泵站在珠三角地区城中村水浸街中的应用

黄鸿强

（中山火炬高技术产业开发区水利所,广东 中山 528437）

珠江三角洲平原河网区,水系纵横交错,居民邻水而居。改革开放以来,珠三角洲城市化进程居全国前列,原始临河而居的村落部分成为城中村。随着城市建设不断推进,城中村（局部）和城市系统（整体）之间的矛盾日显突出[1],由于历史上土地使用管理不足,居民侵占河岸、河道修建房屋,造成现在城中村河道狭窄,排洪能力不足。加之,城中村房屋布置混乱,道路狭窄,排水管道布置不合理、不达标,导致珠三角地区出现许多城中村水浸街。

珠三角经济发达,土地资源珍贵,地价较高,在解决城中村水浸街内涝问题时,城中村改造资金需求过大。因此,上述地区排水系统的更新及河道拓宽短期内难以实施。在河道中修建应急泵站则成为在城中村改造以前解决内涝问题的有效方法。

1 区域概况

中山火炬开发区位于中山市的中东部,五桂山北麓,东临珠江口,北濒横门水道,与民众镇、港口镇隔河相望；东南部与南朗镇接界,西部与中山市中心城区相连。区内主要交通干道有京珠高速公路、番中公路、广珠轻轨、中山港也位于本区,水陆交通非常便利。火炬区总面积92.23 km2,辖联富、城东、张家边、六和、海滨、中山港和博凯共7个社区,全区2020 年常住人口28.95 万。2019 年,火炬区生产总值391.56 亿元。

长期以来,火炬开发区局部城中村水浸点内涝一直滞后于当地国民经济的发展水平,联富社区濠头水浸点位于濠头涌流域,濠头涌是岐江河右岸支流,濠头涌与岐江交汇处建有濠头水闸,除此之外,濠头涌上目前没有其他水利工程,当镇区内降雨,濠头涌村落段河道两岸房屋密布,河道狭窄,行洪能力有限,然而短期内又无法大范围实施拆迁,布置完善的排水管道、拓宽河道,以形成达标的大、小排水系统。濠头涌下游接岐江河,岐江河控制水位为1.6 m（珠基,下同）,而濠头村落上游部分地区海拔低于1.6 m,河道上下游水位差小,几乎不能自排,致使内涝频繁发生,损失惨重。而水浸区下游,濠头涌以开挖新的河涌,排洪能力足够。上述情况在珠三角河网密布、城市化程度高的地区及其常见。此时将濠头水浸区水强排至河道下游,进而流入岐江河则是一个简单、有效的解决方案[2]。

2 泵站建设必要性

濠头片区与东区接壤,城市化程度较高,当遭遇岐江河水位高于片区内水位时,濠头水闸需关闸挡水,历年来发挥了重要的防洪（潮）减灾效益。由于濠头涌河口无外排泵站,围内降雨使闸内水位升高,而濠头片区属冲积平原、地势低洼,在上下游洪水以及台风的袭击下,致使区内的洪涝等自然灾害交错频繁出现,给片区内工农业生产和人民生命财产带来严重威胁。

近年来随着极端恶劣天气的出现,火炬区“水浸街”现象十分严重,有统计表明：2001 年、2002 年、2003 年、2004 年、2008 年、2012 年和2013 年曾发生大面积水浸。特别是2013 年5 月8 日下午,受高强度暴雨影响,火炬区濠头大街地势地洼地段受浸严重。濠头涌上游段濠头大街沿线的水浸黑点继续采取工程措施予以解决。

由于平原区受平坦地形客观条件的限制,现有濠头涌及周边居民区排水管道的坡降较小,河涌及管道水流速度慢。当下暴雨或特大暴雨时,受河涌流程较长等因素制约及岐江河水位顶托影响,造成河涌水位雍高,顶托排水管道出口,使水浸点的水无法在短时间内排出形成内涝。

按照《中山火炬高技术产业开发区水利规划（2012～2030）》,火炬区泵站排涝标准采用20 年一遇24 h暴雨一天排干不致灾设计；水闸和河涌排涝标准采用30 年一遇。规划濠头涌将新开河道,出口处新建泵站,从而解决濠头涌沿线内涝问题。

水浸街治理设计面很广,是一项系统工程[2]。由于征地问题,以及资金投入较大,规划短期内实施不易,近期在濠头涌上游,水浸点下游,河道村落段末端新建“濠头应急泵站”。由于濠头涌上游段基本为居民区,下游段基本为农地,泵站对上游涝水强排至下游,能快速有效降低濠头涌上游段河涌水位,为周边排水系统营造良好的排水条件,使周边居民区排水管道不受顶托将涝水排至濠头涌,显著降低水浸点内涝风险。

3 区域水文

濠头涌流域,濠头涌是岐江河右岸支流,河口处集雨面积15.44 km2,干流长度8.27 km,上游流经大、小鳌溪,濠头村,濠四村,经濠头水闸汇入岐江河,现状河宽介于4 m～20 m之间。濠头涌河口建有濠头水闸,水闸建于1991 年,为3 孔,总净宽15 m,水闸底板高程为-2.45 m。

考虑本工程区内城镇化程度较高,近年地段已作雨水管网改造,因此对工程集雨区主要雨水管网进行勾绘,对于地势较高的地段,根据汇流走向,最终勾绘出集水区域的分水边界线。濠头应急泵站集雨面积4.3 km2,流域内主河道长4.42 km,平均干流比降0.2‰。濠头应急泵站所在断面集雨面积范围见图1。

图1 濠头应急泵站汇水范围图

本工程集雨区内无实测水文资料,临近水文站有横门水文站、东河水闸站。水文测站分布见图2。

图2 水文测站分布见图

工程区无实测暴雨资料,本次设计暴雨由广东省水文局2003年编制《广东省暴雨径流查算图表》使用手册推求。年最大1 h、6 h、24 h、72 h暴雨统计参数（均值、CV值）等值线图,查得各历时暴雨参数Ht和CV,CS取3.5CV,在《查算手册》中查出各历时暴雨P=5%、P=10%、P=20%和3.33%对应的Kp值,按公式Htp=Ht·Kp计算不同频率的最大1 小时、6小时、24小时和72小时的设计点暴雨值,并根据河涌汇水区面积F,查出对应历时的点面换算系数at,再按公式Htp面=at·Htp计算河涌不同频率的最大1 h、6 h、24 h和72 h的设计面暴雨值。设计频率暴雨成果见表1。

表1 设计频率暴雨成果表

本次设计洪水应用广东省综合单位线方法及推理公式法（1988 年修订）两种方法计算设计洪水,在对参数合理调整的前提下,使两种方法的设计洪峰流量相差不超过20%后,原则上应采用广东省综合单位线方法的设计洪水成果。

根据上述计算方法,采用广东省水文水资源勘测局编制的《广东省综合单位线法》及广东省水文水资源勘测局编制的《广东省推理公式法》软件进行计算,计算结果见表2、表3。

表2 广东省综合单位线法计算成果表

表3 推理公式法洪峰流量计算成果表

经上述计算对比,综合单位线法计算成果略大,偏安全考虑,采用综合单位线法计算成果。

本工程由设计暴雨推求设计洪水,并采用广东省综合单位线法及推理公式法两种方法进行计算,并最终采用广东省综合单位线法的计算结果。根据本项目各频率设计洪水成果,求得相应频率的洪峰模数,见表4。

表4 洪峰模数及流量成果表

4 泵站规模

泵站设置自排水闸,采用平底闸,当为堰流时,水闸泄流能力计算采用一下公式：

其中：

式中：Q为水闸的泄流量,m3/s ；δ为淹没系数；ε为侧收缩系数,按水力学的弗朗西斯公式计算确定；m为流量系数,取0.385；B0为水闸过流净宽,m；g为重力加速度,采用9.81 m/s2；hs为堰顶算起的下游水深,m；H0为计入行近流速水头的堰上水深,m,近似采用堰上水头H0≈H。

当堰流处于高淹没度时（hs/H0≥0.9）,水闸的泄流能力采用如下公式计算：

拟定水闸净宽7 m 或8 m,计算闸门过流能力,计算结果见表5。

表5 闸孔总净宽计算表

续表5

根据计算闸孔总净宽取7.0 m时,在遭遇闸下水位1.0 m时,其过闸水位差为0.27 m；闸孔总净宽取8.0 m时,在遭遇闸下水位1.0 m时,其过闸水位差为0.20 m。两种闸宽均满足过闸水位差“0.1 m～0.3 m”的一般规定,考虑到水闸建设的经济性,本次水闸闸室总净宽取7.0 m。

根据洪水计算结果,P=5%洪峰流量为29.2 m3/s,濠头应急泵闸处上游河道调蓄能力有限,洪峰流量即泵站设计规模,因此本次濠头应急泵站20 年一遇设计规模为29.2 m3/s,而濠头涌上游道宽度最窄处约5.0 m左右,现状过水流量仅5.76 m3/s左右,考虑濠头涌水浸区域段河道较窄,在水浸点下游修建泵站的主要目的是迅速降低上游河道水位,减少河道对排水管网的顶托,给排位官网创造良好的排水条件,因此设置应急泵站建设规模为5.76 m3/s。

5 结语

中山火炬高技术产业开发区濠头水浸点是典型的珠三角地区城中村水浸点,由于历史原因,水浸区域排水管网、河道排水系统均不达标,遇雨成涝,人民的幸福感与区域经济水平极不匹配,但城中村改造工作牵扯诸多矛盾,短期内无法实施,在水浸区域下游修建应急泵站,人工降低水浸区河道的水位,加快排水系统自流排水,在短期内能有效缓解区域涝水情况,提升群众生活幸福感。