陈巧红，邓银玲

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430061）

城市水系作为城市景观的主要构成部分，以水为物质和能量的传输廊道，形成了一个在平面上由河道和滨水区组成、在空间上呈网状分布的复杂系统，并提供了多样的生态服务功能。当前，因经济发展导致河道淤积、河道阻断、河道生境被破坏现象日趋严重，为达到水安全、水环境、水生态、水景观、水管理良好有序的整体目标，城区水系连通工程正在全国各地开展。水系连通性系指在自然和人工形成的江河湖库水系基础上，维系、重塑或新建满足一定功能目标的水流连接通道，以维持相对稳定的流动水体及其联系的物质循环的状况。水系连通可从根本上提高水资源配置能力、改善水生态健康状况、增强抵御水旱灾害能力、实现人水和谐。本文以枣阳市沙河流域护城河为研究对象，针对护城河现状不满足防洪排涝要求、水环境问题突出、水景观效果差等问题，从满足城市排涝的要求出发，坚持河道治理与水安全、水环境、水景观的要求相协调，探讨护城河水系连通方案。

1 河流概况

沙河属于滚河支流，发源于随州境内的吴山镇七尖峰，流经枣阳市，在琚湾镇东1．0km处与滚河干流汇合，流域面积803km2，河道全长80．0km，平均纵坡比降为1．4‰。沙河枣阳城区段主要有三条支流，护城河、东冷水沟、西冷水沟。护城河位于枣阳市主城区，流域面积0．795km2，工程实施后河道长2．43km，平均纵坡比降为 0．33‰。

护城河是枣阳市母亲河，历史上为枣阳市的发展做出了重要贡献。20世纪70～80年代，为发展渔业养殖，护城河被分割为1#～11#池共计11个鱼池（现状已废弃），9#～10#池被填，并于原河址修建枣阳步行街，11#池至沙河段已建成房屋，见图1。现状护城河两岸建筑林立，房屋密集，护城河被分割为多个支离破碎的水域，与沙河未连通，两岸生活污水直接排入河道，现状雨污水通过8#池末端暗涵排入沙河。

图1 护城河与沙河水系连通设计河道走向图

2 方案设计难点剖析

河流水系连通需要紧密结合流域水系规划和现状，充分协调人水关系，并处理好水系布局与流域空间结构的关系。在区域景观尺度上，水系连通需要结合区域水系与景观、环保、市政，充分兼顾水体、岸线和滨水空间三个层面的功能协调，使三个层面相得益彰，形成完善合理的水系空间景观体系。根据沙河流域防洪规划，沙河防洪标准为50年一遇，护城河防洪标准为20年一遇。在进行水系连通方案设计时，主要有以下几处难点。

（1）护城河淹没分析。当护城河遭遇沙河50年一遇洪水位时，护城河河口洪水位为108．89m，护城河沿程洪水位受沙河高水位顶托影响。通过明渠进行护城河与沙河水系连通时，现状护城河11#池部分房屋、3#～8#池右岸房屋地面标高107．8～105．0m，相应段20年一遇设计洪水位为109．04～109．95m，两岸约有1180m，面积为22000m2的建筑用地被淹。在汛期遭遇洪水时，会严重影响两岸居民的财产安全。

（2）水环境风险分析。8#池末端暗涵是现状护城河唯一的行洪通道。根据物探，现状暗涵长约680m，暗涵内部淤积严重，垃圾堆积如山；暗涵已成为城市市政截污干管，内部共计有29个排污口；暗涵末端接入沿沙河的污水干管，污水最终流入污水处理厂，汛期行洪时污水会随洪水合流入沙河，污染沙河水质。

（3）水景观问题分析。随着城市建设的发展，城市水域一直处于被掠夺开发的状态，工业废水、生活污水的任意排放造成城市水域脏、乱、臭；填湖填河造地、扩大建筑面积等造成水域的不断萎缩等等。对于枣阳市，护城河是不可多得的城市水域景观河道。根据地势、地形及景观节点建设特点需在护城河全河段维持景观水位107．30m以上，以满足景观及居民亲水性的需要。护城河现状无涉河建筑可壅高水位，2#～8#池左右岸均为直立挡墙，无做溢流坝等拦水建筑物的空间。

3 水系连通方案

3.1 理论依据

针对护城河流域现状，本设计方案设计主要采用MIKE11一维水动力模型。

MIKE11主要适用于河口、河流、灌溉渠道以及其他水体的模拟一维水动力、水质和泥沙运输。MIKE11是基于垂向积分的物质和动量守恒方程，即一维非恒定流圣维南方程组来模拟河流或河口的水流状态。计算流态为非恒定流计算，计算时同时输入洪水过程、水面线成果提取最高水位，即对应的最大流量水面线为计算成果。

无旁侧入流方程组的具体形式如下:

式中，x，t分别为空间坐标和时间坐标；Q，h分别为断面流量和水位；A，R分别为断面过流面积和水力半径；B为河宽；C为谢才系数；g为重力加速度；α为垂向速度分布系数，，其中u为断面平均流速。

方程（1）为连续性方程，反映了河道中的水量平衡。方程（2）为运动方程，其中第一项反映某固定点的局部加速度，第二项反映由于流速的空间不均匀引起的对流加速度，前两场合称为惯性项；第三项反映了水深的影响，为压力项；第四项反映了摩阻和底坡的影响。

3.2 规模论证

将护城河作为城区排涝河道进行方案设计，在护城河末端新增防洪闸和排涝泵站，当护城河水位高于沙河水位时，开启闸门，护城河上游来水自流入沙河；当汛期沙河水位较高时，关闭闸门，并启动排涝泵站抽排涝水入沙河。将4#池末端过路暗涵改建为桥梁，桥梁下新建溢流坝，与末端防洪闸联合运行，保证护城河景观水位，把改善护城河水域景观列入水系连通工作的任务根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）计算护城河设计洪水。现状8#池右岸房屋地面较低，是护城河最易致涝的区域，由该处房屋地面高程推至站前水位为泵站最高运行水位。根据沙河逐月平均水位和护城河景观水位要求，拟定泵站起排水位106．8m，采用动库容分时段调蓄演算计算泵站规模，拟定泵站规模为8m3/s

3.3 水系连通方案特点分析

（1）减少征地拆迁。传统闸站分离的排涝设施具有占地大、建构筑物庞大等缺点，对房屋等建筑林立的主城区，拆迁难度大一直是排涝项目推进中的重难点。一体化泵闸是应运而生的高效泵送方式，它将泵组直接布置在闸门上，闸门既是挡水结构又是水泵支承的基础使水闸和泵站合二为一。占地小，安装方便，迅速高效又能实现防洪排涝、改善水体环境等多项目标。本次在护城河采用现代化的一体化泵闸，泵闸建于河道内，克服了因泵站建设增加拆迁的问题，与护城河两岸房屋等基础设施建设相协调，避免水系连通对现有基础设施的不利影响。

（2）提升水景观。护城河采用一体化泵闸的水系连通方案，封堵现状行洪暗涵，降低了护城河沿岸设计水位，与护城河两岸房屋等基础设施建设相协调。针对现状护城河水域支离破碎、亲水性差等问题，护城河末端防洪闸与4#池末端溢流坝联合运行，可在护城河全段形成稳定的景观水面，使护城河水域面积增加约50%，有效改善水域景观。

4 结语

（1）采用分时段排涝演算的方法对护城河进行排涝设计、辅以MIKE11一维水动力模型计算河道沿程水位，采用一体化泵闸的水系连通方案，可满足流域防洪排涝的要求。水系连通后形成稳定宽阔的水域，为打造护城河水域景观创造了有利条件，实现了护城河防洪排涝水安全建设与区域水景观提升的双重目标。（2）对拆迁难度大、河道两岸房屋等基础设施建设标高较低的城市河道水系连通方案的设计提供了借鉴。