滨海山地城区洪涝治理系统研究与应用

刘楷操，张 建，李佳佩，李堃宇，周思璟

（珠海市规划设计研究院，519000，珠海）

近年来受全球气候变化影响，暴雨、风暴潮等极端天气频发。随着城市开发建设节奏加快，场地条件和现状本底条件发生较大变化，城市水浸内涝现象加剧，严重影响城市经济社会发展，给人民生命财产安全带来了极大隐患。沿海城市除了受山洪、强降雨等来水威胁外，同时还易遭遇外海风暴潮顶托及海水倒灌影响，水浸情况频繁发生。广东省珠海市作为全国著名的海滨花园城市和具有国际影响力的滨海风景旅游胜地，片区水浸现象已成为群众关注的焦点和市政交通建设与管理的难点之一，亟须大力解决。

为缓解和应对日益严重的城市洪涝水浸问题，不少专家学者做了相关研究，但多针对洪涝治理标准系统梳理问题，缺乏从面到点的落实性探讨，治理过程中由于市政排水与水利设施建设管理部门不同、建设标准不统一、工程多针对水浸处点状展开而无法以点到面等原因而存在一定局限性。本研究拟针对珠海市金湾区东咀片区水浸成因系统全面展开，并结合成因从上层规划到落地实施制定内涝治理系统方案。

一、研究范围概况

珠海市金湾区东咀片区地处三灶镇东侧，为本次水浸整治的主要研究范围，服务范围约1023 hm2。东咀片区主要泄洪通道为金岛路、华阳路、金海岸大道、虹阳路4条道路的雨水系统，其中金岛路、华阳路和金海岸大道由西向东排入白龙河，最终通过白龙河排洪渠及白龙河泵闸排入外海；虹阳路自南向北排入金湖，经金湖水闸排入外海。

因东咀片区三面环山，东面临海，区域排水系统受山洪及风暴潮双重影响，同时该区域受深厚软土地质条件限制，道路不均匀沉降严重，造成现状管网病害问题突出。近年来，片区在暴雨侵袭下出现多次水浸，一旦短时间集中暴雨超过80～100 mm/h就容易出现内涝情况。其中水浸严重区域有金海岸大道、金岛路与华阳路交叉口、丹阳路、北园、南园、长盈花园、华美达酒店等区域，平均水浸深度0.5～0.8 m；水浸中度区域有金岛路、华阳路、亿邦制药、金海岸中学等区域，平均水浸深度0.3～0.4 m。

二、成因系统分析

东咀片区是典型滨海山地圩区，因历史及后期分片区开发时序不合理等问题，基本集成了可能发生水浸的全部成因，该片区成为珠海市有名的“水浸黑点”。从上游山洪防御形势严峻，到沿线排水不畅，再到下游潮位顶托等，成因主要情况如下。

1.山洪防御系统不完善——山洪水进入城区市政管网

现状山体截洪沟过流断面不足，强降雨时山洪水可能漫过沿线截洪沟进入山脚老城区雨水系统，进一步加大老城区排涝压力；同时部分山体截洪沟因缺少下游出路而直排市政道路雨水系统，加重市政排水系统水浸负担，甚至部分地区尚未根据规划建设截洪沟。山洪水往往具有突发性、短暂性和强烈的破坏性，山洪防御系统不完善会诱发诸多防洪安全隐患，比如山洪进城极大增加了市区集水面积和排水量，同时挟带的泥沙淤积市区排水管网，进一步降低城区管网排水能力。因此，山洪水混接市政雨水系统现状不符合“高水直接入河，不得进入平原城区低水系统”的要求，与高水高排的理念不符，也是目前山地圩区易发生内涝的主要原因。

2.城区现状雨水管渠排水能力不足及管渠病害问题突出——低水排放不畅

东咀片区整体建成较早，雨水篦子和雨水口连接管设计标准整体按照1～3年暴雨重现期建设。城区主要道路的部分管渠泄流能力不足，且金岛路雨水管渠整体沉降0.36～0.4 m；金海岸大道雨水管渠存在较长逆坡段，甚至部分路段雨水管渠标高较低，与下游河道存在0.35～1.09 m的大逆坡，雨水系统末端无法正常泄洪。

滨海地区软土深厚，但道路未作软基处理，造成道路和市政雨水管渠不均匀沉降，故道路低洼加波浪状雨水管渠更易造成长时间水浸。同时，街道树种的根系可能进入雨水管渠内，造成挤断和堵塞，加上东咀片区雨水管渠基本上建于20世纪80—90年代，长期未得到养护，经过长时间使用，排水能力大大减弱，亟须大范围检测和更新。

3.现状道路竖向布局不合理——组织排水不畅

东咀片区主要行洪河道控制水位为2.3 m，现状部分道路或地块标高仅为2.2～2.3 m，道路竖向标高较低，雨水管渠下游顶托严重。同时因现状市政雨水管渠排水标准仅达到1～3年暴雨重现期，即使根据规划实施，也仅达到5年一遇，远无法达到规划100年一遇排涝要求，因此超标准涝水需通过路面组织排水接入下游河道。但由于路面与地下管网分属于不同部门管辖，缺乏统一规划，导致道路系统竖向布局不合理。目前研究区域现状周边道路存在不同程度沉降，道路出现起伏段，局部形成凹陷路段，造成路面排水组织不畅，道路排水能力低下，无法达到内涝泄洪通道的要求，亟须进一步加强部门间协调沟通，合理规划城市道路竖向布局。

4.感潮河道受外海潮位顶托严重——挡潮强排系统不完善

东咀片区历史雨洪主要通过白龙河外排入海，末端未建设挡潮闸，河道在洪涝外排过程中受外海潮位顶托严重，极大降低了河道排洪能力，且东咀片区地势相对较低，现状部分道路或地块标高仅为2.2～2.3 m，甚至低于外海5年一遇高潮位2.62 m，进一步加大了区域内涝风险。作为感潮河道，白龙河受外海高潮位顶托严重为自然现象，无法完全避免，但区域内挡潮、强排系统不完善，造成雨洪、海水倒灌顶托叠加致涝，这也是目前滨海地区城市内涝主要的成因之一。

三、内涝防治对策系统研究

1.合理确定防洪排涝标准

全国目前约一半城市没有达到国家规定的城市防洪标准，城市排涝缺乏统一规范指标。而东咀片区又是典型老城山地圩区，山洪行泄标准、市政雨水管渠标准以及内涝标准相互关联，如何合理确定防洪排涝标准，对于洪涝防治的成功至关重要。

东咀片区防洪排涝标准中常规雨水管渠、截洪沟、排洪河渠以及内涝设计标准均以珠海最新上位规划《珠海市排水（雨水）防涝专项规划（2020—2035）》为依据。但针对老城区普遍存在的山洪进城问题，在洪涝防治系统治理层面无法在老城区内新开辟高水高排通道，且无法按常规治理思路提高老城区内市政道路雨水管渠排水标准。针对以上问题，对承泄山洪的道路雨水管渠，按照50年一遇山洪来水流量叠加城区雨水管渠沿程5年一遇市政雨水流量复核雨水管渠尺寸，超标准雨水通过城区道路路面竖向组织排水。

2.洪涝治理思路

结合前述分析，本工程建设范围内，内涝主要原因为山洪入城、内排不畅、海潮倒灌等，在系统治理过程中，需综合“完善系统、高水高排、低水低排、自排为主、泵排为辅、蓄水利用、挡潮错峰”等多种措施进行治理。故考虑在上游建设山水调蓄湖削减洪峰流量，拓宽疏通下游排水渠道，完善排水系统，提高排水能力，建设挡潮闸站，主要技术路线图如图1。

图1 洪涝综合治理技术路线

3.建设实施方案

（1）上蓄——建设山水调蓄设施，削减洪峰，降低高水排放压力

作为老城区，如果山洪水完全下泄，按照规划防洪标准，往往需要较大排涝规模，而老城区内因空间严重受限，无限扩大排水系统标准不可行。针对以上情况，结合山体地形以及规划用地情况，在截洪沟沿线合适位置（偏下游更有利于削峰）设置山水调蓄湖或调蓄塘，以减少截洪设施以及下游排水通道规模。根据以往学者的实际案例研究经验，合理的调蓄设施可削减洪峰流量25%～47%，具体削减规模主要受调蓄设施可建设规模以及干流河渠自身排水能力限制。

根据现行规划设计行业标准，山水调蓄湖（塘）规模的确定主要有经验公式法和水力数值模拟法。其中经验公式法主要根据相关规范或学者研究结果中用到的流量过程线法以及脱过系数法，以上方法能较好处理调蓄设施容积与来水流量之间的相对关系，但以往较多规划设计人员误认为调蓄湖（塘）与上下游为串联关系，这与实际经验公式计算原理不符，只有并联方式才能最大限度发挥调蓄设施削峰的功能。对于水力数值模拟法，目前国际上通用MIKE11或者InfoWorks ICM等软件进行计算，软件可以将调蓄湖（塘）及水库概化为调蓄池，设置溢流堰及放空管等模拟蓄洪削峰调度，且可根据调蓄设施实际情况概化串联、并联模式。

（2）中疏——完善截洪沟系统，梳理行泄通道

①完善截洪沟系统，实现高水高排。为避免山洪水散排进入山脚村庄，增大村庄排水系统压力，沿山脚与村庄之间合理布设截洪沟系统，做到高水高排。截洪沟规划设计阶段主要有选线及规模确定两方面难度，其中选线主要结合现状山体地形以及综合投资确定，而规划设计人员对于确定截洪沟规模存在一定误区。目前，截洪沟规模水力复核多采用传统的恒定均匀流公式计算，但实际截洪沟的水力坡度远大于渠底底坡，造成截洪沟设计规模偏大。在场地以及资金不受限区域，该种方法确定的规模偏安全，因此为更好概化截洪沟泄洪时的水力情况，截洪沟规模复核应同时按照河道推求水面线的方法确定，减少不必要的过渡设计。

②梳理行泄通道，实现低水排放顺畅。因东咀片区道路建设年代较久，雨水管渠的逆坡、缩径等病害严重，排洪渠断面尺寸标准较低。针对以上问题，首先对金海岸大道和金岛路等道路雨水管渠病害严重区域进行修复，改善重点区域排水条件，保证雨水管渠病害修复区域的雨水顺畅排出，提高道路排水标准至5年一遇。然后复核雨水管渠下游的排洪渠道行洪能力，提高排洪渠防洪标准至100年一遇，以满足规划要求。针对部分路段道路雨水管渠承接山洪水问题，为解决道路雨水管渠建设规模过大、挤占其他地下市政设施空间的问题，按照50年一遇山洪来水流量叠加城区雨水管渠沿程5年一遇市政雨水流量复核雨水管渠尺寸，超标准雨水通过城区道路路面竖向组织排水。

（3）调整道路竖向，满足路面排水要求

为做好道路雨水排放标准与内涝防治标准的有效协调，城区超标准雨水通过主干道路面进行泄洪。结合排水系统整体竖向关系，调整东咀片区内道路竖向规划，同时注重细节设计，在道路竖向末端接排洪渠处做好排水衔接，避免产生新的积水点。

目前道路排水能力复核从简易到深入主要分为三种方式。方法1采用手工方法校核，将内涝防治设计重现期条件下设计流量QT减去雨水管渠的过水能力Q0,得到满足内涝防治设计重现期条件下道路表面的设计流量Q2，然后运用修正的曼宁公式复核道路过流能力，具体可见《城镇内涝防治技术规范》（GB 51222—2017）。方法2采用一维数学模型进行校核，因一维数学模型无法模拟地表水的运行状态，需将道路路面排水断面概化为沟渠，与路下雨水管网通过竖向连接管进行连通，建立管网-道路的双层水动力模型系统，模拟雨水管网各节点溢流至路面行洪的运行情况。方法3采用一维和二维数值模型耦合的方式，模拟路面漫流的情况。

（4）下挡——完善系统末端挡潮闸，实现挡潮错峰，避免洪潮叠加致涝

为消除东咀片区潮水倒灌致涝问题，在进行洪涝系统研究时，在河涌末端建设挡潮闸，同时同步建设排涝泵站，控制范围内水位在2.3 m以下。对于感潮区闸泵联合调度时如何确定闸泵规模，目前主要有传统“平湖法”以及数值模型法。技术条件允许时，可先根据闸泵联合调度原则，将河道、水闸、泵站及调蓄设施一并考虑，采用“平湖法”进行洪潮遭遇分析，进行动态排涝演算，然后采用数值模型软件作为排涝演算的模型软件互为校核。为充分评估河道洪水位对上游市政管网的顶托影响，通过建立流域市政管网与河道、泵闸水工建筑物水动力耦合模型，进行管网与河道间的水量交换模拟，进一步复核泵闸规模的合理性。

四、结 语

①具有代表性的滨海山地老城区，往往存在山洪入城致涝、内排不畅致涝、海潮倒灌致涝等问题，在系统治理过程中，需综合“完善系统、高水高排、低水低排、自排为主、泵排为辅、蓄水利用、挡潮错峰”等多种措施，且在老城区排水改造时，应着重进行精细化设计，做到方案技术可行，且具有实施性。

②洪涝治理历来都是国内外研究热点，研究内容主要集中在城市化对径流特性的影响分析、洪涝模拟以及洪涝治理系统上层方案等上位规划视角方面，在系统方案如何落地设计实施上的研究较浅。本次研究除了对具有代表性的滨海山地老城区制定系统性洪涝治理方案外，同时针对每一项治理方案规模论证方法，以及以往规划设计时存在的误区及问题进行系统梳理，以期对类似区域洪涝灾害防治提供经验借鉴。