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昆明市长虫山红云片区滞蓄、防洪及截污工程实施效果
1 概况
五华区红云片区是长虫山山洪下泄区,是五华区重要淹水区域之一,防洪问题突出,造成片区淹水的主要原因为:一是龙泉路西侧长虫山面山洪水较大,且面山陡峭,边沟排水体系不健全,收水不完整,雨水顺坡而下泄进入龙泉路沿线片区;二是长虫山面坡受雨水侵蚀,山洪携沙量较大,加之原采石区的开采破坏了原始地貌和洪水汇流系统,泥沙问题突出;三是龙泉路周边排水沟渠及管道系统不完善,加上泥沙沉积,进一步降低了排洪能力。随着龙泉路沿线的持续开发建设,原有的地面沟渠已经基本被硬化地面覆盖,现只能靠地下管网排水,现在被硬化的地表河道、沟渠的过水行洪标准远大于城市地下管网排的排水标准,龙泉路沿线淹水问题将进一步加剧。按昆明市城市防洪排涝系统须“从下往上”系统分析、分层次研究并结合片区现状发展规划,疏理打通面山洪水下泄通道、高位拦截、滞蓄面山雨水和泥沙成为缓解龙泉路沿线淹积水和改善生态水环境的目标,进行了研究和工程治理而最终解决龙泉路沿线淹积水问题。
2 红云片区洪水淤积简况
2.1 山洪流量大,山洪进入红云区形成内涝
长虫山面山产生的雨洪流量大、流速快,片区排水系统无法完全容纳山洪,导致山洪入城后无法及时排泄,在城区内淹积水形成内涝。下游承泄山洪通道的上庄防洪沟泄洪能力限制,雨洪越过龙泉路后无法经上述通道顺利排放,造成红云片区多处淹积水烝待解决。
2.2 边沟排水体系不健全,收水不完整
面山雨洪上游来水通过烟厂外围道路排泄,进入龙泉路,其中烟厂外围段、坝塘上游路段双侧缺少边沟,无法收集雨洪排入下游,烟厂外围道路、龙泉路红云路口山洪漫溢严重。
2.3 山洪泥沙量大,阻塞下游行洪通道
上游面山陡峭、水土流失较大,加之“采石区”开采对天然下垫面的改变,一遇降雨天气,泥沙随山洪沿路面、坡面排泄入下游地势平缓处形成淤积,严重影响下游通道过流能力,雨水漫溢出加剧淹水问题。
3 截洪、降淤、清水入江(滇池)工程建设必要性
3.1 按滇池流域水环境保护治理工作的要求
本项目作为“三年攻坚行动”2018年重点目标任务之一,工程通过面山截洪、滞蓄和下游通道的改扩建,可有效减低下游城区的排洪压力,缓解城区淹积水问题,同时降低了城区淹积水时形成的雨污水混流导致的水体污染问题;防洪设施的建设,其拦砂作用的发挥,可大大降低下游排水系统的泥沙淤积、堵塞现象;工程的建设对改善下游水系水环境具有重要的作用,工程的落实、执行对推进滇池流域水环境保护治理工作具有重要的意义。
3.2 滞蓄山洪、泥沙
山洪具有来水量大、流速快的特点,城区排水系统无法完全容纳山洪,导致山洪入城后无法及时排泄,在城区内淹积水形成内涝,因此如何减少山洪入城是近年来城市防洪的重要难题。本工程通过在长虫山面山新建防洪构筑物,雨季通过对山洪“错峰、调峰”的调节作用,减少面山雨洪进入城区的洪峰、洪量,降低下游城区的排洪压力。
长虫山面山陡峭、雨洪流量大,加之“采石区”的客观存在造成面山水土流失的增加,面山雨洪水携沙量大,泥沙随山洪涌入城区排水系统后,形成淤积,造成通道阻塞,降低了下游排水系统的行洪能力。本工程通过在长虫山面山设置山洪拦蓄设施,滞蓄泥沙,降低面山雨洪的携沙含量,提高排水系统应对面山雨洪的行洪能力,是有效解决长虫山面山防洪问题的重要任务之一。
3.3 提高下游排洪通道泄洪能力
按照“系统治理、科学决策、以水定城、循序渐进”的原则,遵循昆明城市防汛排涝下泄、中疏、上截、高蓄的思路,以问题为导向,构建完善的工程措施和非工程措施体系,对项目区防洪排涝系统按照“从下往上”的思路进行系统分析、分层次研究,实施下泄、中疏、上截、高蓄四类工程,挖掘防洪排涝调度潜力,围绕城市防洪总体规划和排水防涝综合规划。长虫山面山五华片区受下游承泄山洪的主要通道银汁河、上庄防洪沟泄洪能力限制,雨洪越过龙泉路后无法经上述通道顺利排放,造成红云片区多处淹积水。本项目下游排洪通道为上庄防洪沟,属长虫山面山截洪工程(红云片区)重要的下泄通道之一,急需解决通道瓶颈和行洪断面不足的问题。
3.4 符合国家海绵城市建设理念,兼顾面山环境生态文明建设
雨水资源化有效利用在很大程度上能加大城市径流雨水源头减排的刚性约束,优先利用自然排水系统,建设生态排水设施,充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,使城市开发建设后的水文特征接近开发前,有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境,为建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市提供重要保障。
4 滞蓄工程建设
长虫山红云片区滞蓄防洪工程属山区、山间平原区工程,主要由挡水坝、库盆、上游截水边沟、下游排洪沟及上庄防洪沟改扩建组成。工程区位于东经102°42′19″~102°43′43″,北纬25°06'44"~25°07'55"之间。
经对长虫山红云片区的面山截洪工程的深入研究。结合长虫山片区的地形、地貌特征,在本次长虫山红云片区滞蓄防洪水库建设的方案上,进行了因地制宜的设计。
5 工程区水文、地质条件
5.1 水文
5.1.1 水文气象特征
昆明市区多年平均气温14.7℃,滇池流域多年平均降雨量1003.5mm,降雨年内分配不均,旱季(11月~次年4月)占全年雨量的15%左右,雨季(5月~10月)占85%左右。
本地区径流量(地表、地下)以大气降雨补给为主,径流量的年际、年内变化与降雨量具有较好对应性。
5.1.2 暴雨特性
本工程所在地多年平均最大24h降雨量主要集中于6h内〈占73.2%),而6h暴雨又多集中lh内(占61.9%),lh雨量占24h雨量的比重45.3%,表明区域暴雨具有集中程度高、强度大、历时短的特点,对河道两侧排水系统不完善的城区极易造成局部淹水,形成内涝。该区域暴雨主要集中在5~10月,具有集中程度高、历史短、强度大,暴雨分布相对均匀和区域规律不明显的特点。
5.1.3 洪水特性
针对本工程汇水区来说,流域汇水面积不大,且无明显的河道,为季节性河流,枯季无常流水,当发生暴雨,且暴雨到达地面后,坡面雨水迅速汇集于低凹沟谷,随即产生片流状水层,降雨结束后坡面汇流随即减少,坡面汇流时间短,产流量(净雨量)为扣除初损量和坡面流时稳定下渗量后的剩余量,汇流时间与降雨历时基本一致。从流域形状分布看,该河段以洪水汇集快、集中程度高,洪水陡涨急落的单峰尖瘦型过程为主。本区域洪水由暴雨产生,洪水与径流量年内变化不同,其时空分布与暴雨基本一致,总体来说洪水过程陡涨陡落,洪水历时随暴雨历时一般不超过24h。
5.2 工程地质
5.2.1 区域稳定及地震基本烈度
根据1:4百万《中国地震动参数区划图》GB18306-2015及地震动峰值加速度与地震基本烈度对照表。工程区地震动峰值加速度值为0.20g,反应谱特征周期为0.45s,相应地震基本烈度为VIII度。
5.2.2 工程区地质条件
工程区中的库区、上游截水边沟、下游排洪沟地处于长虫山东侧山腰~山麓,属构造侵蚀、剥蚀中低山地地貌,上庄防洪沟地处滇池断陷盆地内属山间平原地貌。总体地势呈北西高、南东低,北西侧分水岭海拔高程约为2094m~2215m。库区位于接近长虫山脚的天然小型洼地,库盆谷呈缓“U”字型。库盆底宽为38m~82m,库盆底长约为188m,底高程在2011m~2019m,岸坡地形相对平缓。
库区覆盖层为第四系全新统(Q)堆积物,下伏基岩为石炭系大塘阶(C1d)、寒武系陡坡寺组(∈2d)沉积层。
水库区构造复杂,为断层复合部位,水库北侧以碳酸盐岩为主,南侧以碎屑岩底层为主,岩体节理裂隙发育,多为陡倾角裂隙,泥质充填,裂隙宽2-4cm,延申长3-6m。此外岩性差异地段,岩溶一般较发育,沿断层发育多个落洞,水库渗漏严重。
6 工程方案的选取及实际效益
城市淹水点治理由单一的节点改造工程转变为系统性治理工程,治理范围由城市建成区转移至面山源头,实施源头治理。
区别于以往水利枢纽建设的水库工程的拦蓄调洪模式,本工程通过将洪峰时段的部分山洪进行滞蓄,实现对面山山洪的削峰、错峰,降低面山入城的洪峰、洪量。
结合地形地貌条件,采用库底开挖增容、下游筑坝成塘方案。工程建筑物由挡水大坝、库盆、上游截水边沟、下游排洪沟及上庄防洪沟改扩建组成。
6.1 工程设计
(1)针对面山山洪流量大的问题,结合地形地貌,于面山周家塘果园处修筑滞蓄坝塘1座,坝址以上汇流区0.66km²,总库容5.96万m³,坝高12.0m,最大水深6.49m,坝长45.0m,设置2m宽溢洪道一座及D500放空底涵1孔,C20埋石砼结构,对片区面山洪水进行“错峰、削峰”调节,减少面山雨洪进入城区的洪峰、洪量,降低下游城区的防洪压力。
(2)针对面山水土流失大,山洪携沙量大的问题,于面山修建道路边沟(共3条,尺寸0.6m×0.8m~0.9m×1.2m,总长3.97km),对面山山洪进行截流,山洪有序入池、入库;沿道路边沟沿线,勘选适当位置,按“长滕结瓜”方式,修筑边沟调蓄池、沉砂池,对山洪泥沙进行沉积,有效降低山洪携沙量。共新建调蓄池5座、边沟沉砂池9座,总容积7426m³。
(3)新建滞蓄坝塘下游泄排系统(全长1403.01m),连通滞蓄坝塘下游至龙泉路口上庄排洪沟段,同时按排洪系统满足50年一遇的行洪要求,对上庄防洪沟进行必要的改扩建(全长674.7m),完善中梳系统;
(4)对上庄防洪沟沿线进行雨污分流,使滞蓄坝塘在后续排水时,下游为清水通道。
6.2 工程效果
经测算,50a一遇洪峰流量由峰值的3.89m³/s消减至1.66m³/s,消减百分比为57.3%,削峰效果明显。
坝塘汇水区年平均泥沙量615t,工程调蓄设施年可滞砂467.4t,消减百分比为76%,滞砂效果明显。
可年削减COD量479.3t/a、TN量49.37t/a、TP量4.73t/a,对促进滇池流域水环境建设具有积极作用。
据介绍,往年龙泉路以西淌急的洪流携带大量泥沙沿烟厂外围路滚滚而下,龙泉路西侧、龙泉路口常因淹积水过深而导致交通中断,防汛工作任务重、难度大。2018年,尚处于建设之中的长虫山五华片区滞蓄防洪工程为2018年的片区防汛工作发挥了非常大的作用。如,历年龙泉路口平均清砂量约400余方,去年仅清砂40多方;去年长虫山片区最大降雨达到50余mm时,烟厂外围路路面、龙泉路口基本无淹积水出现而影响交通。
6.3社会效益和经济效益
(1)降低了片区洪涝灾害带来的影响和淹没损失,在减轻了防洪工作压力的同时,可节约防汛工作带来的人力、物力和财力;
(2)对滞蓄的水资源进行合理的利用,大大降低了面山五采恢复区的运维成本,还能为森林消防提供就近水源;
(3)其单方容积投资低,节约了工程投资;
(4)在区域面山形成防洪、拦砂、控污屏障,提高了片区的抗洪防汛能力,降低入滇河道的污染物浓度,对改善入滇河道和滇池水环境具有积极的意义;
(5)通过对面山初期雨洪的滞蓄,提高了污水处理厂的效率,也助于改善入滇河道和滇池水环境;
(6)对推动和落实海绵城市理念、滇池保护三年攻坚行动以及清水入滇,具有非常积极的促进作用;
(7)为全市范围内的滇池面山截洪滞蓄工程起到了较好的示范和指导作用,推动了昆明市城市面山截洪工程的研究、实施进程。目前,滇池面山的各区县均采用该治理方法进行。主要项目有:盘龙区滇池保护“三年攻坚”应急工程;西山区滇池面山滞洪、调蓄、截污工程;经开区截洪、蓄洪工程等。