珠海机场位于珠海西区三灶岛西南端,三面环海,北面临山。区域现状排水防涝形势复杂,上游受挡浪山山洪侵袭,下游受外海洪潮水位顶托,虽已建设截洪沟、调蓄水库、雨水管网及河道进行协同蓄洪调洪,但现有排水排涝设施标准较低,在强降雨条件下无法顺利排洪。本文借助Infoworks ICM模型将珠海机场所在汇水分区内的山水汇流、截洪沟截洪、山塘蓄洪、排水管网排水、河道及外海潮位顶托在同一模型中统筹考虑,对金湾机场采用2018年8月11日实测降雨进行情景再现模拟,结合模拟分析对金湾机场进行内涝提标改造。

受南海热带低压影响,2018年8月11日珠海市出现暴雨到大暴雨,其中金湾区出现局部特大暴雨,造成机场停车场平均积水深度达1m,航站底楼及停机坪平均积水深度达20cm,通往珠海机场的主要道路如机场东路及机场西路积水严重,车辆无法通行,造成了较大的社会影响(见图1a)。

珠海市年平均降雨量2 062mm,降雨特征表现为雨强大、时间及空间分布不均。图1b实测降雨资料显示,2018年8月11日0:00～24:00珠海机场总降雨量406mm,最大雨量集中在13:00～17:00,4h降雨量达351.5mm,结合珠海市近30年以上实测降雨资料排频分析,按24h长历时考虑,该场次降雨重现期为50年;按3h短历时考虑,该场次降雨重现期为100年。依据当日实测潮位数据,当日实测最高潮位2.59m(黄海基准),但强降雨并未与高潮峰峰相遇,强降雨期间存在0.5m的潮位顶托情况。

珠海机场片区现状已建成相对完善的排水防涝系统,共设置4道防洪排涝防线,第一道防线为山体截洪沟,通过截洪沟截留北部拦浪山山洪由东、西两侧排入外海;第二道防线为调蓄山塘,通过山塘水库蓄集截洪沟溢流洪水;第三道防线为机场周边区域现状排水管网,主要收集已建成区雨水经东、西排口直排外海;第四道防线为外海海堤,主要对外海风暴潮进行有效拦挡。为更科学合理地分析珠海市机场水浸原因,本文采用Infoworks ICM流域综合排水模型,在同一模型中设置地表二维水动力和Horton模型模拟山体及已建成区地面产流汇流,设置山体截洪沟、调蓄水库等水工构筑物,并将截洪沟与山塘水库相连,使溢流山洪能够汇入山塘水库,设置排水管网、河道、二维地面耦合模型来模拟管网、河道及地面雨水溢流及回流的变化过程,模型通过输入8月11日实测24h降雨及对应实侧潮位作为模型降雨及水位边界条件,如图2、图3所示。

拦浪山截洪沟断面为矩形断面,高度为1.8～2.5m,布置在栏浪山脚下,用以拦截山洪,保障山脚下居住用地防洪安全。由于拦浪山坡度较陡,局部区域达到25°,山洪流速较快,流量较大,模型评估(见图4)显示,8月11日当日降雨拦浪山2.5m×1.8m截洪沟局部段在存在山洪外溢情况,溢流山洪一部分汇入下游屋头龙水库,一部分溢流至路面形成内涝。模型评估分析得出拦浪山现状截洪沟局部段过流能力不足。

现状白石公水库及屋头龙水库位于拦浪山截洪沟下游,现状模型分析显示,拦浪山截洪沟山洪溢流后主要汇入2座现状水库,其中白石公水库可有效削减上游20%的山洪洪峰流量,屋头龙水库可有效削减上游15%的山洪洪峰流量,但由于2座水库雨前没有排空,降雨期间溢洪道排水直接排入机场路雨水渠,造成高峰雍水。

机场周边现状雨水系统主要包括机场西1#排洪渠、机场中排洪渠及金海东路、金海中路及海澄工业区西道雨水管渠,其余均为未开发用地(除机场外)。模型评估(见图5)显示8月11日当日降雨条件下,机场周边现状金海中路及机场西1#排洪渠、机场中排洪渠过流能力不足,难以应对30年一遇排涝标准及超标降雨。

机场路局部地势低,低于周边0.5～0.6m。根据图6模拟结果,山洪漫过机场路后,在地势较低处形成积水,模拟结果与实际情况相符,道路积水达到0.4m。

(1)针对现状截洪沟过流能力不足的问题,截洪沟标准由25年一遇提升至50年一遇,对局部过流能力不足段增加截洪沟断面,主要是对不足段加高50cm,总计加高5km。

(2)增强水库运行管理,在雨前对两座水库进行预排,白石公水库最大调蓄容积为50万m³,星头水库最大调蓄容积为150万m³,经模型分析计算,白石公水库应预排保证至少10万m³的调蓄库容,星头水库应预排保证至少25万m³的库容,以协助雨天蓄洪。

(3)针对现状雨水管网及排洪渠过流能力不足问题,对现状过流能力不足的管段进行拓建或改造;对现状机场西1#渠排洪渠及机场中路排洪渠进行改造拓宽,扩大行洪断面,以增大雨水收集能力。

(4)在机场候机楼一楼大厅前停车场处新建容积为400m³调蓄池,并增设3m³/s泵站,通过泵站抽排至机场中排洪渠,以解决局部因地势低洼而形成内涝点的问题。

运用同样边界条件对规划方案进行模型评估,评估结果如图7所示。区域内除北面山脊线有山洪汇流之外,其他区域内无明显内涝积水点。

(1)改造后截洪沟可满足50年一遇的降雨要求,无山水溢流。

(2)白石公水库在24h降雨期间最大收水能力达到10万m³。星头水库最大收水能力达到25万m³。新建调蓄池最大收水能力达约400m³。

(3)金海中路雨水渠改造后,在机现状2～2.2×1.0m处仍有节点溢流,形成积水点,但积水深度在0.15～0.20,且积水时间较短,综合考虑认为该积水深度可接受。

本文运用Infoworks ICM模型针对机场周边区域内现状进行模拟,依据分析结果提出改造措施,并进行复核,以满足片区防洪安全,结合分析成果得出结论如下:

(1)对于临山的规划区域,应充分考虑山洪的侵袭,在模型中应统筹考虑山水汇流、截洪沟截流、水库蓄水等对区域的影响。

(2)在沿海规划区域中,应充分考虑管道出水口受潮位顶托,就降雨和潮位进行遭遇分析,采用与实测降雨对应的实测潮位对区域内进行评估。

(3)当采用Infoworks ICM模型对规划区域进行内涝风险评估时,评估结果表明,内涝点是由于山洪外溢,排水管网能力不足,地势低洼,以及排洪渠断面过小等原因造成,故溢流雨水在地表以重力流形式往低洼处汇集。在内涝整治中,应一方面加高截洪沟,提高管网排水能力,扩大排洪渠断面,另一方面需新建调蓄池和排涝泵站,并借助模型手段不断进行优化调整,最终确定最佳的区域排水方式。