福州滨海新城核心区排涝方案研究

乔小琴*，赵庆，郭攀攀，戴健男

（河海大学设计研究院有限公司，江苏南京，210098）

福州滨海新城核心区排涝方案研究

乔小琴*，赵庆，郭攀攀，戴健男

（河海大学设计研究院有限公司，江苏南京，210098）

随着极端灾害天气越来越频繁，城市的建设标准越来越高，对城市防洪排涝工程也愈发重视。本文立足于福州滨海新城核心区开发建设的背景，通过对防洪排涝现状的分析，结合经济社会发展实际情况，确定合适的防洪排涝标准，提出合理的排涝工程布局，并基于MIKE11软件，对两种排涝出口方案比选，得出相对合理的出口方案，从而为类似区域排涝规划提供参考依据。

MIKE 11；福州滨海新城；排涝；出口方案

引言

福州滨海新城位于长乐东部，是福州新区的核心区，也是福州中心城区的副中心。滨海新城规划面积 188km2，北含国际航空港，南接松下港，面向东海，规划人口 130万；核心区面积86 km2，北至机场高速、南至下沙度假村、西至董奉山、东濒东海。滨海新城规划涉及长乐南洋片区、松下片区和东部独流入海片等三个片区水系，滨海新城核心区所在流域属于南洋水系，流域面积 277km2，包括三溪、石门溪、腊溪与罗联溪以及平原区莲柄港河网等众多河流。

因特殊地理位置及气候条件，该地区常受洪、涝、潮、台风威胁，治水抗灾工作困难，且随着城镇化步伐的加快，洪涝灾害造成的损失日益凸显，因此，科学合理地制定城市排涝规划，解决好城市内涝问题至关重要。

1 区域水系概况及存在问题

1.1 水系概况

南洋片流域面积为277km2，涉及鹤上、漳港、文武砂、古槐、江田、罗联六个乡镇。南洋河网纵横交错，湖泊众多，主要港道有莲柄港、面前港等，上游汇入南洋河网的溪流主要有罗联溪、腊溪、三溪、石门溪等，现状水面率为16.45%，主要排洪出口为十八孔水闸、十七孔水闸以及三营闸、百户闸、漳港澳闸等。

南洋片山丘区面积占南洋片区一半以上，平原区面积仅48.7%，其中山丘区溪流坡陡源急，汇流时间短；平原区地势低洼、水网纵横交错，最低处地面高程仅2～3m。

片区现状防洪排涝系统主要包括水库、河道和水闸等工程。现状水系概化详见下图1。

图1 滨海新城南洋片现状水系概化图

1.2 存在问题

该区域存在问题如下：（1）文武砂水库可调蓄库容不断减小；（2）城市开发活动对下垫面的改变加剧了内涝的形成，原排涝标准低；（3）河道存在淤积，行洪能力不足，河道阻水建筑物较多，影响行洪排涝能力；（4）三溪水库发挥不了设计效益；（5）排涝涵闸规模与流域大小不相匹配，泄洪能力不足，且年久失修。

2 排涝标准

南洋片保护对象主要为滨海新城核心区，根据《城市防洪工程设计规范》（GB/T50805-2012）、《治涝标准》（SL 723-2016），按保护对象属重要，城市防洪工程等别为Ⅱ等，南洋片排涝标准按20年一遇设计暴雨24h降雨，控制最高内涝水位低于规划竖向标高0.3～0.5m。

3 排涝规划布局

现状南洋片仅十七孔闸一个排涝出口，本文围绕南洋片是否新建第二个排涝出口拟定了两种排涝方案比选，方案一为单出口方案，即保留现状三营水闸、百户水闸等，但该群闸功能各不相同，运行不可靠，水文计算暂不考虑排涝作用，仅作为备用；方案二为双出口方案，即合并现有小水闸，新建60m宽三营水闸，作为排涝出口之一。

图2 南洋片排涝工程布局简图

4 排涝分析计算

4.1 计算原理

非恒定流数学模型是研究水体随时间和空间运动的重要手段之一，特别是随着计算机的高速发展，数学模型的应用有了更坚实的基础，应用的空间也更为广阔。洪水演进是典型的非恒定流现象，尤其河网感潮段，由于自身水文条件的复杂性，多数情况只能采用数值模拟的方法进行计算，因此，在非恒定的洪水演进计算中利用数学模型进行模拟是必要的手段。

本文排涝计算采用DHI的MIKE11河网水力分析模型，水利计算采用河网一维非恒定流方法，建立各片区水动力学数学模型，利用圣维南明渠非恒定流偏微分方程求解，计算公式如下式。圣维南方程组：

式中：Q、Z、F、V 和K 分别表示某一时刻t 在某空间位置x断面的流量(m3/ s) 、水位(m) 、相应过水断面积(m2) 、断面平均流速(m/s) 和流量模数；B为水面宽度（m）；q 为单位河长旁侧入流流量(m3/ s . m)；g为重力加速度（9.81m/s2）。计算方法采用六点隐式差分方法化为差分方程，再与河汊方程、闸汊方程、边界条件及初始条件构成一大型非线性方程组，采用牛顿迭代及高斯列主元消去法求解，从而得出各计算断面的水位和流量过程。

计算过程中分别考虑现有水利工程以及规划水利工程的工况，求出各流域内不同工况的特征断面水位及流量变化过程，为工程效果分析及工程规模的拟定提供定量的科学依据。同时，模型考虑了山区河流、平原漫滩、以及堰、闸、泵、桥等工程对洪水演进的影响，以及区间水量交换等，逐时段计算河网的洪水过程，能适用于计算洪水演进的定量分析计算。

4.2 计算条件

（1）防洪排涝规划系统概化

南洋片区根据河流汇水情况以及规划河道走向，共分成 22个计算单元，其中截山洪3个计算单元，根据南洋片水系现状及上述排涝工程布局，数学模型计算时对排涝系统进行概化，具体概化成38条河道，10座水闸，4个湖泊，45个边界，48个支河汇入点。系统概化见图3。

图3 水利计算系统概化图

（2）设计洪水

设计洪水引用已有计算成果，设计潮水采用梅花潮位站设计潮型。

（3）排涝出口

规划南洋片主要排涝出口为十八孔闸、十七孔闸。

（4）排涝运行方式

发生暴雨洪水时，如东海潮位高于内涝水位，关闭闸门，利用河道、海蚌公园、东湖、外文武垦区及滞洪湿地调蓄涝水，待东海潮位低于内涝水位时，及时开启闸门泄洪，将南洋河网水位回蓄至景观常水位。

（5）特征水位

正常水位：莲柄港主港道、鹤上镇片区河道正常水位为2.0～2.2m，与洞江、北洋及现状正常蓄水位相同。为了保持一定的水面，美化城市景观，同时满足综合利用的要求，规划南洋片其他水网正常蓄水位为1.6m，与现状相同。

汛限水位：当天气预报有较大暴雨时，开启水闸排水降低内水位。南洋片起调水位为1.19m，与现状汛限水位相同。

4.3 计算结果

表1 两种方案主要控制断面20年一遇水位计算成果表

5 方案比较

两种方案综合技术经济比较见下表：

表2 综合技术经济比较表

根据上述方案比较，方案一维持现有单一排涝出口，区域涝水全部汇入文武砂水库再经十八孔闸、十七孔闸排入东海，核心区涝水位较方案二平均上涨约0.11m，水位升高对规划区地面竖向高程产生影响，核心区按40km2回填范围估算，则规划竖向标高增加0.1m，场地回填量约增加400万m3，考虑从外海取砂或土石料场取土石回填，综合单价约40元/ m3，即陆域回填增加投资约 1.6亿元。本区域因特殊的地理位置，考虑了对海蚌保护区及天然沙滩的保护等方面的制约因素，最终选择方案一。但若从排涝水位、经济、排涝效果等方面综合考虑，方案二优于方案一。

6 结束语

本文针对福州滨海新城核心区排涝，采用MIKE11河网水力分析模型进行模拟计算 ,对两种排出口方案进行分析比选，最终提出符合地方实际情况的合理方案。本文方案比选的相关研究及成果，可在滨海新城建设中发挥重要作用，亦可为类似城市化地区的防洪排涝研究提供科学依据。

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[5]林翠萍. 高水高排对提高福州市江北城区排涝能力的效果分析[J].水利科技,2015,(4)： 35-38.

Study on the Drainage Plan of the Core Area of Fuzhou Binhai New Town

QIAO Xiaoqin*,ZHAO Qing,GUO Panpan,DAI Jiannan
（HOHAI UNIVERSITY DESIGN & RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.,Jiangsu Nanjing,210098,China）

With the increasingly frequent weather conditions,the city's construction standards are getting higher and higher,and the urban flood control and drainage works are paid more and more attention. Based on the analysis of the status quo of flood control and drainage,combined with the actual situation of economic and social development,this paper determines the appropriate flood control and drainage standard,puts forward the reasonable layout of drainage works,and based on MIKE11 software,Drainage export program comparison,to obtain a relatively reasonable export program,so as to provide a reference for similar regional drainage planning.

MIKE 11; Fuzhou Binhai New City; drainage; export program

TU992

A

1672-9129(2017)06-0078-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.027

乔小琴,赵庆,郭攀攀,等. 福州滨海新城核心区排涝方案研究[J]. 数码设计,2017,6(6)： 78-80.

Cite：QIAO Xiaoqin,ZHAO Qing,GUO Panpan,et al. Study on the Drainage Plan of the Core Area of Fuzhou Binhai New Town[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 78-80.

2017-01-23；

2017-03-07。

乔小琴，性别：女；出生年月：1985年2月；籍贯：山西省洪洞县；职务：设计师；职称：中级工程师；学历：硕士研究生；研究方向：水工结构；工作单位：河海大学设计研究院有限公司。

E-mail：714765977@qq.com