丁山河清污分离工程河防洪评价报告

戴 晶

（深圳市广汇源环境水务有限公司,广东 深圳 518000）

近年来,随着城市经济快速的发展,跨河、穿河等建设工程越来越多,但这些工程在建设或运行的过程中对河道的防洪也产生了影响。丁山河清污分离工程作为城市黑臭水体整治工程之一,工程建设对河道产生了一定的影响。文章全面分析了丁山河清污分离工程的建设对河道防洪的影响,并进行防洪综合评价,为类似建设项目防洪评价提供参考。

1 项目背景

项目建设地点位于丁山河深惠交界段,现状惠州侧污水厂橡胶坝晴天污水溢流问题严重影响下游水体水质,导致污水进入横岭污水厂重复处理,还加剧龙岗河干流箱涵末端混流污水溢流问题。另外丁山河深惠交界断面的水质被列入深圳市的考核中,为解决以上问题以及使交界断面水质达标,丁山河清污分离工程由深圳市牵头,解决惠州境内丁山河非雨天污水溢流的问题。丁山河清污分离工程主要对惠州市丁山河进行清洁基流释放和污水截流。根据建设单位提供资料,本工程建设项目涉丁山河管理范围,须对丁山河清污分离工程进行防洪影响评价,为建设单位及河道管理部门的决策提供科学的依据。

2 工程概况

工程建设地点位于惠州市惠阳区新圩镇南坑丁山河下游段,起点位于惠州丁山河污水厂橡胶坝上游220 m,终点位于深惠交界断面。工程主要建设内容：（1）基流释放：沿丁山河左岸新建DN600 清水管长212 m,纵坡为2‰,并于支流排洪渠出口处设置拦水堰,将上游排洪渠清洁基流引至污水厂橡胶坝下游排放；（2）污水截流：沿河道右岸河底新建DN800 污水管约640 m,纵坡为2‰,将橡胶坝前的部分污水分流至深惠交界处深圳侧已建DN1000截污管。深惠交界断面丁山河水质达标设计方案见图1。

图1 深惠交界断面丁山河水质达标设计方案平面图

3 河道基本情况

丁山河发源于惠阳区白云嶂,最终在龙岗区坪地街道穿越龙岗大道,于环城南路桥下游约200 m处汇入龙岗河。丁山河干流全长约23.65 km,深圳境内6.4 km,惠州境内17.11 km。惠州境内丁山河区域内目前暂时主要依靠河口总口截流,配套污水干管工程,仅沿道路敷设了污水干管,不能全部有效截污,晴天水质不能达标。现状部分生活污水、工业废水仍然直接排入丁山河水体,造成丁山河水体水质恶化严重。丁山河（深圳境内）综合整治工程即将施工完成,其中沿河截污管已施工完成。

4 防洪评价计算

4.1 设计洪水计算

4.1.1 丁山河深惠交界段设计洪水

工程建设河段对应防洪标准为20年一遇。本评价设计洪水采用《龙岗河流域水环境综合整治工程—丁山河综合整治工程初步设计报告》中计算成果与《广东省惠州市惠阳区小流域综合治理规划报告》中计算成果,将两报告中深惠交界断面处成果进行对比。

表1 深惠交界断面设计洪峰流量成果对比表

深惠交界断面处20 年一遇的洪峰流量“综合整治”成果与“小流域规划”成果相差15.2%,相差小于20%。考虑到深惠两地采用的暴雨参数不一样,而本项目为惠州境内河段,从安全角度考虑,交界断面处以“小流域规划”成果为准。即本次防洪评价深惠交界段20 年一遇设计洪水采用值为553 m3/s。

4.1.2 丁山河左岸支流口设计洪水

支流集雨面积3.38 km2,汇水面积小于10 km2,故洪峰流量可采用洪峰流量经验公式进行计算：式中：Qp为设计洪峰流量,m3/s；H24P为设计频率对应的最大24小时降雨量,mm；F为集水面积,km2。

经计算,支流20年一遇洪峰流量为43.7 m3/s。

4.2 设计洪水位计算

水面线计算：按已确定的纵横断面,计算水面线水位。本工程洪水水面线计算采用理正工程渠道水力学计算软件水面线计算模块进行计算,从下游起始断面向上游分段计算,该程序按伯努利能量方程,建立计算河段前后两个断面的能量关系式,推算断面的水位。

本次采用《龙岗河流域水环境综合整治工程—丁山河综合整治工程》报告中20 年一遇洪水流量经水面线推算水位36.15 m作为起推水位。计算河道规划断面及本次设计断面水面线,计算成果见表2。

表2 现状、设计洪水水面线成果表

通过水面线计算,实施本工程后河道设计水面线较原规划断面水面线略高。

4.3 阻水比计算

DN800污水管建成后,大部分管道埋设于河底内,占用部分行洪断面,对河道水流会产生阻水作用。故对河底埋管段阻水比进行计算,采用以下公式：

式中：j为阻水比；f为设计水位下污水管阻挡水流所占面积,m2；F为设计水位下河道断面总面积,m2。

经计算j=（2.36×0.88）/87.63=2.37%＜5%。

4.4 冲刷分析计算

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）,顺坝及平顺护岸冲刷深度可按下列公式计算：

式中：Ucp为近岸垂线平均流速,m/s；U为行近流速,m/s；η为水流流速不均匀系数；hs为局部冲刷深度,m；Ho为行近水流水深,m；n为般取n=1/4～1/6,本工程从偏安全角度考虑,n取1/4；Uc为泥沙启动流速。

通过计算,拟建项目段断面计算的局部冲刷深度为0.58 m；DN600 清水管出水口计算的局部冲刷深度为0.15 m,本工程DN600 污水管块石护脚厚0.9 m～1.2 m,DN600 清水管出水口处河道护底0.5 m,均满足冲刷要求。

4.5 拦水堰雍水计算

4.5.1 雍水高度计算

新建拦水堰上游壅水计算采用《水力计算手册》（第二版2006）（中国水利水电出版社）的堰流流量计算公式（3-1-1）计算。

堰流流量计算公式如下：

式中：b为每孔净宽；n为孔数：n=1；Ho为行进流速堰上水头；m为自由溢流流量系数；σc为侧收缩系数；σs为淹没系数；Q为支流20年一遇洪峰流量。

经上述公式计算Ho=2.92 m,相应水位高程为35.9+2.92=38.82 m。由水面线计算可知,丁山河在支流口20年一遇洪水位为38.65 m,因此,拦水堰前最大壅水高度：ΔZm=38.82-38.65=0.17 m。

4.5.2 雍水长度计算

对于壅水范围,可采用如下壅水曲线长度的近似经验公式估算：

式中：L为壅水曲线全长；ΔZm为壅水最大高度；Jo为河段水面比降。

河段水面比降8‰,计算出拦水堰前20 年一遇洪水条件下壅水长度为42.5 m。

5 防洪综合评价

5.1 项目建设与现有水利规划的关系及影响分析

根据收集的相关资料,目前丁山河清污分离工程区间所涉丁山河起点位于惠州丁山河污水厂橡胶坝上游220 m,终点位于深惠交接断面,河道暂无相关整治规划。

5.2 项目建设对河道行洪安全的影响分析

涉河清水管为沿河管线,管线布置为河道行洪断面以外,对河道行洪安全无影响。

经水面线计算,设计水面线较规划水面线水位略高。经阻水比计算,阻水比小于5%,同时工程对河道流量、水流流速、流向均无影响,对河道行洪安全无影响,符合河道防洪标准规划。

拦水堰建成后最大雍水高度为0.17 m,壅水长度为42.5 m,堰前水深为3.92 m,现状支流口至上游吉桥路60 m范围内堤高为4.7 m～4.5 m,因此,拦水堰前壅水范围内堤顶高程满足防洪要求。排洪渠支流口拦水堰建成后对支流防洪安全不会造成影响。

5.3 项目建设对河势稳定的影响分析

拟建河段未改变河道基本走势、流向,同时其也符合法定图册规定河道范围内实施。因此工程的建设不会对河势造成破坏性影响。

5.4 对防汛抢险影响分析

拟建DN600 清水管沿丁山河左岸敷设,施工时采用双侧钢板桩支护方式,不会对河道防汛抢险造成影响。

拟建DN800 污水管的施工建设安排在汛期施工,施工期间,河道内施工围堰占用部分行洪断面,由于本工程必须在汛期施工,施工单位应密切关注天气预报,下雨时停止施工。应控制对河道防汛抢险影响。

拦水堰建于支流入丁山河河口,施工期间,河道内施工围堰将阻断河道水流,本工程设计采用水泵将围堰上游河水抽排至下游丁山河,因此对上游河道排水有一定影响,施工期安排在汛期,应控制对河道防汛抢险影响。

6 结论与建议

6.1 结论

（1）项目建设河段河势已稳定,项目建设河道行洪能力有一定影响。项目施工中需临时占用河道断面,项目安排在汛期施工,应参照《水利水电施工组织设计规范》（SL 303-2004）要求补充细化施工导流设计,补充详细的施工度汛方案。

（2）新建污水管采用0.9 m～1.2 m深块石护脚, DN600 清水管出口采用0.5 m厚块石护底,经复核计算,均可满足抗冲刷设计要求。

6.2 建议

（1）施工中应服从河道管养部门监督,并做好文明施工措施,加强施工期水土流失控制,杜绝施工期泥浆、水土流入河道内,造成河道水体污染及景观破坏。

（2）工程的建设应规划好工期,工程安排在汛期施工,建设单位应编制详细的施工度汛方案、防汛应急预案,确保防洪安全。