浙江省科技城防洪规划浅析

何 凡 ，楼少华 ，张 洋

(1.浙江城建设计研究院有限公司，浙江杭州 310005；2.杭州市城市规划设计研究院，浙江杭州 310012)

0 前言

随着城市化进程的推进，城市基础设施建设迅速发展，城市面貌发生了巨大的变化。近年来不断有城市在暴雨后发生内涝灾害，或由于城市防洪能力低，或因排涝系统不完善，形成雨后“水城”。如何提高城市防洪能力，避免和减少内涝，预防和应对超标降雨等，成为摆在城市建设者面前的课题。本文结合浙江省科技城防洪工程规划和设计，对山区城市防洪特点、洪水量计算、防洪系统布置要求等进行总结分析。

1 山区城市暴雨洪水特点

浙江省科研机构创新基地(科技城)位于临安市，是浙江省倾力打造的国内外科技资源集聚区、技术创新源头区、高新企业孵化区、低碳经济示范区。

临安地处浙西北，境内地势自西北向东南倾斜，市境北、西、南三面环山，形成一个东南向的马蹄形屏障。西北多崇山峻岭，深沟幽谷；东南为丘陵宽谷，地势平坦，全境地貌以中低山丘陵为主，占89.6%。临安境内主要有天目山脉和昱岭山脉等，科技城是典型的山区城市，更有“国家森林城市”的美誉(见图1)。

作为山区城市，其暴雨所形成的洪水具有如下特点：

(1)暴雨集水时间短，短时段内即可形成较大的降水量。结合临安建设经验，城区内地面初始集雨时间约为3～8 min，城区内河道集水时间约为0.5～2 h。

(2)洪峰流量较为集中，洪水过程时间较短。受地形影响，暴雨后洪水快速集流，迅速外排，造成短时间内洪峰量较为集中，。

(3)泄洪渠(河)道坡度较大，洪水流速快，对河床冲刷力较大。城内地形变化较大，在科技城开发前，地形坡度在30%以上的用地占28.9%；坡度在15%～30%之间的用地占15%；坡度在15%以下的用地占52.5%。根据规划，科技城建设后的总体地形坡度为3%～12%左右。

(4)洪水破坏力大。由于山区地形变化大，一旦洪水漫堤或泄洪不畅，其较快的流速造成较大的破坏力，经常冲毁房屋或引起其它地质灾害，甚至造成人员伤亡。

2 排水现状

2.1 自然条件

科技城位于临安东部青山街道，一期规划面积约11 km2。基地东、北和西面为山体，南面为苕溪。基地内地势为北高南低，中部山体与外围山体所围合的区域较平坦，基地内多低山丘陵，最高海拔138.72 m，最低7.04 m，相差约130 m左右。

基地年平均降雨1 578 mm，多年平均降雨日161 d，降雨量时空分布不匀，年内变化大。降雨量春季约450 mm，占全年降雨量的30%，夏季约550 mm，占全年降雨量的37%，秋季约310 mm，占全年降雨量的21%，冬季约190 mm，占全年降雨量的12%。雨量集中在5～7月的梅雨期和8～9月的台风季节。

本区域处于未开发地段，用地主要以农田和缓坡林地为主。

2.2 排水现状

现状排水通道为山脚下的泄洪渠，主要有两条南北向泄洪通道，分别位于区块内的西侧和东侧，最终排入苕溪。

基地南面的苕溪按20 a一遇设防，防洪堤堤顶高程在11.07～13.87 m之间，河底高程在2～8.5 m之间，20 a洪水位在9.97～12.67 m之间。

基地内水体资源丰富，基地内有官塘、羊坞、岗阳湖、瓦窑湖、大东湖等大小山塘水库20余处，现状基地内的各类水库总的库容达到41.9万m3，总的汇水面积约288 hm2，总的水域面积约18.4 hm2。水库承担了基地面积内约1/4的汇水，足见其重要性。

3 防洪系统规划

3.1 规划标准与原则

根据临安市域总规、科技城相关规划，以及《防洪标准》确定的科技城规划防洪标准如下。

(1)骨干河渠：20 a一遇降雨洪水归槽不泛滥。

(2)园区：20 a一遇山洪归槽不上路面、不进厂区。

科技城防洪系统主要原则为：“上截、中滞、下泄”原则：即在流域上游修建截洪沟和利用现状水库拦蓄洪水，中游利用绿地、下沉式广场、水库、景观水系以及蜿蜒河流滞洪，下游采取新建河道整治加大洪水下泄能力。

3.2 防洪排涝区块划分

基地纵向以经一路、经六路和大园路等“三纵”道路为主，主要规划用地也基本位于“三纵”两侧。在“三纵”之间，有保留的两条纵向山体。规划区块竖向总体呈现：北高南低，中间高两侧低，西面高东面低的格局。

根据规划竖向格局，并结合现状排水系统的分析论证，将区块划分为六个主要泄洪系统，每个系统内有自己的主干泄洪通道。区块外围的防洪主要通过对保留泄洪通道的梳理调整、新建防洪渠和截洪沟等方式解决。区块内部泄洪主要通过水库蓄洪、地块自排、管道排水等方式实现(见图2)。

经过确定，基地雨水总汇水面积约1 423 hm2。

3.3 洪水流量计算

洪水流量是确定泄洪河渠规模的主要依据。推理公式是缺乏资料的小流域计算设计洪水时常用的方法。为更加合理的确定洪水量，采用三种方法计算洪水量，具体如下：

计算方法一：水利科学研究院水文研究所公式计算，适用于流域面积小于500 km2的洪水计算，公式如下：

(1)设计雨力 SP：SP=H24P×(24)n-1，H24P为设计频率P的最大24 h雨量。

设计暴雨采用《浙江省短历时暴雨》图集查算。查图求得设计流域 10 min、60 min、6 h、24 h、3 d的平均点雨量均值、CV值，然后由各历时暴雨的适线参数(CS/CV=3.5)查图的Kp值，从而求得各历时各频率的设计暴雨，运用公式：H24P＝Kp×H24，其中：Kp为某频率下模比系数，H24为多年平均最大24 h雨量(mm)，即暴雨平均值；计算成果见表1。

表1 各频率设计雨量表

(2)设计汇流参数m

采用浙江省汇流参数综合公式，考虑区块内植被较好，则参数公式如下：

其中，θ＝L/J1/3；L为河槽长度(m)；J为河槽坡降(‰)。

(3)设计损失参数μ

由汇流参数推求设计汇流洪峰流量，其推理公式如下：

(4)设计洪峰流量系数Ψ

当t≤tc全面汇流时，Ψ＝1-μ/SP×tn

当 t＞tc部分汇流时，Ψ＝n×(tc/t)1-n

式中：tc为产流时间(h)

计算方法二：采用公路科学研究所的简化公式计算，公式适用于流域面积小于30 km2情况下，如下：

式中：Ψ—地貌系数，该区块为丘陵地带，主河沟平均坡度在1%～2%之间，查表得Ψ＝0.09；Z—植物和坑洼滞留带的拦蓄厚度(mm)，Z＝15mm。

计算方法三：采用公路科学研究所经验公式计算，公式适用于汇水面积小于10 km2情况下，具体如下：

式中：K—径流模数，20 a重现期为21.0；n—面积参数，当 F＜1 km2时，n＝1，当 1＜F＜10 km2时，n＝0.75。

计算成果分析：上述三种方法计算的成果对比，考虑方法一水科院公式适用于大流域(流域面积小于500 km2)洪水量计算，而科技城约14 km2汇水面积，与水科院公式适用条件出入较大；公科所简化公式和经验公式适用于流域面积小于30 km2和10 km2，与规划面积较接近，故采用方法二和方法三计算成果，并采用两者算术平均值作为最终计算成果，见表2。

表2 最终洪水流量计算成果表(重现期20 a)

3.4 泄洪渠流速控制和断面确定

根据《室外排水设计规范》，当渠道水深为0.4～1.0 m时，流速按表3规定取值。

当水深在0.4～1.0 m范围以外时，上表最大设计流速宜乘以系数：h＜0.4 m，系数为 0.85；1.0＜h＜2.0 m，系数为 1.25；h≥2.0 m，系数为 1.40。

采用明渠均匀流公式确定断面，即Q=AC×(Ri)1/2，具体尺寸见图 3。

表3 渠道流速控制表

4 工程实施

4.1 保留主要水库

根据科技城总规，保留水库是规模较大的几座水库，其库容占现状水库总库容44%保留的水库对蓄洪调峰具有重要的作用。拟保留的水库主要有羊坞、瓦窑湖、大东湖和官塘水库。总的库容为18.4万m3，总的汇水面积约93 hm2，总的水域面积约8 hm2，见表4。

表4 保留水库情况表

4.2 辟筑泄洪渠

科技城自2009年开发建设以来，目前核心区块建设已初具规模。正在建设的大园路泄洪渠位于基地主干路大园路西侧，断面为10 m×3.5 m，长约1 800 m，纵坡0.002；渠上设三道翻板闸门，保留平时景观蓄水；同时，其与核心区内部景观水系通过闸门控制，渠道蓄水后作为景观水系的补充用水。

5 总结分析

结合防洪工程实施情况，对于山区城市的防洪系统总结如下：

(1)城市防洪系统中，可采用“上截、中蓄、下泄”相结合的排洪体系。外围山体尽量散排，并利用现有截洪沟收集截流，避免进入规划区块；区块内部应利用绿地、景观水体、雨水回用等来蓄洪滞洪，减轻排水压力，延长汇集时间；对于城市排水和防洪系统的下游河道，应尽量外泄系统内洪水量，保证泄洪安全通畅。

(2)山区城市建设中，尽量保留现状山塘水库。可结合用地改造成景观水体、水塘等，发挥其暴雨时蓄洪滞洪的作用，减轻暴雨对防洪沟渠的冲击。

(3)洪水流量计算时，采用简化公式和经验公式等多个公式进行计算，结合实地状况经分析后合理取值。

(4)由于山区洪水短时流量大，流速快，山体洪水中经常夹带树枝、石块等杂物，应在截洪沟进口处设格栅和减扩段等措施，来保证截洪沟运行安全。

(5)山区泄洪渠由于坡度较大，流速较快，应设有跌水、消能等措施；渠道材料应有一定的抗冲刷能力。

(6)由于山区内泄洪渠短时段内流量较大，而平时流量较小，可适当设置涵闸，保持提高常水位，增加景观性。

(7)在城市内部或边缘，由于建设过程中辟筑的山体，应对破坏面有植被复绿的处理措施，杜绝其受暴雨造成滑坡或泥石流的可能性。并应有可靠的截洪泄洪措施，减轻暴雨对山体的影响力和破坏力。

(8)提高城市排水系统建设标准。随着经济发展，资金投入已不再是排水系统建设的主要制约因素，更重要的是排水系统安全可靠。应提高城市排水系统标准，采用较高的暴雨重现期，一般地区建议采用2～3 a，重要地区采用5～10 a或更高标准；增设泵站等强排保障措施；加大城市防洪排涝设施的建设投资和养护力度等。

6 结语

城市防洪可采用“上截、中蓄、下泄”相结合的方式。对于雨量较多的山区城市，防洪排涝工程必须切合实际。提高城市防洪减灾能力，应对城市防洪、排水排涝、水塘水系利用、雨水综合利用、地面径流控制、城市景观等进行综合规划，统一考虑，制定科学合理的规划，并按规划逐步实施，以使城市建设能安全健康有序地发展。