句容经济开发区黄金河治理方案研究

陈 晨，梁 艳，许珊珊

（河海大学设计研究院有限公司,江苏 南京 210098）

黄金河是一条穿越句容经济开发区的丘陵区河道,流域地形比降大,降雨汇流速度快,加之上游水库工程年久失修,调洪能力不足,洪水峰高量大,导致河道行洪水位高,下游开发区涝水无法及时排除,因洪致涝。随着社会经济的发展,开发区建成区面积不断增加,下垫面条件改变进一步增加了汇流流量,加剧了开发区涝情。针对这一问题,在积极推进海绵城市建设,降低开发区径流系数,减小汇水流量的同时,通过扩建水库以增加洪水调蓄空间,拓浚河道以扩大洪水出路,降低河道行洪水位,缓解内涝,为开发区经济发展提供安全保障。

1 基本情况

黄金河位于江苏镇江句容市,北起黄金坝水库,向南汇入句容河,全长4.2 km,河道上游两岸为丘陵区,下游为平原区,河底高程16.3 m~8.0 m,河道比降6.92‰。黄金河是句容经济开发区重要的排涝通道,承担上游丘陵区水库洪水以及下游开发区建成区涝水排除任务,汇水面积19.08 km2。

黄金河上游有三合坝水库、黄金坝水库和横塘水库共三座水库。其中,黄金坝水库为小（2）型,三合坝水库、横塘水库规模均不足小（2）型。三合坝水库为位于黄金坝水库上游的串联水库,洪水汇入黄金坝水库,再通过黄金坝水库溢洪坝汇入黄金河,黄金坝水库溢洪坝现已损毁,水库调蓄洪水能力降低。横塘水库位于黄金坝水库下游,通过现有泄洪涵洞汇入黄金河。开发区涝水主要通过支流杜家山河、排水管涵汇入黄金河。黄金河现有滚水坝12座,跨河桥梁12座[1]。

由于现状河道断面窄,河道沿线滚水坝、桥梁等均有一定阻水,河道行洪能力不高,加之上游水库溢洪坝损坏,水库调蓄能力降低,增加了河道行洪压力,导致河道行洪水位偏高,下游开发区建成区因洪致涝,给开发区经济发展带来不利影响。

2 水文分析计算

2.1 河道流量计算

黄金河上游为丘陵区,地面比降大,生态植被覆盖率高；下游为开发区,比降相对较小,建成区面积占比较大。根据地形条件、下垫面情况,将黄金河汇水区分为丘陵区、开发区,丘陵区又分为三合坝—黄金坝水库、横塘水库两个水文计算单元,开发区按城市主干道路及雨水管布置,划分为6 个水文计算单元。

山丘区设计洪水计算采用瞬时单位线计算法。由于黄金坝水库原有溢洪道已经损毁,横塘水库泄洪通道也已年久失修,水库调蓄洪水能力下降,因此,水库现状下泄流量按洪峰流量乘以削峰系数计,削峰系数按经验取0.9。

开发区设计洪水分别采用城市排水公式法和瞬时单位线法计算,并对两种方法计算的成果进行对比,选择安全、合理的成果作为设计流量成果。

2.2 河道水面线推算

建立HEC-RAS一维水动力模型推求河道设计水位。以实测地形图作为背景描绘河道趋势线,根据实测河道横断面录入横断面数据,分河段选择糙率,浆砌块石岸坡、坡面平整河段糙率取0.025,自然岸坡、坡面不平整河段,糙率取0.030；再输入滚水坝、桥梁等建筑物资料[2]。

模型上边界采用流量边界,按各水文计算单元流量汇入位置录入流量。模型下边界采用水位边界,为承泄河道在黄金河口门位置处设计水位。

3 河道治理方案设计

3.1 方案一：扩建水库

维持河道现状规模,对局部河段进行清淤、整坡,扩建上游水库,增加水库调洪库容,将水库洪水与城市涝水错峰排除。

现状黄金河最大排涝能力为63.1 m3/s,城市汇水区设计流量55.7 m3/s,现状河道排涝能力大于城市汇水区设计流量。水库汇水区洪水全部滞蓄在水库,城市涝水全部排除后,再开闸泄洪,并控制泄洪流量不超过河道行洪能力。

方案一需扩建水库,增加水库蓄滞洪水库容。经计算,20 年一遇降雨工况下,扩建后水库库容为：三合坝水库97.4 万m3,黄金坝水库65.0 万m3,横塘水库44.5 万m3；水库新增淹没面积为：三合坝水库34.5 万m2,黄金坝水库30.0 万m2,横塘水库16.2 万m2。

3.2 方案二：拓浚河道

按原标准修复水库泄洪建筑物,对库区进行清杂,维持水库原库容规模,通过拓浚下游河道,扩大洪水出路,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

方案二水库库容分别为：三合坝水库8.4 万m3,黄金坝水库14.0 万m3,横塘水库8.3 万m3；水库淹没面积为：三合坝4.8 万m2,黄金坝6.0 万m2,横塘3.9 万m2。水库没有新增淹没面积。

方案二水库调蓄库容小,水库泄洪流量按洪峰流量乘以经验削峰系数,黄金坝水库泄洪流量79.5 m3/s,横塘水库27.7 m3/s。水库泄洪流量加开发区汇流流量即为河道设计流量,因此,黄金河最大设计流量为162.9 m3/s。

建立一维水动力模型,根据黄金河设计流量、承泄河道水位,按河道最高水位低于地面一定高度以不影响城市管网排水的原则,通过试算确定规划河道断面。根据计算成果,规划河道拓宽宽度为9 m,将新增开发区永久占地面积3.68 万m2。

3.3 方案三：重建水库与河道整治相结合

扩建上游水库与拓浚下游河道相结合,扩建水库以增加水库调洪库容,降低水库泄洪流量峰值,同时拓浚下游河道,提高河道行洪能力,降低河道行洪水位。

3.3.1 水库下泄流量

根据项目区实测地形,确定水库新增淹没范围并计算水库最大库容,绘制水库调洪演算曲线,进行调洪演算,确定水库下泄流量。经计算,三合坝水库、黄金坝水库最大下泄流量53.1 m3/s,横塘水库最大下泄流量22.1 m3/s。

方案三水库库容为：三合坝水库18.2 万m3,黄金坝水库35.3 万m3,横塘水库9.6 万m3；水库新增淹没面积为：三合坝水库3.1 万m2,黄金坝水库9.0 万m2,横塘水库0.2 万m2。

3.3.2 河道设计流量

根据流量计算成果,将开发区各计算单元流量与丘陵区水库泄洪流量叠加,得黄金河不同河段设计流量。20 年一遇工况下,开发区汇流流量55.7 m3/s,水库下泄流量分别为53.1 m3/s、22.1 m3/s,叠加后得黄金河最大设计流量为130.9 m3/s。

3.3.3 河道规划断面

建立一维水动力模型,根据流量、水位边界,按河道最高水位低于两岸地面一定高度以不影响城市管网排水的原则,通过试算确定规划河道断面。根据分析计算成果,规划河道河口扩宽宽度为6.0 m,新增开发区永久占地面积2.79 万m2。

4 河道治理方案选取

方案一优点是不需拓浚河道,河口宽维持现状,河道工程无新增占地。缺点是扩建水库规模偏大,三座水库规模均达小（2）型,总淹没面积达80.7 万m2,水库洪水位偏高,水库大坝施工难度大。且受城市总体规划用地性质制约,横塘水库不具备扩建条件。

方案二优点是不须扩建上游水库,仅修复原泄流建筑物,对库区进行清杂。缺点是规划河道口宽较宽,河道拓宽工程永久占地面积达3.68 万m2,比方案三大0.89 万m2,尤其在行人便桥2（河道里程 2660）下游,两岸厂房、居民住宅距离河岸较近,拆迁量较大,导致工程投资高[3]。

方案三优点是在满足行洪排涝要求的同时,尽量减小工程永久占地面积与拆迁量,河道拓宽新增永久占地2.79 万m2,小于方案二永久占地,且尽可能减少拆迁量。适度扩建水库也满足城市总体规划对建设郊野公园,提升水环境水景观的要求。缺点是需要将水库工程、河道工程均实施完成后,才能完全发挥工程效益。

因此,综合考虑工程实施与城市总体规划的符合性,工程占地、投资大小,工程施工难易程度等因素,黄金河整治工程推荐采用方案三：结合城市总体规划,扩建上游水库,增加水库调洪库容,降低水库泄洪流量峰值,同时拓浚河道,扩大洪水出路,提升河道行洪能力,降低河道水位。

表1 不同治理方案参数统计表

5 结语

1）丘陵区由于地形比降大,降雨汇流速度快,洪水峰值高。穿越开发区的丘陵区河道高水位运行极易造成开发区涝水排除困难,因洪致涝。丘陵区河道治理可采用增加洪水调蓄库容,降低洪峰流量,和拓浚河道,扩大行洪出路等方案,降低河道行洪水位。

2）黄金河治理通过“扩建水库”“拓浚河道”“扩建水库与拓浚河道相结合”三种方案比选,选择符合城市总体规划,工程占地和投资小,实施难度相对底的方案,即“扩建水库与拓浚河道相结合”方案。

3）水库扩建工程与河道拓浚工程实施完成后,将有效降低河道行洪水位,缓解开发区内涝,为当地经济社会发展提供安全保障。