珠江三角洲地区防洪排涝水文分析

杨震坤

(中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东 中山 528400)

随着全球气候变化和人类活动的不断加剧，洪涝灾害已经成为影响人类社会发展的重要问题之一。在我国的珠江三角洲地区，由于地形复杂、气候多变等因素的影响，洪涝灾害频发，给人民生命财产安全和社会经济发展带来了极大的威胁。因此，防洪排涝已经成为珠江三角洲地区水利工程建设中的重要任务之一。

本研究以中山市阜沙镇为例，对珠江三角洲地区的防洪排涝水文情况进行分析，为该地区的防洪排涝工程建设提供科学的依据和指导。在本研究中，采用了多种水文分析方法，包括洪潮遭遇分析、设计暴雨的计算、设计洪水的计算等，对该地区的水文特征进行了研究和分析。本研究的意义在于为珠江三角洲地区的防洪排涝工程建设提供科学的水文分析和建议，为该地区的防洪排涝能力和灾害应对能力的提高做出了一定的贡献。同时，本研究所采用的方法和思路，也可以为珠江三角洲其他地区的防洪排涝工程建设提供借鉴和参考。

1 流域概况

阜沙镇位于珠江三角洲南部，属中山市北部平原，该镇地势西北高，东南低，平均海拔1.4m，最高处为浮圩山，海拔67.6m[1]。镇区东临鸡鸦水道，西濒小榄水道，总面积35.6km2，其中围内面积32.3km2，水域面积3.3km2。镇内以平原为主，内河涌纵横交错，大小河涌约68条，总长约103.47km。阜沙镇全镇属于五乡联围和大南联围，总面积32.3km2。镇区北部和西南部属五乡联围，面积24.96km2，东南部属大南联围，面积7.37km2，五乡联围北侧自西而东紧邻鸡鸦水道，南侧自西而东临小榄水道。鸡鸦水道流经阜沙镇长度8.9km；大南联围位于小榄水道北部。镇区小榄水道流经阜沙镇长度2.9km。

阜沙镇附近的水文测站主要有莺哥咀站、小榄(二)站、马鞍站、横门站、东河水闸站，其中莺哥咀站、小榄站、马鞍站、横门站是国家级水文站，东河水闸站是由中山市水务局三防指挥部设立的[2]。

2 洪潮遭遇分析

2.1 外江设计水位

本项目的外河设计水位是以《中山市主要闸、涵设计洪潮水面线计算》为基础，利用邻近莺哥咀、小榄、马鞍、东河等地水位数据，分别计算出各站点低潮水位、多年潮水位以及高潮水位，见表1。根据本区各外江水闸与莺哥咀、小榄(二)、马鞍、东河站的距离，可插值计算得各外江水闸特征潮水位。

表1 各站特征潮水位 单位：m

2.2 洪潮遭遇分析

2.2.1遭遇分析

由于汇水区各河段均无实测洪水资料，且区域洪水均以雨量为依据，故用汇水区的暴雨流量与外江洪水进行遭遇分析。由于距离本项目最近的马鞍水文站没有雨量观测资料，因此本工程选用横门站为遭遇分析的参证站[3]。降雨量资料采用横门站，外江洪潮水位选用该站潮水位观测资料。

统计横门站年最大24h暴雨量与发生暴雨相应时间的横门站外江日内最高洪潮水位，从安全考虑，取相应日与前后2d的日最高洪潮水位作为最高洪潮水位[4]；取相应日及前、后两日的日降雨量最大值作为相应日降雨量[5]，根据统计数据点绘制内洪与外洪的相关图，如图1—2所示，从图1—2可以看出内洪、外洪(潮)相关点据散乱，两者可视为互相独立的事件，故可采用统计方法确定内洪与外洪遭遇关系。

图1 内洪为主与相应外江洪水相关图

图2 外洪为主与围内相应洪水相关图

在遭遇分析中，有两类抽样：一是总体抽样；二是剔除平均以下年份的短序列样本，也就是丰水年样本[6]。

在统计方法上，两种抽样都可进行水文分析。一是“相应值”的多年平均值，这一数值与“为主值”相遇的概率最高，且组合结果不会出现超频，是一个比较合理的选择；二是将“相应值”从大到小进行排序取在20%左右的“相应值”该方法所遇到的“为主值”概率比较低，所以，组合结果可能会超频，但为了安全起见，可以在分析洪水和潮汐遭遇时使用[7]。

(1)方案Ⅰ：围内洪水为主

1)历年相应日最高洪潮水位的多年平均值；

2)舍弃在相应日最高洪水水位20%左右的年份，以剩余年份对应的日最高洪水水位最大值为基准；

3)丰水年份的相应日最高洪潮水位的多年平均值，横门站年最大24h降雨量均值为170mm，丰水年份即为年最大24h降雨量大于170mm的年份；

4)放弃相应日在丰水年份最高洪水水位20%左右的年份，并以剩余年份对应的日最高洪水水位最大值为基准。统计结果见表2。

表2 与横门站年最大24h暴雨相应日最高水位统计表 单位：m

从表2可以看出：丰水样本的相应洪潮水位均值比总体样本略大，说明两者不存在正反比关系，故采用总体样本的多年平均值作为设计值比较合适，从安全考虑可采用5年一遇相应日洪潮水位进行复核。故将相应值排频，采用矩法估算参数。根据矩法估算的频率参数，采用正偏态进行适线，计算结果见表3。

表3 与横门站年最大24h暴雨相应日最高水位频率计算表

综上所述，围内洪水为主时，横门水文站相应外江洪水设计值采用相应日5年一遇最高洪潮水位1.50m，复核值采用10年一遇相应日最高洪潮水位1.68m。

(2)方案Ⅱ：外江洪水为主

1)历年横门站相应日降雨量的多年平均值；

2)约80%年份横门站相应日降雨量最大值。即舍弃约20%横门站相应日降雨量大的年份，取其余年份相应日降雨量最大值；

3)丰水年份的横门站相应日降雨量的多年平均值，丰水年份即指外江年最高洪潮水位大于多年平均最高洪潮水位的年份；

4)约80%丰水年份相应日降雨量的最大值，即舍弃约20%丰水年份的相应日降雨量，取其余丰水年份该站相应日降雨量的最大值。统计结果见表4。

表4 与横门站年最高洪潮水位相应日降雨量统计表 单位：mm

采用矩法估算统计参数，适线确定围内相应日暴雨量频率计算成果，见表5。

表5 与横门站年最高洪潮水位相应日降雨量频率计算表

从表5可知，横门站相应日P=10%设计暴雨值为76.69mm，大于表4中相应日年最高潮水位均值80%年份的最大相应日降雨量47.2mm，说明相应日P=10%设计暴雨76.69mm安全、合理。

2.2.2遭遇分析结论

从以内洪为主、遭遇外潮水位和以外潮为主、遭遇内河相应洪水的计算分析可知，出现10年一遇的大暴雨相遇相应日5年一遇外潮情形的可能性不大，但也存在一定的遭遇可能性。从工程安全角度考虑，计算10年或20年一遇暴雨时，外潮水位宜取相应日5年一遇水位。从以上的分析可知，在以内洪为主的情况下，横门站“相应日”5年一遇水位为1.50m；在外潮占主导地位的情况下，24h最大暴雨达到76.69mm。珠江河口的潮汐是一种不规则的半日潮，每天涨潮两次，在外江的洪水占主导地位时，围内降雨量较少，且经过河槽和土壤蓄滞作用后，内洪量较小，可在落潮时排出；而以围内洪水为主时，降雨量大，洪水峰值高、水量大，加上外江潮水顶托，对围内造成的影响相对严重，因此后续设计洪水计算时选择内洪为主、外江潮水相应情况。

3 设计暴雨

3.1 自排和电排分区

阜沙镇排涝形式有水闸自排和泵站抽排两种情况，自排时，按自排区域划分排水面积，电排时全镇按一个整体考虑。见表6。

表6 阜沙镇自排分区划分表

根据区域地形、水系特点并结合水闸排水情况，在自排情况下，自排区域按以下几个原则划分：①以各外排水闸相连的河涌作为各分区的中心排水渠道；②以地形高点、公路、山脊线为边界；③以闭合的联围；④当无公路、山脊线、闭合区域时，相邻2个自排区域以河涌过流能力划分[8]。根据以上几个原则，经现场调查，自排时，拟分为8个片区，合计总面积37.28km2。其中1区、8区属东凤镇的区域，排区总面积4.01km2；2区到7区自排总面积33.27km2，其中阜沙镇32.3km2，港口镇0.97km2。自排区域划分情况见表6。

考虑未来阜沙镇会在新开涌下游新建南强闸、在牛角涌和排灌站河交汇口建牛角涌节制闸，届时阜沙镇将自成排水体系，因此电排时按本镇在五乡联围和大南联围的围内面积进行分区，总排涝面积32.30km2。

3.2 设计暴雨

根据广东省水利厅2003年编写的《广东省暴雨径流查算图表》的使用手册(下文简称《查算手册》)，对此次设计暴雨进行了计算分析。根据广东省水利厅2003年发布的《广东省暴雨参数等值线图》，可得到阜沙镇各历时暴雨参数Ht、Cv值和Cs值。

再根据阜沙镇电排区或水闸自排区域的集水面积F，查出αt，则可求得阜沙镇自排区域不同频率下的最大1、6、24、72h的设计面暴雨值。设计暴雨计算成果见表7。

表7 设计暴雨计算成果表

4 设计洪水

阜沙镇的外河洪水以西江、北江为主，经过上游佛山市三水区思贤滘天然调节，重新分配组合后，从磨刀门和横门等口门排入外海。阜沙镇的内河洪水主要由暴雨形成。其中台风带来的暴雨所形成的洪水最大，若此时遭遇外江高潮位，形成顶托，造成的内涝最为严重，因此需要对该地区进行设计洪水的计算。

4.1 各自排区设计洪水计算

由于阜沙镇地形平坦，河道纵横，没有明显的分水岭，因此很难精确地确定主要河段的长度和坡度。因此考虑将阜沙镇划分为8个自排区(其中1区和8区是东凤镇的面积)来计算各自排区的设计洪峰流量，具体见表6。以此为依据，计算各自排区内水闸、河涌的设计洪峰流量。

除7区外其他各自排区的集雨面积都在10km2以下，计算设计洪峰流量时采用广东省洪峰流量经验公式法[10]。计算结果见表8。

表8 自排区洪峰流量计算成果

4.2 各公共河涌及水闸设计洪峰流量

各自排区水闸设计流量确定方法如下：

根据河道测量资料，首先统计各自排区所有内排和外排水闸对应河涌宽度及各区河涌总宽度，然后计算各水闸对应河涌占该自排区河道总宽度的比例，各内排和外排闸设计流量按该比例进行分配。

公共河涌和水闸设计流量确定方法：根据上述方法确定的各内排节制闸排入各公共河涌的设计洪峰流量，再加上1区、7区(东凤镇)排入阜沙镇的涝水，各河涌设计流量按自身河宽占水闸需要排除的几条河涌总宽度的比例进行分配。

4.3 泵站工程设计洪水计算

4.3.1地类统计

根据阜沙镇1/10000地形图和中山市阜沙镇总体规划，远期城镇建设用地占该镇总面积的64.7%，河涌占地约4.33%，水田、鱼塘、经济作物占30.97%，其中水田、鱼塘的比例参照该镇历年农作物统计资料确定。地类统计情况见表9。

表9 地类统计情况表 单位：km2

4.3.2设计洪量计算

(1)扣损法

参考珠江三角洲区域制定的扣损值和蓄滞水深经验值[11]，得出城镇道路、绿地扣损值以及鱼塘、农田蓄滞水深分别为2、3、100mm。利用以上所确定的地类面积、损失值、蓄滞值，以本区10年、20年一遇的最大24h的设计暴雨为基准，用扣损法可计算出该区10年、20年一遇的设计产水量。

(2)径流系数法

参考珠江三角洲区域制定的各地类径流系数[12]得出本区域的城镇道路径流系数为0.9、河涌、鱼塘、农田三类径流系数采用1.0，经济作物及绿地的径流系数法采用0.7，鱼塘、农田蓄滞水深为100mm。根据确定的径流系数和地类面积，按10年一遇最大24h设计暴雨，可计算出10年、20年一遇设计产水量。表10为扣损法和径流系数法的成果统计表。

表10 泵站工程设计洪量成果对照表

由表10可知，扣损法和径流系数法的10年一遇设计洪量分别为695.24万m3和611.50万m3，20年一遇设计洪量分别为733.72万m3和740.79万m3，两种方法的计算结果十分接近。

5 结语

根据洪潮遭遇分析，从工程安全角度考虑，计算10年或20年一遇暴雨时，外潮水位宜取相应日5年一遇水位，珠江三角洲地区的设计洪水计算时应选择内洪为主、外江潮水相应情况，另外通过广东省洪峰流量经验公式法对阜沙镇进行了各自排区设计洪水计算；采用扣损法和径流系数法对泵站工程设计洪量成果对比分析，两种方法的计算结果十分接近。本文的计算分析方法和成果可为珠江三角洲流域类似地区以及阜沙镇后期水利规划建设提供参考。