4.6 排涝计算
4.6.1 基本原理
钟村镇排涝区除了胜石河排涝片的上游地区以外，各排涝片区内地势平坦，河涌密布，而且各河涌比降较小，分区面积不大，水流流向不定，河涌滞蓄能力较强。所以，将钟村镇排涝区的河网概化为等容积的湖泊考虑，蓄排演算采用“平湖法”进行。
“平湖法”的基本计算原理为：
河网滞蓄水量：
式中 V1，V2——时段初、时段末滞蓄水量，m3；
q 1，q2——时段初、时段末涝水流量，m3/s；
Q 1，Q2——时段初、时段末排水流量，m3/s；
T——计算时段，h。
计算时，首先将屏山闸以上排涝区作为一级排涝区，进行调蓄计算，得到内河水位过程，然后将此内河水位过程作为二级排涝区的外江水位过程，进行二级排涝调蓄计算，得到二级排涝区的内河水位过程。
4.6.2 计算方法
（1）水闸排涝能力计算。水闸自排流量按宽顶堰淹没出流考虑，水闸排水流量的计算，根据淹没度不同，分别采用不同计算公式。
淹没度小于0.9时，采用式（4.6-2）为：
式中 B0——闸孔总净宽；
Q——过闸流量，m3/s；
σ——堰流淹没系数，计算公式见《水闸设计规范》（NB/T 35023—2014）附录A；
ε——堰流侧收缩系数，计算公式见《水闸设计规范》（NB/T 35023—2014）附录A，粗略可按0.9～0.95计；
m——堰流流量系数，0.385（仅限于无坎高的平底宽顶堰）；
H 0——计入行进流速水头的堰上水深，m。
当淹没度不小于0.9时，采用式（4.6-3）为：
式中 Q——过闸流量，m3/s；
B 0——闸孔总净宽，m；
μ 0——淹没堰流的综合流量系数；
H 0——堰上水深，m；
hs——下游水深，m。
（2）泵站设计流量计算。泵站抽排按涝区积水总量和设计排涝历时进行计算。
式中 Q——泵站设计流量，m3/s；
W——设计涝水量，m3；
T——设计排涝历时，h。
在实际分析计算中，由式（4.6-4）计算的泵站设计流量作为初值，结合闸排联合计算最终确定泵站设计流量。
4.6.3 计算条件
（1）河涌最高控制水位。钟村镇现状地面高程多在0.50～2.00m，低洼地为0.5m及以下，但大部分为鱼塘和苗圃地，居民区在1.5m以上。根据《广州市番禺区水利现代化综合发展规划报告》和《市桥河水系综合整治规划报告》，将钟村镇排涝区的最高控制水位定为1.50m，屏山河最高控制水位确定为2.0m，幸福涌、石三河等河涌最高控制水位确定为1.50m，对于方案一和方案二，胜石河、海棠沙涌最高控制水位确定为1.5m，对于方案三，胜石河最高水位确定为2.0m，海棠沙涌最高控制水位确定为1.5m。
（2）河涌起调水位。根据《广州铁路新客站地区防洪排涝规划》和《市桥河水系综合整治规划报告》的要求，屏山闸以上排涝区域内起调水位为-0.5m。本次分析河涌起调水位首先应该满足该地区的排涝要求，然后根据该地区能满足景观要求、亲水要求和水环境需要，排涝时河涌常水位确定为0.2m，以利于外江低潮时自流抢排。为尽量减轻涝灾，减小泵、闸规模，在排涝时可预泄河涌水量，即在暴雨洪水之前，将河涌水位预泄至-0.5m。
（3）河涌水位—容积关系曲线。在本次设计中，屏山河、幸福涌需要进行综合治理，对河道进行清淤和拓宽，并修建堤防。河涌的涌容曲线分别按现状河涌和规划河涌两种情况考虑。现状条件下，主要河涌的容积曲线根据1：500实测平面图量取，较小河涌采用1：10000航测图概化；规划条件下，根据规划河涌断面底高程按河道清淤后计算，河道断面按梯形断面概化。屏山河上段现状河涌开口宽可以满足过流要求，不需要进行扩宽，只进行必要的清淤疏浚，屏山河下段现状河涌开口宽不能满足过流要求，需要进行必要的扩宽和清淤疏浚，清淤后底部高程为-2.80～-1.60m；幸福涌现状河涌开口在10m左右，难以满足过流要求，需要进行必要的扩宽和清淤疏浚，根据设计过流能力的要求，幸福涌的开口宽度统一设计为30m，清淤后底部高程为-2.35～-1.36m。钟村镇排涝片区现状河道和规划河道不同条件下，河涌水位—容积关系见表4.6-1。
表4.6-1 钟村镇各排涝片区河涌水位—容积关系表 单位：万m3
（4）外江水位。对于临界陈村水道的西海嘴水闸、西码头水闸、韦涌水闸处的外江水位过程，采用以大石站为依据站，以三沙口站典型潮型为潮型的多年平均高潮位过程和多年平均最高潮位过程二种潮位过程。对于屏山闸处的外江水位过程，由于其位于市桥水道支流屏山河上，距离屏山河口尚有一段距离，所以需要重新分析。通过对《市桥河水系综合整治修编报告》中雁洲水闸修建后的调蓄计算结果分析，雁州水闸以上流域20年一遇洪水遭遇外江5年一遇潮位过程时，雁州水闸以上内河最高水位为2.05m，内河最低水位为-0.92m。本次采用钟村镇排涝区陈村水道外江潮位过程最高潮位2.15m，最低潮位-0.71m，与雁州水闸的闸前水位过程接近，并偏于不利情况。所以对于屏山河水闸的设计外江水位过程仍采用陈村水道的外江潮位过程。
（5）内涝洪水和外江水位组合。在内河涌涝水与外江潮位组合方面，本次对以下两组水文组合分别进行调蓄计算。水文组合一：排涝区20年一遇洪水过程的洪峰，遭遇外江高潮位均值过程，洪峰与潮峰同时遭遇，计算自排情况下的水闸规模；水文组合二：排涝区20年一遇洪水过程的洪峰，遭遇外江年最高潮位过程，洪峰与潮峰同时遭遇，分析是否有泵排需要，计算泵站流量，并复核水闸规模。
4.6.4 调蓄计算结果
调蓄计算时，首先根据钟村镇排涝区的排涝工程总体布局，结合工程布置特点，初步拟定各排涝片区的水闸规模和泵站规模，通过试算，经分析比较，最终确定满足该地区排涝需求且经济合理的设计规模。经试算和分析比较后，初步拟定工程设计规模基本情况见表4.6-2。
表4.6-2 钟村镇排涝区规划水闸及泵站初拟工程设计规模基本情况表
由于调蓄计算的输出结果比较多，本次只列出幸福涌排涝片方案三的调蓄计算成果。幸福涌排涝片调蓄计算的外江水闸为西码头水闸、韦涌水闸；位于屏山河上的水闸为规划的新涌水闸和幸福涌水闸、和新客站规划的3号水闸，现状泵站为韦涌泵站，规划在西码头水闸、新客站3号水闸和新涌水闸处设立泵站。西码头水闸、韦涌水闸、新涌水闸、新客站3号水闸初步拟定闸宽均为5m，幸福涌水闸为10m；幸福涌排涝片共设计泵站流量为29m3/s，其中，外江泵站分别为现有韦涌泵站和规划的西码头泵站，设计排涝流量分别为5m3/s和8m3/s，内河泵站分别布置在新涌水闸和新客站3号水闸，设计排涝流量分别为10m3/s和6m3/s。外江水闸的闸外水位采用陈村水道的潮位过程，内河涌水闸的闸外水位采用屏山河调蓄计算结果中的内河涌水位。自排情况下和抽排情况下的幸福涌排涝片调蓄计算结果见表4.6-3和表4.6-4，水位变化分别见图4.6-1和图4.6-2。
表4.6-3 幸福涌排涝片调蓄计算成果表（水文组合1）
表4.6-4 幸福涌排涝片调蓄计算成果表（水文组合2）
从计算结果看，自排情况下，幸福涌最高水位为1.04m，整个排涝区最大出流量为124m3/s，新涌水闸、幸福涌水闸、新客站3号水闸的最大出流量分别为19.2m3/s、55.7m3/s、19.2m3/s。抽排情况下，幸福涌最高水位1.44m，整个排涝区最大出流量为91.5m3/s，新涌水闸、幸福涌水闸、新客站3号水闸的最大出流量分别为13.7m3/s、37.2m3/s、13.7m3/s。新客站3号水闸泵站和新涌泵站的抽排历时约4h。
图4.6-1 幸福涌排涝片自排情况下水位变化过程线图（水文组合1）
图4.6-2 幸福涌排涝片抽排情况下水位变化过程线图（水文组合2）