跨市流域是指影响范围跨越两个或两个以上市域的水体流域。由于不同市域经济发展不一, 规划、建设及管理难以协调一致, 跨市河流除出现较严重淤积、违占及水体污染等问题外, 还会因河道局部过流断面不足导致整治难度大、水浸问题突出等。本文以珠海-中山典型跨市河流为例, 针对跨市河流难以协调一致、同心共治区域水浸及水污染的问题, 依据蓄、滞、净、用、排的海绵城市规划理念, 结合区域用地情况, 采用增设调蓄水体蓄洪削峰, 水污染生态修复的方法进行区域综合整治。针对雨水调蓄湖的防涝减灾作用, 本文通过采用MIKE 11构建水动力模型进行区域排涝演算, 分析雨水调蓄湖在河道排水能力不足导致的水位顶托情况下的减灾作用。

　　 上冲片区位于珠海市中心城区西北部, 西与中山市坦洲镇接壤, 北与中山市三乡镇接壤, 是珠海市中心城区西北方向对外联系的门户地区, 区位条件显要。上冲片区东部主要为凤凰山山体以及大面积的旧村用地, 山体坡度较陡, 坡短流急, 洪水过程呈尖而瘦的形态, 片区西部地势低平, 水流排泄相对较缓, 加之区域外江洪潮顶拖严重, 导致近年来内涝灾害严峻。

　　 多年来, 上冲片区涝水的主要排泄通道为中山市坦洲镇的河流水系, 近年随着上冲片区、坦洲镇的城市化快速发展, 硬质地表急剧扩张, 极大地增大了区域的综合径流系数;且区域农田水塘逐渐被填埋建设, 河道水体被蚕食侵占, 河道过流能力严重不足, 区域防灾减灾能力极大减弱;同时, 由于区域河流水系跨市排水, 不同的市域发展水平及规划、管理难以协调同步, 尤其对于区域水安全及水污染治理问题难以达成一致, 导致该片区内涝灾害呈愈演愈烈的态势, 相关资料显示上冲片区内105国道东北侧、沥溪村以及中山市坦洲镇的永二村基本回回暴雨回回浸。

　　 上冲片区目前主要的排涝河道有105国道排洪渠、界冲排洪渠和沥溪排洪渠, 现状水系如图1所示。105国道排洪渠位于105国道西南侧, 平行于105国道, 河道现状宽度12m, 排水方向自南向北, 沿程由跨市河流上界涌、下界涌及海伦堡暗渠自东向西汇入中山市坦洲镇的河道;界冲排洪渠位于105国道东北侧, 上游承接青年水库溢洪道, 下游分两支分别穿105国道与105国道排洪渠交汇, 界冲排洪渠现状宽度8m, 界冲支渠断面4m, 穿105国道段为束窄暗涵段, 断面仅4m×1.5m;沥溪排洪渠上游接沥溪水库, 流向自东向西, 现状断面5m×2.5m, 穿105国道后与105国道排洪渠交汇。

　　 3条跨市河流分别为上界涌、下界涌及海伦堡暗渠, 上界涌现状断面宽8~45m, 与105国道排洪渠交汇段为束窄段, 渠两侧均为村庄居民房屋, 河道违占严重;下界涌现状断面宽5~45m, 与105国道交汇段为束窄段, 原为盖板暗渠, 现已揭盖复明, 过水断面严重不足;海伦堡暗渠现状断面宽为4根D1 000圆管, 上游接105国道排洪渠, 下游接坦洲镇东灌渠。

　　 由于区域为跨界排水, 存在的排水衔接问题如下:

　　 (1) 上冲片区东侧为大面积山体, 西北侧则地势低平, 目前, 上冲的低洼片区主要位于105国道东北侧105国道辅路, 现状高程2.5m左右, 而与其接壤的中山坦洲镇区域现状标高仅1~2m, 地势较低的区域受灾风险更高。

　　 (2) 上冲片区属珠海主城区, 排涝标准为50年一遇24h降雨遭遇5年一遇外江潮位不成灾, 而坦洲镇现状排涝标准仅为20年一遇设计暴雨产生的径流量一天排干不成灾。洪水设计标准的不同导致不同区域对灾害的抵抗力不一致, 标准低的区域更易遭受灾害损失。

　　 (3) 跨界河流因管理协调难道大, 不仅淤积严重, 而且沿岸有乱搭乱建、违占等现象, 导致河道行洪能力大打折扣。由于跨市流域的综合整治需两市政府协同一致解决, 但多次协调未果, 流域内居民饱受水浸及水污染问题侵扰。

　　 对上冲片区及3条跨市河流进行产汇流计算, 产汇流计算方法主要采用综合单位线法、推理公式法及室外排水方法等多种计算方法, 相互比较计算结果, 合理确定设计汇流过程。区域产汇流计算结果如表1所示。

　　 采用MIKE 11进行区域河网水动力模型构建, 各河道断面已有实测数据, 各河段集雨分区内流量过程以旁侧入流输入, 河道粗糙系数取0.02~0.033, 初始水深为0.3 m, 由于研究片区属中珠联围的一部份, 河网水位边界受外江潮位及闸门控制, 下边界水位边界主要通过咨询中山市坦洲镇排涝规划编制项目组得到。

　　 MIKE 11河网水动力模型采用一维明渠非恒定流方程组来描述水流运动:

　　 式中Q———流量, m³/s;

　　 x———空间坐标;

　　 t———时间坐标;

　　 q———旁侧入流量, m³/s;

　　 A———过流断面面积, m²;

　　 C———谢才系数;

　　 R———水力半径, m;

　　 g———重力加速度, m/s²。

　　 计算得到上界冲及下界冲河段50年一遇纵断面最高水位成果如图2~图5所示。

　　 经排涝演算分析, 导致上冲片区水浸的主要原因有两个方面: (1) 界冲排洪渠穿105国道暗涵断面突然束窄, 过流能力不足, 导致105国道东北侧及沥溪村水浸严重; (2) 跨市河流上界冲、下界冲及海伦堡暗渠断面太小, 过流能力严重不足, 导致水位顶托, 且跨市区域地势高差较大, 导致地势低洼的永二村常年水浸。

　　 依据排涝分析结果, 排涝规划主要需要拓宽界冲排洪渠穿105国道的暗涵段, 且需对跨市河流上界冲、下界冲及海伦堡暗渠进行河道断面拓宽。然而, 由于跨市河流周边为沿河而建的村庄, 不具断面拓宽条件, 河道拓宽不具可行性。为了有效解决跨市流域水浸及水污染问题, 结合珠海市海绵城市建设, 拟采用雨水调蓄湖对区域涝水进行蓄洪调峰, 采用蓄排结合的方式进行流域防洪排涝规划, 同时针对雨水湖蓄集的雨水, 采用水污染生态修复方法进行治理, 并结合闸门调度对净化的水体在旱季进行缓泄, 增强区域水体流动性及自净能力。

　　 采用海绵城市相关理念, 针对上冲片区水浸现状, 在拓宽界冲穿105国道箱涵的基础上, 结合区域用地情况, 在上冲片区高压线走廊带规划2座雨水湖, 1号雨水湖建于上界冲起点处, 占地2.05hm², 设计水面1.31hm², 调蓄容积约2.5万m³。2号雨水湖建于105国道排洪渠中段南侧, 占地13.39hm², 设计水面11.80hm², 调蓄容积30万m³。为充分利用2个雨水湖的调蓄容积, 2个雨水湖设置溢流堰及水闸进行调度, 考虑到上冲片区最低高程2.5m, 为保证最大限度地调洪蓄峰, 设定当区域河网水位高于1m时启动雨水湖进行雨水调蓄。

　　 采用MIKE 11对规划方案进行模拟, 模型中设置雨水湖、堰及水闸及其调度规则, 模拟得到在设置雨水湖与不设雨水湖两种工况下, 105国道排洪渠各断面最高水面线对比如图6所示。

　　 由两种工况的模拟成果可知, 在上冲片区最低高程2.5m的前提条件下, 设置雨水湖后区域50年一遇最高水位为2.437m, 能够保证区域排洪防涝安全, 较不设置雨水湖的最高水位低0.741m;且水位高于2.2m的时间明显缩短。可见, 设置雨水湖能起到较好的调洪蓄峰作用。

　　 研究片区已进行污水管网系统改造, 原旧村的污水可通过污水收集管网输送至水质净化厂进行处理, 但片区内仍分散较多物流用地及工业厂区, 面源污染严重。为减轻区域面源污染, 积极运用低影响开发技术, 对雨水调蓄湖周边设置梯度绿化, 通过设置植草沟、生物滞留带、雨水花园来层层净化雨水, 消减面源污染。依据深圳等地方所做的相关研究, 植草沟宽度取0.6~2.4m (条件允许时可以梯级设置) , 深度20~40cm, 可削减50%左右的面源污染 (以SS计) 。

　　 打造调蓄湖水生态, 构建“浮游动物—水下森林 (沉水植物) -水面植物 (浮叶植物) -水生动物-微生物群落”共生系统, 构建沉水植物, 发挥沉水植物对营养物质的吸收净化功效, 建造“生态海绵”。对净化的水体采用缓泄方式排至下游水体, 增强下游水体流动性, 同时提升区域水体自净能力。

　　 (1) 雨水湖可以较好地调洪蓄峰, 延长排水时间, 使雨水径流流量在时间上分布趋于均匀, 从而提高排涝防灾系统承载暴雨冲击负荷的能力。

　　 (2) 针对跨市河流排水能力不足, 且难以实施河道整体拓宽的情况, 雨水湖可有效调节区域雨洪流量, 对下游河道起到一定的缓泄作用, 但修建雨水湖对上游河道过流断面不足引起的水浸问题无明显改善。

　　 (3) 通过对雨水调蓄湖进行水生态构建, 可一定程度消减区域面源污染, 提升区域整体水环境水生态, 实现“蓄水、净水、调水, 生态型纳污产清”, 打造城市生态海绵。

　　 (4) 雨水湖用于排涝减灾时, 其位置和规模对雨洪控制的效果具有显著的影响, 应针对不同的雨水湖布设方案进行评估对比后, 结合实际用地情况进行雨水调蓄湖的布设。