赤石河瓶颈段阻洪分析及应对思路

章晶晶

(深圳市水务规划设计院股份有限公司,广东 深圳 518001)

0 引 言

深汕位于广东省东南部,地处珠三角平原和潮汕平原之间,西、北部与惠州市惠东县接壤,东与汕尾市海丰县相连,南临红海湾,是粤东通往珠三角地区的桥头堡,距广州200km、深圳60km、汕头200km,距香港82海里,距台湾高雄港200海里,距太平洋国际航道12海里,距汕尾港35km,距小漠深水码头5km,处在深圳1h交通圈内,珠三角经济圈与海峡西岸经济圈结合部,是粤港澳大湾区向粤东城镇群拓展辐射的重要战略节点。深圳市深汕特别合作区(以下简称“深汕合作区”)作为深圳的第“10+1”区及特区中的特区,承担着延续深圳基因、延伸城市功能的新兴城区。

研究的赤石河是深汕合作区的第一大河,发源于北部山区,向南贯通城区全境,经小漠镇注入小漠湾,全长约36.8km,流域总面积382km2,占合作区总面积的 81.6%。深汕合作区由深圳市主导建设及管理,作为新开发地区,水利规划建设应与城市发展相协调。

目前赤石河干流已有《深圳市防洪(潮)排涝规划(2021—2035)》等相关规划成果。由于深汕合作区内城市规划的空间及主要建成区分布在赤石河以及支流两岸,城市开发竖向标高与河道防洪水位息息相关,为寻求更经济合理的河道整治方案,文章将在相关规划方案的方案基底上进一步对赤石河瓶颈段进行阻洪分析,并提出应对思路。

1 流域概况

1.1 地形地貌

1.1.1 河流水系

赤石河位于深圳市深汕特别合作区(以下简称深汕合作区),为广东省东南部地区河流。赤石河流域面积为382km2。流域内水系发达,除干流外有一级支流14条,二级支流15条,三、四级支流6条,共计36条。

1.1.2 水文地形

赤石河地势总体北高南低,内有平坦低洼地。流域内山区面积306.79km2,占总面积的 65.74%,北部多山且坡度较陡,造成山洪产汇流时间短且洪量大。

赤石河由北向南穿插过境,中部为丘陵地带,深汕合作区内城市规划的空间及主要建成区分布在赤石河以及支流两岸,两岸地势低洼,城市开发竖向标高对河道洪水较为敏感。

赤石河为直接入海河流,流域下游为滨海沉积、冲积平原地带,地势平坦,受潮影响,风险因子主要为外海潮水顶托。

1.1.3 现状防洪体系

赤石河流域现状水利设施较差,已建水库多是以防洪、灌溉为主的小水库,调洪库容相对较小,控制面积不足14%。目前深汕合作区内尚无调蓄流域洪水的骨干工程,防洪体系单薄,主要以堤防为主。

赤石河流域大部分河道目前处于天然状态,除部分河道已按20a一遇标准进行整治,其余河道防洪标准普遍5～10a一遇;深汕现状除鹅埠街道部分已新建排水管网,其他区域无排水管网,涝水地表散排;由于片区内河道未经系统整治,河道过流能力不足,涝水无法及时排走,造成片区内极易形成内涝,整体治涝标准低。

防洪排涝体系不完善。由于片区开发尚处于起步阶段,受经济发展、财政收入和技术力量等因素制约,水务设施建设相对滞后,现状水利基础设施整体底子薄弱,缺少防洪骨干工程,且现有水库病险严重,大部分未完成除险加固;干支流水系大多为天然河道,未经系统整治,河道防洪标准低;排水管网、污水收集处理等均未形成体系。

1.2 河道管理范围线内用地规划

通过解读土地利用规划可知,赤石河干流以及支流的两岸河道管理范围线内涉及居住用地,商业服务业用地、工业用地、市政设施用地以及教育科研用地。

沿赤石河的主要开发区域为赤石中心区、及鹅埠街道、小漠街道3个片区。其中小漠街道不属于赤石河流域范围内,本次重点分析赤石中心区及鹅埠街道。

表1 深汕合作区主要开发区域面积统计表

1.3 瓶颈段分析

赤石河上中下游分别以福田水陂和G324桥分界,通过对河道的相关分析,从上游至下游赤石河干流瓶颈段主要有:厦深铁路跨河桥、G324 国道跨河桥、沈海高速跨河桥、小漠大桥等,瓶颈段的形成是因桥梁建设束窄了河道过流断面。瓶颈段参数表,见表2。

表2 瓶颈段参数表

2 阻洪分析

2.1 方案设计

2.1.1 方案基底

规划方案是通过增加调蓄空间,拓宽河道卡口段,改造水工构筑物,全面清障、清违和清淤增加河道行洪能力。具体措施如下:

1)充分利用现状水库以及规划新建的三座大中型水库(仅分析水库的调蓄功能),有效拦蓄区域洪水,减少洪水进入河道。新建北坑水库、水底山水库、明溪水库 3 座水库以及赤石、明热调蓄空间。

2)对赤石河干流福田水陂至 G324 桥段拓宽河道、加高堤防等河道整治,整治长度 17.61km。

3)龙潭水陂改造。将龙潭水陂改造为可控水工建筑物,洪水期保证赤石河行洪断面,非洪水期保证上游于河道取水的需求。

4)赤石河河道清障并结合 G324 桥改造、小漠大桥拆除,将沈海高速跨河桥到小漠大桥之间局部较窄的河道断面进行适当拓宽。

2.1.2 优化方案措施

在方案的基础上进一步增加卡口拓宽及清淤清障相关措施:

措施1:①赤石河河口～南门河汇入口处河道清障;②将沈海高速跨河桥到小漠大桥之间局部较窄的河道断面进行适当拓宽。

措施2:①沈海铁路跨河桥～响水坑汇入口下游局部较窄的河道进行适当拓宽;②G324国道跨河桥附近河道清障。

措施3:①明热河汇入口上游1.1km河道清淤及局部拓宽;②县道131旁河道2.1km河道清淤。

2.2 模拟论证

本次采用的MIKE11模型,通过构建赤石河流域河网模型综合分析,提出整治方案。

2.2.1 软件计算原理

核心方程式为一维非恒定圣维南方程组,圣维南方程组由连续性方程及动量方程组成, 连续性方程反映河道水量平衡,动量方程反映水体运动规律,方程组如下:

(1)

式中:Q为流量,m3/s;x为空间坐标,m;t为时间坐标,s;Z为水位,m;B为河面宽度,m;q为旁侧入流,m2/s;A为过流断面面积,m2;C为谢才系数;R为水力半径,m;g为重力加速度,m/s2。

式(1)中第1式为连续方程,第2式为动量方程。

2.2.2 计算工况

根据设计洪水与设计潮位,考虑洪潮遭遇组合,分别考虑以洪为主和以潮为主工况,洪潮标准与规划保持一致,计算结果取洪潮外包线,各工况详细参数见表3。

表3 水文组合工况特征参数

2.2.3 数字模型构建

本次模型概化赤石河流域水系的干流及两条支流,干流全长27.8km,结合规划及工程测量资料,本次共收集河道断面67个。上下游边界为:上游输入其洪水流量过程线;赤石河河口位于港口站附近,本次收集了港口站1974—2018年的各年最高潮位实测资料,对实测资料排频后得出设计潮位,下游边界采用设计潮位。

根据雨洪遭遇分析,赤石河流域内洪水与外江洪水遭遇具有随机性,模型采用上述工况进行计算。河道区间和支流流量作为旁侧入流边界输入,软件中作为point source输入。

3 分析结果

3.1 行洪影响分析

1)措施1实施后,从长坑汇入口下游处断面(13+703)水位开始下降,水位下降差值为0.82～0.16m,河口水位受潮位影响,水位未发生变化。其中集中在赤石镇中心区及鹅埠街道附近的建成区下降水位最大分别为0.33m及0.43m。

2)措施1+2实施后,从福田水陂处断面(11+680)水位开始下降,水位下降差值为1.02～0.08m,河口水位受潮位影响,水位未发生变化。其中集中在赤石镇中心区及鹅埠街道附近的建成区下降水位最大分别为0.62m及0.58m。

3)措施1+2+3实施后,从塘下水断面(6+173)水位开始下降,水位下降差值为1.02～0.08m,河口水位受潮位影响,水位未发生变化。其中集中在赤石镇中心区及鹅埠街道附近的建成区下降水位最大分别为0.99m及0.58m。

3.2 效益评估

通过实施卡口拓宽及清淤清障相关措施,河道设计水位在基底方案的基础上进一步下降,且下降明显,同时带来堤防工程量、场坪填方量的降低。按照相关片区一一进行效益评估:

1)赤石镇中心区:措施1实施后,有效降低了赤石镇中心区水位约0.33m,相应减少场坪填方量262.55万m3;措施1、2实施后,有效降低了赤石镇中心区水位约0.62m,相应减少场坪填方量493.28万m3;措施1、2、3实施后,有效降低了赤石镇中心区水位约0.99m,相应减少场坪填方量787.65万m3。

2)鹅埠街道:相关措施实施后有效降低了赤石河干流设计水位,减少对一级支流南门河的顶托,降低了南门河水位,有利于鹅埠街道的建设。

其中措施1实施后,有效降低了南门河水位约0.43m,相应减少场坪填方量191.84万m3;措施1、2实施后,有效降低了南门河水位降低约0.58m,相应减少场坪填方量258.76万m3; 措施1、2、3实施后效益同措施1、2。

相关措施效益分析表见表4。

表4 相关措施效益分析表

续表4 相关措施效益分析表

4 结论及建议

文章根据对赤石河瓶颈阻洪分析,提出应对思路,拟对瓶颈段进一步实施相关卡口拓宽及清淤清障工程,根据相关措施,赤石镇中心区最多可在方案基底的基础上下降设计水位约0.99m;鹅埠街道片区最多可在方案基底的基础上下降设计水位约0.58m。河道设计水位的降低可相应降低河道两岸城市的场坪标高及堤防高度,同时更有利于赤石河本身河道治理,减轻两岸的防洪压力,减少地区淹没风险,助力打造城市水安全格局,对深汕特别合作区的城市开发格局有重大影响。

根据文章对河道瓶颈段阻洪分析可知,通过建立河道水动力模型,并通过模型模拟可以更直接快捷地识别出影响水面线的敏感因素,如河道瓶颈段,并可验证改变相关因素引起的水面线变化,有助于得出方案的有效性及效益评估,为河道治理寻找最优解。