由沿振业路、福星街、平龙西路、接君子布支一，箱涵总长1350m，其中佳业路-振业路段箱涵尺寸3.0m×2.5m，长500m，坡降0.0045，振业路-君子布支一段箱涵尺寸3.3m×3m，长850m，坡降0.003。

图4 方案A平面图

方案A中需要解决的问题包括：①振业路(路宽4～6m)，涉铁投资估算约1100万；污水管(DN400)改建350m；②上跨地铁10号线；③平龙西路(路宽40m)，涉及长度550m(350米顶管工艺，200m支护开挖)，龙平西路为新建道路，部分段未验收。

方案B平面图如图5所示。在方案B中，分洪起点位于佳业路断面，分洪流量Q=25.8m3/s。分洪路由沿佳业路、水门路、上跨地铁10号线(结构顶标高37.27m)，沿辅歧路、阳光路至君子布支一；分洪箱涵尺寸2×3m×2.5m，长1620m，坡降0.001。

图5 方案B平面图

方案B中需要解决的问题包括：①佳业路(路宽20m)，涉及长度220m；②水门路(路宽6～8m)，涉及长度300m，禾花社区认为水门路施工封路协调难度比较大，18～20年新建雨、污水管、补水管改建，长度分别约为300m、300m、200m；③上跨地铁10号线；④辅歧路(路宽24m)，涉及长度520m，辅歧路已完工暂未移交；⑤阳光路(路宽16～20m)，涉及长度440m，但阳光路已经完成施工图招标工程，需协调相关单位，同步实施。

最后，结合南面支流现状及分洪路由的施工难度等情况综合考虑，最终确定南面支流在佳业路以上洪水全部分流，分流量为25.8m3/s，分流之后，南面支流遭遇50年一遇以下降雨，河道不漫溢。因此，采用跨流域解决方案中的B方案，其纵断面图如图6所示。在山厦河南面支流水门路口(桩号1+300)处新建分洪箱涵(桩号上游满足50年一遇防洪要求)，同时在佳业路口新建分洪支涵截断南面支流右侧雨水排入新建的分洪箱涵，主分洪通道路由沿水门路、辅歧路至君子布河(选线避开佳业路与平吉大道交汇路口的10号线禾花地铁站)，分流50年的洪峰流量Q=25.8m3/s，小于27.9m3/s。

图6 B方案的纵断面图

4 总结

城市内涝是个系统且复杂的命题，涉及海绵城市、雨水管网系统、闸站等控制性设施、河道承泄水体等。城市内涝的治理，需要全局系统考虑，从流域角度出发，系统治理才能从根本上解决内涝问题。本文因地制宜针对平湖火车站内涝点提出了治理对策，但由于用地条件限制、拆迁困难等因素，无法实施河道扩宽措施，其他区域类似内涝点，若用地条件允许，可考虑扩宽河道措施。针对本文研究对象，远期可以考虑增大水库挖潜调度、控泄潜力，通过增设预泄通道等进一步增加甘坑苗坑的挖潜能力。