新建城市区域防洪方案探讨

张晓锋,盛 军

(1.上海友为工程设计有限公司,上海 200333;2.上海千年城市规划工程设计股份有限公司,上海 201108)

1 问题的提出

伴随着农村城镇化进程的不断加快,城市规模不断扩大,城市洪涝灾害已经成为制约区域经济社会可持续发展的重要因素。当前,我国很多城市的防洪减灾能力依然很低[1],现有城市防洪工程病险隐患众多,因排水能力不足导致的城市内涝严重。因此新建城区的建设应吸取以往城市建设的经验教训,将防洪规划作为城市总体规划的重要组成部分,结合城市发展的状况,科学编制防洪规划,因地制宜,综合考虑各方面因素,从现状情况分析、防洪规划原则、标准及城市防洪体系等几方面,构建新的城市防洪建设和管理体系,进而保障城市防洪安全,具有重要的现实意义。

2 研究区概况

良渚组团是杭州市总体规划所确定的城市空间发展战略中所构建的6大组团之一,该区域位于杭州市余杭区中部,包括良渚镇、仁和镇和良渚遗址保护区等[2]。根据良渚组团各区块现状地形特点及功能定位,分为组团中心区、良渚片勾庄片居住区、先进制造业基地、文化创意产业基地、良渚遗址保护区、高新农业园区、湿地保护区、东明山森林公园区等8大区块。该组团的规划面积为215.6 km2,其中规划城市建设用地41.99 km2,规划城市人口30万。良渚组团属于运河水系,河网密布,现状地面高程1.8～2.5 m(1985国家高程基准)。

3 区域防洪水利计算与分析

3.1 设计暴雨

计算区内瓶窑站资料连续系列长,地理位置具有一定的代表性,故选用瓶窑站作为设计暴雨分析计算的代表站。按年最大值选样的方法,统计瓶窑站的1,3,7 d暴雨,瓶窑站暴雨系列选用1950—2002年。进行经验排频计算,按P-Ⅲ型曲线适线拟合,求得该站各频率设计暴雨,成果见表1。

表1 瓶窑站设计暴雨成果表

设计雨型:根据闸口站20场年最大3 d暴雨的日程分配情况,最大1 d降雨量置于第2日,其余2 d降雨量各占50%,设计暴雨的时程分配模式采用1963年型。

3.2 数学计算模型

平原河网水利计算采用感潮河网非恒定流计算程序,即用隐式差分格式求解圣维南偏微分方程组。

(1)式为连接性方程;(2)式为动力方程。

式中:B为水面宽,m;Z为水位,m;Q为流量,m3/s;q为旁侧流量,m3/s;v为断面平均流速,m/s;g为重力加速度(为9.8 m/s2);F为过水断面面积,m2;K为单位过水断面面积的流量模数。

以4点隐式差分格式将上述偏微分方程组化为差分方程组。该差分方程组与河汊、闸汊方程,边界条件及初始条件一起构成一大型的非线性方程组,计算中考虑倒堤、漫滩、分洪及多种形式的闸、泵、堰、阻水桥梁等因素,计算出各种水利工程条件下,河道各特征断面水位和流量的过程。

3.3 河网概化

根据良渚组团地形、地势、河流走向,结合杭州市总体规划的布局,构成此次模型计算的河网概化图(见图1)。计算范围进行拓展,西至东苕溪,东至博陆、赭山港一线,南至钱塘江,北至德博港一线,面积1 500 km2。计算范围内的主要骨干排涝河道有:运河、西塘河、余杭塘河等。在上述河段中截取了399个断面,考虑了92个河汊,50个闸汊,63个概湖,及14条集中入流。钱塘江采用潮位边界,运河、上塘河均采用水位边界。

图1 水利计算河网概化图

3.4 现状防洪排涝能力分析

为判断良渚组团现有防洪设施的抗灾能力,就现状水利工程条件下,流域遭遇不同频率暴雨,进行河网水利计算,成果见表2。

表2 现状工况最高洪水位表 m

结果表明,良渚组团现状农业区防洪排涝能力普遍低于10 a一遇。目前圩区的大部分防洪堤不满足防洪标准要求,遇较大洪水时,外港洪水倒灌入圩区内,造成大面积低洼的居民点和农田受淹。

3.5 区域防洪存在的主要问题

区域防洪设施建设相对滞后,圩区排涝能力不足。当前,除马角洋圩区排涝模数达到1.6 m3/(s·km2),其他圩区均在0.6～1.0 m3/(s·km2)。随着城市化进程的不断推进,良渚组团土地利用性质发生了改变,因此在提高圩区防洪排涝标准的同时,急需解决区域的排涝能力不足,引起的内涝问题。

4 防洪规划方案

4.1 规划原则及依据

规划原则为贯彻全面规划、统筹兼顾、标本兼治的原则[3]。遵循平原河网现有水系基本格局,充分发挥水生态环境综合功能。坚持河道整治与保护并重,增强河道的防洪能力,改善生态环境。在提高防洪能力的同时,确保河网水系连通及蓄水能力,提高排涝能力。

4.2 防洪标准

城市防洪标准关系到防洪工程的规模、投资和建设期限等问题,取决于城市的发展规模及一定时期的国民经济能力[4]。根据GB 50201—94《防洪标准》,东苕溪以东区块防洪设计标准为50 a一遇;东苕溪以西区块防洪标准为20 a一遇;东苕溪西险大塘防洪标准为100 a一遇。根据DL/T 5015—1996《水利水电工程动能设计规范》,并根据良渚组团的规划要求,排涝标准采用重现期20 a一遇24 h暴雨24 h排出不受淹。

4.3 防洪方案拟定及选择

结合良渚组团现状情况,初步拟定3种防洪规划方案。方案1:圩区维持现状防洪格局,防洪方式以围圩为主。方案2:圩区格局进行适当调整,与良渚组团分区规划相适应,将零星的小圩区合并为大圩区,因地制宜采用地坪抬高和围圩相结合的防洪方式。方案3:采用全面抬高地坪的防洪方式代替围圩。

通过综合分析,方案1投资省,实施难度小,但圩区防洪格局分散,不利于组团分区规划的实施。方案3全面缩短了防洪抢险战线,但该方案投资大,对河道生态和水环境的破坏严重。方案2与组团分区规划相适应,圩区防洪格局优化调整后,防洪抢险压力减小,虽有部分地坪抬高,但填土量较少,可以通过城市建设过程中地下空间开挖的多余土方来解决,投资比方案3省。因此总体防洪规划格局推荐采用方案2。

4.4 规划排涝模数的选择

圩区依据土地利用性质分为城镇圩区、农业圩区分别计算相应的排涝模数。城镇圩区一般利用河道湖泊的调蓄能力对径流峰值进行调蓄,t时涝水t时排出,排涝模数q城镇=(ht-kΔ z)/(t/3.6);农业圩区利用水位预降增加河道湖泊调蓄能力,农业圩区内所产生的涝水T日后排出,排涝模数 q农业=0.011 6(ht-kΔ z)/T;

式中:q为圩区排涝模数,m3/(s·km2);ht为t时暴雨产生的径流深,mm;T(t)为排涝历日,h;k为圩区水面率;Δ z为圩区河流湖泊预降水深,mm。

在良渚组团规划中,城市建设用地大幅增多,城市化率的提高使得建成区不透水面积增加,圩区产水量和洪峰量增大,通过管渠排水系统和坡面汇流的形式汇入圩区内河流湖泊,排涝模数应随之增大以满足新的防洪排涝要求,良渚组团城镇圩区规划排涝模数不低于2.0m3/(s·km2),农业圩区和湿地保护区规划排涝模数不低于1.0m3/(s·km2)。

4.5 水面率及河道规划

水面率决定着圩区河流湖泊的调蓄能力。在圩区城镇化建设中,要注意水域面积的保护。良渚组团合理水面率根据水域滞蓄能力,考虑圩区水土资源利用效益综合确定,城市区规划水面率控制在5.6%～7.1%,农业和湿地保护区控制在15%以上,总规划水面率不低于9.5%。在城市用地建设规划中现状河道和荡漾水域应加以保留,在圩区城市建设中因部分池塘被填埋占用而减少的水面率,可结合河道整治、建设人工湖等措施补偿水域面积。

在河道规划中,遵循平面河网现有水系基本格局,确定以京杭大运河、东苕溪等河流作为骨干排涝河道,形成互相沟通、水流顺畅的排水网络。注意控制河道宽度线、河岸线、堤防线、堤脚线与河道管理范围线。现状河宽大于控制宽度的部分,应予保留。规划应遵循因势利导、综合治理的原则,统盘考虑河道上、中、下游及河道两岸经济发展的远景规划,从宏观上控制河床演变向有利的方向发展。

4.6 防洪保障措施

城市防洪工程涉及到多个行政部门的方方面面,传统的管理体制难以支撑新形势下的水利发展要求,因此,防洪规划的实施,首先要理顺工程管理的体制和机制[5]。应通过有效的管理体制改革,加强对防洪工程的统一管理,从整体出发,统筹兼顾,处理好上下游,市、郊区及各部门之间的关系。在实施具体的河道管理中,因职能重叠,城市发展的动态变化情况,河流水体流动等特性,河道管理工作常常产生滞后、交叉或盲区的结果。按照新的余杭区组团控制性详细规划,市区城市化比率相当大,农业保留区范围河道也与城区河道密实相关,行政管理上划分的“城区”和 “农村”已经不适应发展的需要,矛盾日亦突出,应尽快进行调整,建立和设置水务一体化的统一行政管理部门,健全河网工程及水资源的统一管理体制。

5 结 语

基于新型人水关系的新的城市防洪规划是城市安全的基本保障,随着城市经济社会的发展与综合实力的增强,城市防洪体系建设在不断加强。城市防洪规划要紧密结合区域实际情况,统筹协调城市防洪规划与流域规划、城市规划、排水规划等的相互关系,确立科学的防洪规划原则,选取合理的防洪规划标准,制定出经济合理、技术可行的城市防洪体系建设方案,并通过建立有效的技术及管理体系,实现城市防洪安全和可持续全面发展。

[1]郭亮辉.苏南沿江城市防洪规划研究 [D].南京:河海大学出版社,2007.

[2]浙江省城乡规划设计研究院.杭州市余杭区良渚组团分区规划2008—2020年 [R].杭州:浙江省城乡规划设计研究院,2009.

[3]钱楚敏.当前城市防洪规划的原则与方法 [J].科技信息,2008(27):314-315.

[4]魏保义.城市防洪规划编制方法研究[J].北京水务,2008(4):1-3.

[5]姚新民.城市化与城市防洪若干问题探讨[J].浙江水利科技,2003(5):60-63.