缸瓦沙围外江堤防防潮减灾能力提升建设管理实践

戴 敏

(广州市南沙区供水和节水事务中心，广东 广州 510000)

0 引言

城市水利堤防工程建设对于流域洪涝灾害整治和水资源合理利用具有显著的社会经济价值和民生安全效益[1]。缸瓦沙围位于南沙区洪奇沥水道出口，受洪潮双重影响，缸瓦沙围外江堤由于建设时间早，堤身低矮单薄，部分堤段填土密实度不均、局部松散，防洪潮标准不高，抗风暴潮能力低，亟需进行工程加固达标建设。目前关于堤防加固工程的研究主要集中在防渗截渗技术应用[2，3]、工程质量监测与检测[4]、河道综合整治[5]、主要施工内容及工艺[6]、水土保持分析与评价[7-8]、工程方案决策优选[10]等方面。

本文以缸瓦沙围外江堤防综合整治工程为研究背景，针对工程现状和存在的主要问题，提出符合南沙区防灾减灾标准建设的缸瓦沙围外江堤防加固达标方案，并从流域调洪演算、工程堤防布置、施工建设以及环境影响管理等方面综合论证方案的科学性。工程建设后可提高缸瓦沙堤围的防洪潮能力，解决该区经常遭受洪潮侵袭的问题。

1 工程区域现状及存在问题

1.1 流域概况

缸瓦沙围位于南沙区南端、珠江入海口之一洪奇沥水道中，四面环水。缸瓦沙围外江堤防综合整治工程位于南沙区万顷沙镇民立村属区内。缸瓦沙围为围海而成，现状堤防为土石结构。缸瓦沙一涌以北的五福围、同福围围垦时间较长，经多年加高加固，围堤较完整，防洪(潮)标准约20年一遇，堤顶高程3.5～4.0m，堤顶宽3.5～4.0m，五福路民房密集段老堤堤顶宽约2.0m，该段外江边建有新堤，由于堤顶不通行，部分堤顶盖有房子。缸瓦沙一涌以南的七零围堤防低矮单薄，防洪(潮)标准约10年一遇，堤顶高程2.5～2.8m，堤顶宽2.0～2.5m。因而，缸瓦沙围外江堤防难以抵御洪潮袭击。工程位置及流域水系分布如图1所示。

图1 流域水系分布图

1.2 径流特性

缸瓦沙岛内多年平均径流深为825mm，径流变差系数为0.375，Cs/Cv取2.0，缸瓦沙径流年际变化不均，最大、最小年径流量的比值可达4～5。径流年内分配也不均匀，汛期(4—9月)径流量占年总量的80～85%，最大径流量多出现在5、6月份。

1.3 暴雨洪水特性

洪奇沥水道承泄西、北江的水沙，是径流较强的河口。西江流域面积大，洪水涨、落相对较缓慢，洪水峰高、量大、历时长，洪水过程线以多峰型为主。高要站实测最大洪峰流量5500m3/s。北江洪水涨落较快，峰型较尖瘦，即峰高而量相对较小，过程线以单峰和双峰为主，多峰型过程较少出现。石角站实测最大洪峰流量16700m3/s。珠江流域洪水均产生于暴雨，由于各水系的气候条件不同，因而各水系洪水的时空分布也不一致，北江发洪较西江早。基于缸瓦沙洪水计算区域分区的暴雨、产流、汇流参数特性，采用广东省洪峰流量经验公式法计算洪水成果见表1。

表1 缸瓦沙设计洪水成果表

1.4 工程潮汐特性

洪奇沥水道水道最高水位主要受台风暴潮控制。万顷沙西站年最高潮位多出现在汛期，尤其是夏季受热带气旋的影响引发的风暴潮，常使口门站出现历史最高潮位，而年最低潮位则出现于枯水期。工程位于洪奇沥水道出口，万顷沙西站以下，受洪潮双重影响。缸瓦沙堤围设计洪潮水面线成果见表2。

表2 缸瓦沙堤围设计洪潮水面线成果表

根据典型潮位过程分析，此过程最高潮的峰值接近该站多年平均高潮位(1.94m)，最高潮涨潮历时小于6小时，落潮历时大于6小时，最高潮位高于1.5m的历时不小于3小时，潮位过程曲线如图2所示。为反映近期潮位出现频率的特性，通过分析监测站逐日潮位，得到潮位～频率曲线如图3所示。由此曲线得知，50%频率南沙潮位是0.01m，-0.3～0.3m发生的频率为26.8%，即南沙站的多年平均潮位是0.01m，有26.8%的时间潮位维持在-0.3～0.3m之间。

图2 典型潮位过程曲线

图3 潮位～历时频率曲线

1.5 建设区工程地质评价

工程区各堤段堤身填土经过多次填筑，成分较复杂，一般以砂质粘性土层为主，各处的含泥量不同，但压实程度大多较好，部分堤段表部为砾砂及碎石，不同堤段堤身的渗透性存在较大差异。堤基主要由淤泥、淤泥质粘土及淤泥质粉砂层等组成，堤基结构较多，基本均为双层结构(Ⅱ)。堤基存在的主要工程地质问题有沉降变形、抗滑稳定、及饱和砂土液化等问题。工程区地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度，工程区区域构造稳定性相对较差。

堤线总长5097.9m。堤防区A、B类基本不存在，主要为C类和D类，占总长分别为74.9%和25.1%。工程区基本均有防护，但部分破损严重，岸坡稳定性主要为稳定岸坡、基本稳定岸坡及稳定性差岸坡，占总长分别为24.9%、50%和25.1%。

2 工程排涝规划与调洪演算

2.1 工程排涝堤线规划

现状缸瓦沙外江防洪(潮)堤环岛闭合，但部分标准不够。本工程堤防布置大部分采用原堤线，同时，结合河势、地形、地质条件与水工建筑物等因素对原有堤线予以调整。

对现状堤线超出规划治导线部分，依照《珠江河口综合治理规划》要求退堤建设；对现状堤线不顺直，影响水流河势的部分应予以调整；对于现状干堤与子堤之间有可利用土地，在条件许可的情况下，可采用增加用地的堤线走向。本次加固缸瓦沙围外江堤防总长度为5902.6m，其中缸瓦沙一涌以北段(桩号GN0+000～GN4+422.9)长度为4422.9m，以南段(桩号GS0+000～GS1+479.7)长度为1479.7m。

2.2 堤围水系调洪演算

本次排涝复核计算时，采用“高切林法”法来推求调洪库容：

式中，qp—频率为P的洪水时，泵站的排涝流量，m3/s；Vz—滞洪库容，万m3。

泵站的排涝流量按20年一遇24小时暴雨所产生的径流量一天排干，泵站每天工作时间取20h。缸瓦沙堤围内的水位-库容关系见表3。

表3 缸瓦沙堤围内的水位-库容关系

缸瓦沙堤围内涝水采用调蓄、自排、抽排相结合的排涝方式，堤围内起调水位为堤围内的园地、耕地的高程，其中五福围为-0.4m，同福围为-0.6m，七零围(南沙侧)为0.1m，当项目区内涝水位超过起调水位时，如果内河涌水位高于外江水位，则开闸排涝，这时也打开泵站同时进行抽排；如果内河涌水位低于外江，则打开泵站抽排。当堤围内发生20年一遇暴雨洪水时，充分利用堤围内水系调蓄及水闸自排，蓄排联合演算计算成果见表4。

表4 缸瓦沙堤围内调蓄计算结果

结合泵站站现状的调度原则，泵站运行调度原则如下：同福围泵站的运行方式为：进水渠水位达到-0.60m时，启动电排站。低于-1.00m且继续下降时，则关闭电排站。五福围泵站的运行方式为：进水渠水位达到-0.40m时，启动电排站。低于-1.00m且继续下降时，则关闭电排站。

3 防洪潮工程整体布局

3.1 工程总体布置

在流域调洪演算的基础上，本次防洪潮工程总体方案为：加固缸瓦沙围外江堤防总长度为5902.6m，其中缸瓦沙一涌以北段(桩号GN0+000～GN4+422.9)长度为4422.9m，以南段(桩号GS0+000～GS1+479.7)长度为1479.7m。重建北段同福围泵站泵房，按现状自排涵底高程重建自排涵。重建北段五福围泵站泵房，按现状自排涵底高程重建自排涵。重建桩号GN3+859.3处泵房(5m×5m)，重新安装泵及出水管道，无需设置自排涵。重建GN0+663.5处涵洞，重建南段4座排水涵。

3.2 堤岸线布置

工程堤防加高加固总长度为5902.6m，堤顶路面高程根据不同断面高程不同，具体范围为3.2～3.7m，防浪墙顶高程为4.04m。根据现状堤岸结构及完好情况，分为四种加固型式，即旧堤加固段Ⅰ(北段有房屋段)、旧堤加固段Ⅱ(北段无房屋段)、旧堤加固段Ⅲ(北段无房屋段、有子堤)及旧堤加固段Ⅳ(南段)，堤段长分别为0.97km、3.241km、0.188km及1.480km，各堤线特性见表5。

表5 堤线布置特性统计表

3.3 重建泵站布置

重建同福围及五福围泵站为堤后式泵房，进水方式主要为正向进水。同福围泵站厂房宽9.0m，长9.8m，水泵采用一台80kw(700ZLB-100(0°))和一台45kw(500ZLB-125(0°))立式轴流泵，单列式布置，利用隔墩将厂房下部分隔为两个独立的进水池。将电气设备布置在厂房上游侧楼板上。在泵站进口设置两扇拦污栅。五福围泵站厂房宽9.0m，长9.8m，水泵采用两台22kw(350ZLB-125(0°))立式轴流泵，单列式布置，利用隔墩将厂房下部分隔为两个独立的进水池。将电气设备布置在厂房上游侧楼板上。在泵站进口设置两扇拦污栅。

由于同福围泵站内河涌最低水位为-1.00m，进水渠底高程为-2.80m；五福围泵站内河涌最低水位为-1.00m，进水渠底高程为-2.80m，设备检修时，采用进水口适当堆放砂包进行检修，不专门设置检修闸门。水泵出水采用压力管道，管道出口设置自动拍门。

4 工程建设管理与评价

4.1 建设环境影响评价与管理

环境影响评价范围为缸瓦沙围外江堤防综合整治工程，评价重点为此工程范围内水利工程实施对环境的影响。针对工程建设所产生的不利影响采取了多方面的保护措施，在保证发挥工程效益的同时将使不利影响降到最小限度，评价单位分析结果见表6。

4.2 工程经济分析评价

工程属于公益型建设项目，该类项目属于国民经济的基础产业和基础设施，工程的建成将对国家和地区的社会经济发展产生深远的影响。计算防洪排涝效益时，参考南沙区水利工程分摊效益，水利工程占围内总产值的18.5%，则洪排涝效益为3230×18.5%=597.55万，本工程的防洪效益平均为597.55万元/年。

工程经济内部收益率为10.70%，大于社会折现率8%；经济净现值为1174.63万元，大于0；经济效益费用比为1.23，大于1。以上经济指标说明本工程在经济上是可行的。为评价本工程在国民经济评价中的可靠性，估计项目可能承担的经济风险，现按3种不确定因素分析，分别为投资增加10%、效益减少10%和投资增加10%，同时效益减少10%。成果见表7。敏感性分析表明，在各种不利的情况下，经济指标仍然较好，超过国家规范要求，说明本项目具有较好的抗风险能力。

表7 国民经济评价敏感性分析成果表(i=8%)

5 结论

本次工程总体方案为加固缸瓦沙围外江堤防总长度为5902.6m，根据现状堤岸结构及完好情况，分为四种加固型式，即旧堤加固段Ⅰ(北段有房屋段)、旧堤加固段Ⅱ(北段无房屋段)、旧堤加固段Ⅲ(北段无房屋段、有子堤)及旧堤加固段Ⅳ(南段)，完善堤防加固措施是预防洪涝灾害的主要途径，有助于提升堤防工程的防控等级，降低决堤事故的发生几率；本文堤防设计未充分考虑到地质条件的影响，建议相关人员应重视地质问题做好地基处理工作，考虑到堤防加高厚度不大，据此可借助于抛石换填的方式进行处理，并希望能够为类似工程提供借鉴和参考。