提高武漢市機場河及黃孝河排漬能力
1 機場河分流工程及古田地區(qū)排水的基本情況
原黃孝河是通過漢口市區(qū)的一條排雨水、污水河道，起于橋口區(qū)新華路以西航空路區(qū)域，經(jīng)江漢區(qū)到江岸區(qū)后湖岱家山閘出府河，全長12.4公里，流域面積84.6平方公里。
機場河排水分流工程，是于1982年將黃孝河上游新華路以西匯水面積24.7平方公里的雨水，經(jīng)城區(qū)地下箱涵，黃家大灣閘，分流至東西湖明渠，由東西湖堤角常青泵站排入府河。泵站抽排能力53.6立方米/秒，每平方公里泵站抽排量為2.2立方米/秒，東西湖原為廣闊的天然湖泊，于1958年圍墾為種植區(qū)。
古田地區(qū)（又稱長豐南北垸）排水工程，匯水面積30.0平方公里，雨水經(jīng)新墩閘、禁口閘、東西湖明渠至李家墩泵站排入府河；泵站抽排能力37.7立方米/秒，每平方公里泵站抽排量為1.3立方米/秒。
2 機場河分流工程及古田地區(qū)排水工程規(guī)劃設(shè)計方案簡述
2.1 機場河分流工程
機場河全長11.4公里，其中城區(qū)地下箱涵長5.62公里，由單孔箱涵寬3.4米，高1.75米，長1810米；雙孔箱涵寬5.1-6.8米，高2.7米，長3810米組成，箱涵出口斷面積18.4平方米，兩側(cè)排水管進入地下箱涵的管口底部高程16.5-17.5米，縱坡萬分之二；明渠長5800米，深5.4米，底寬7.5米，頂寬13.4米，箱涵出口渠底高程15.6米（首端），常青泵站前渠底高程15.10米（末端），縱坡萬分之一，設(shè)計水深2.25米，排水能力37立方米/秒。
于東西湖堤角建常青泵站一座，排水能力53.6立方米/秒，最高水位19.90米，正常水位17.60米，起排水位17.00米，最低水位（停機水位）16.00米（后湖三期泵站為14.2米）。
2.2 古田地區(qū)排水工程
古田地區(qū)（又稱長豐南北垸）匯水而積30.0平方公里，該地區(qū)雨水從張公堤禁口閘入東西湖明渠（約6公里）至李家墩泵站排入府河，泵站抽排能力37.7立方米/秒。
2.3 漢口西部排水工程
現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計將上述機場河分流工程及古田地區(qū)排水工程合二為一，統(tǒng)稱漢口西部排水工程，匯水而積共54.67平方公里，兩部份雨水經(jīng)東西湖明渠至李家墩泵站及常青泵站排入府河。擬再興建一座排水能力為160立方米/秒的排水泵站，加上已有的常青泵站及李家墩泵站共計排水能力為250立方米/秒，再建泵站投資約6.5億元（按武昌新生排水泵站造價估算）。
3 歷年較大暴雨統(tǒng)計及城市排水的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
3.1 歷年較大暴雨降雨量
1982年6月19日下午2時至20日下午2時，24小時降雨量達364毫米。1991年7月2日至12日，10天降雨量達686.5毫米。1998年7月21日至22日，兩天降雨量達446毫米。從1959年至1999年4o年間降雨量超過300毫米的出現(xiàn)過三次。歷年較大暴雨降雨量統(tǒng)計如下表：
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3.2 排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
原方案設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，下水道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期P=1（年），相當(dāng)于小時降雨量34.3毫米（遠低下表中較大暴雨年小時最大降雨量）；泵站抽排能力，日降雨量300毫米時，大部分地區(qū)漬水兩天排完，局部地區(qū)清水三大排完，1998年7月21日至22日，兩天降雨量446毫米，大部分地區(qū)漬水三天排完，局部地區(qū)漬水四天排完。
4 原設(shè)計方案存在的主要問題
4.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)太低
武漢市隨著國際大都市現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，漬澇災(zāi)害造成的損失越來越大，排水標(biāo)準(zhǔn)的要求必然越來越高。原方案設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，下水道設(shè)計暴雨重現(xiàn)期P=1（年），相當(dāng)于小時降雨量34.3毫米，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)太低。筆者認為，下水道設(shè)計曝雨重現(xiàn)期最小也應(yīng)取P=5（年），相當(dāng)于小時降雨量50.0毫米。
機場河排水分流工程已建成近20年，運行的情況表明，由于泵站抽排能力不足、干渠及管道過水?dāng)嗝嫣、河道過長（11.4公里）、坡度太小（萬分之一、二）、以及下游河段（明渠5.8公里）雨水對城區(qū)地下箱涵的頂托阻滯等作用，使城區(qū)漬水排除緩慢，形成先淹后排的結(jié)局。在日降雨量300毫米的情況下，大部分地區(qū)受淹達兩天，局部地區(qū)受淹達三天。1998年7月21日至22日兩天降雨量446毫米，大部分地區(qū)受淹達三天，局部地區(qū)受淹達四天，漬澇災(zāi)害比黃孝河區(qū)域嚴(yán)重，經(jīng)濟損失超過5億元。
4.2 城區(qū)5.6公里地下箱涵排水，受下游河段雨水頂托阻滯及泥砂淤積影響嚴(yán)重
城區(qū)地下箱涵成為排水的咽喉（瓶頸），如排水不暢或堵塞，將給城區(qū)排水造成嚴(yán)重的影響。日降雨顯300毫米及1998年兩天降雨量446毫米，觀測表明，有不少路而下水道井蓋向上冒水（路面高程20.5米）。按地下篇涵排水管出口底部高程16.5～17.5米計算，受頂托、淤積抬高水位超過3米，造成城區(qū)漬水排除緩慢，先淹后排的結(jié)局，地下箱涵受雨水頂托及泥砂淤積影響嚴(yán)重。
4.3 城區(qū)地下箱涵泥砂的淤積
由于排水干渠（箱涵及明渠）縱向底坡很。ㄈf分之一、二），流速也就很小，泥砂的淤積是必然的，據(jù)觀測，局部及整體淤積都比較大，泥砂的淤積必然減少過流斷面及抬高水位，對城區(qū)排水造成嚴(yán)重的影響。
4.4 機場河上游地下箱涵及下游排水泵站已成現(xiàn)實
如泵站的裝機高程、箱涵的高程及深度、箱涵的過水?dāng)嗝婕翱v坡、河道的長度等已不可能改變的情況下，如泵站停機水位為6.0米，匯水區(qū)上游河道水面高程按17.5米計（地面高程約20.5米），河道全長為11400米，最大水面坡降為（17.5-16.0）/11400=0.13‰；即萬分之1.3，流速與水面坡降成正比，流星與斷面及流速成正比，因干渠來水量受限制，即使于下游末端再建泵站，也不可能解決原方案現(xiàn)存在的上述主要問題。
5 解決原方案現(xiàn)存在問題的建議
1）于地下箱涵出口張公堤的外側(cè)建造一座污水截流閘及一座排河水泵站，以消除污水對東西湖的污染，為下游地區(qū)的綜合開發(fā)及箱涵實現(xiàn)水力消淤與污水處理等創(chuàng)造必要的條件。將旱天污水送至府河灘地生物凈化污水氧化田進行處理。
2）引江水入湖，排漬工程，以湖泊調(diào)蓄為主，泵站抽排為輔，泵站抽排為輔，綜合開發(fā)，綜合利用，改造自然，美化環(huán)境；進田還湖，人工整治恢復(fù)東西湖調(diào)蓄雨水的功能，建造高起點的生態(tài)農(nóng)業(yè)問及山水園林城。
于東西湖區(qū)，從張公堤外側(cè)機場河地下箱涵出口至堤角常青泵站的5.5公里河段，建造兩條寬250米，長5500米，深6.5米的人工湖，上游湖底高程14.2米，下游湖底高程14.0米，湖水面積2.75平方公里；挖湖抬地，將人工湖兩側(cè)堆填出三條寬350米，長500米，面積5.78平方公里的堆土帶；形成寬1.55公里，長5.5公里，總面積8平方公里的開發(fā)帶，建造帶狀公園式，功能較全的生態(tài)農(nóng)業(yè)園及山水園林城。在目前機場河已存在問題來看，以湖泊調(diào)蓄為主泵站抽排為輔進行技術(shù)改造，有著十分重要及現(xiàn)實意義。
解決東西湖水源提高水質(zhì)的方法，擬將府河向上游西南方向城區(qū)邊緣延伸，將漢水引入府河，使府河成為漢口城區(qū)西南側(cè)的環(huán)城河，東西湖從府河引入水源，以提高東西湖的水質(zhì)，改善東西湖地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。
6 排漬效益及經(jīng)濟效益
6.1 排漬效益
人工湖總寬度500米，長5500米，正常水位19.5米，最低水位16.0米，正常水深5.4米，最小水深1.8米，蓄水深度3.5米，調(diào)蓄水量900萬立方米。按日降雨量300毫米，平均徑流系數(shù)0.71計，匯水面積54.67平方公里，地面徑流量1100萬立方米，調(diào)蓄水量占降雨量徑流量的82%，未被調(diào)蓄的水量為200萬立方米，已有泵站抽排能力為91.3立方米/秒，6小時即可將未被調(diào)蓄的水量排完；按兩天降雨量550毫米計，地面徑流量為2000萬立方米，調(diào)蓄水量占降雨徑流量的45%，未被調(diào)蓄的水量為1100萬立方米，33小時即可將未被調(diào)蓄的水量排完，由此可見，人工湖調(diào)蓄的排水效果，相當(dāng)于再建三座排水量為90立方米/秒泵站的排水效果，而人工湖調(diào)蓄雨水，按地面高程20.5米計，可使箱涵出口產(chǎn)生4.5～3.5米的水位落差（湖水最低水位與箱涵出口底板高程相同），使地下篇涵的水位坡降及流速、流量提高三倍以上，可完全消除原方案下游5.5公里河段雨水對上游城區(qū)地下箱涵來水的頂托阻滯作用，消除城區(qū)漬澇的時間短，比泵站抽排快三倍以上，且投資省、可靠性高、運行費用低、綜合效益好，是泵站抽排不可比擬的。
6.2 經(jīng)濟效益及社會效益
“建議方案”的特點是，從土地的深度利用出發(fā)，最大限度挖深人工湖，可使城區(qū)地下箱涵出口獲得最大的水面坡降及流速，以最短的時間消除城區(qū)漬澇災(zāi)害，以最小的湖泊面積獲得最大的調(diào)蓄容量，達到立體開發(fā)立體利用的效果。
湖泊土方開挖量為1800萬立方米，土方工程的綜合造價按每立方米土20元計，人工湖的造價為3.6億元，建排水能力為160立方米/秒的泵站造價為6.5億元，兩相比較，前者節(jié)約2.9億元，山此可見，利用人工湖調(diào)蓄雨水，既節(jié)約投資，又獲得最好的排漬效果，是再建泵站不可比擬的。
人工湖正常水深5.4米，水面積2.75平方公上，水體1500萬立方米。引漢水入湖凈化水質(zhì)，利用湖泊進行立體養(yǎng)魚，養(yǎng)魚產(chǎn)值比土地種植的產(chǎn)值高。兩湖之間的堆土帶（寬350米，長5500米）建設(shè)生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)，種植果樹花木；湖泊兩側(cè)的堆土帶（寬700米，長5500米）建造帶狀公園式，功能較全的山水園林城，8平方公里的開發(fā)帶（寬1550米，長5500米），將大大升值，一舉多得，其經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益十分可觀。
7 建議方案的主要憂點
7.1 大大提高排漬的能力，可消除城區(qū)的漬澇災(zāi)害
從地下箱涵出口開始、人工湖可調(diào)蓄雨水900萬立方米，已有泵站抽排能力91.3立方米/秒。按日降雨量300毫米計，地面徑流量為1100萬立方米，調(diào)蓄水量占降雨量徑流量的82%，6小時即可將未被調(diào)蓄的水量排完；按兩天降雨量550毫米計，地面徑流量為2000萬立方米，調(diào)蓄水量占降雨徑流量的45%，未被調(diào)蓄的水量為1100萬立方米，33小時即可將未被調(diào)蓄的水量排完。由此可見，中等的降雨可當(dāng)時排完，大的降雨（日降雨量30O毫米）可半天內(nèi)排完，特大的降雨（兩天降雨量550毫米），可一天半內(nèi)排完，可消除城區(qū)的漬澇災(zāi)害，投資比建泵站省、可靠性高、運行費用低、環(huán)境效益及社會效益好，是泵站抽排不可比擬的。
7.2 消除城區(qū)地下箱涵排水受下游河段的頂托阻滯，排除漬澇的時間快
人工湖最低水位16.0米（與箱涵出口底板高程相同），最高水位19.5米（與箱涵頂板底高程相同），兩條共500米寬的人工湖調(diào)蓄的同時，泵站同時抽排，箱涵出口頂?shù)孛妫ǜ叱?0.5米）至湖水面落差4.5～3.5米，可大大降低箱涵的水面線，大大增加箱涵的水面坡降、流速與流量，流量可增加3倍以上，消除箱涵水位對排水管出口的頂托，大大加快排除漬澇的時間，比長距離泵站抽排快三倍以上。
7.3 消除城區(qū)地下箱涵泥砂的淤積和爆炸
由于人工湖起始水位低，持續(xù)時間長，可使箱涵水面坡降增加3～4米，流速可比原設(shè)計方案提高三倍以上，遠高于水力消淤的臨界流速，從而消除箱涵的淤積和爆炸。
7.4 消除污水對下游東西湖的污染
為湖區(qū)的養(yǎng)魚、種植、綜合開發(fā)、綜合利用，建造生態(tài)農(nóng)業(yè)園及山水園林城創(chuàng)造良好的條件。
7.5 因地制宜開發(fā)河灘
于唐河灘地建造大面積的生物凈化污水氧化田，開辟一條投資少、運行費用低、經(jīng)濟有效的污水處理新途徑。
8 結(jié) 語
城市排漬工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，必須符合城市發(fā)展的要求。由于機場河排漬工程，暴雨重現(xiàn)期、泵站抽排能力、排水干渠的過水?dāng)嗝、坡降及深度的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很低；特別是不能改變的地下箱涵，縱坡萬分之二，地面至底板最大深度5米，箱涵出口斷面18.4平方米，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相對更底，排水能力為37立方米/秒，與現(xiàn)有常青泵站抽排能力53.6立方米/秒相比，只有泵站抽排能力的70%，相差較大，若再建新泵站相差更大。筆者認為，滿足城市發(fā)展要求的城市排漬工程，明渠及地下箱涵的設(shè)計，要有足夠的深度、坡度及斷面，箱涵內(nèi)的水面線，應(yīng)處于兩側(cè)排水管進口底部高程以下，使排水管口不受箱涵水位的頂托，箱涵出口已匯集排水區(qū)的全部水量，箱涵出口的排水能力應(yīng)與泵站排抽能力相同。
由于現(xiàn)有地下箱涵出口的排水能力，與現(xiàn)有泵站抽排能力已不能匹配，如再建新泵站，增加機場河抽排能力160×0.45=72立方米秒，更加不匹配，來水能力遠小于抽排能力，故再建泵站，是不能解決原設(shè)計現(xiàn)存在上述主要問題的。
在現(xiàn)有特定條件下，如泵站裝機高程，最低水位，箱涵的高程、過水?dāng)嗝婕八嫫陆挡豢赡芨淖兊那闆r下，采用深挖人工湖進行調(diào)蓄，使箱涵出口能產(chǎn)生4.5-3.5米的水位落實，可大大增加箱涵的排水能力，比原設(shè)計排水能力提高3倍以上，消除漬澇的時問也快3倍以上，是解決城區(qū)清澇災(zāi)害唯一有效的方法。
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