瑞平平原影響排澇的主要因素分析論文
1 問題的提出
瑞平平原位于飛云江下游南岸， 為飛云江下游兩岸3個(gè)河網(wǎng)之一。流域總面積234.3 km, 其中山區(qū)面積52.2km, 平原面積182.1 km.平原區(qū)水系稠密， 現(xiàn)有大小河流768條， 總長度717.2 km;水面面積17.4 km, 現(xiàn)狀水面率約為9.6%.骨干河道有瑞平塘河、平宋塘河、瑞平塘河右干、瑞平塘河左干等。河網(wǎng)正常水位為2.76 m.平原雙向排水， 北面經(jīng)瑞平塘河等向飛云江排水， 東面經(jīng)平宋塘河等向東海排水。瑞平平原共有排水閘13座。其中， 8座向飛云江排水， 總凈寬73.6 m;5座向東海排水， 總凈寬43.5 m.水閘總凈寬與流域面積比約為0.5 m/km.河網(wǎng)水系及水利工程布局見圖1.
根據(jù)分析， 瑞平平原城鎮(zhèn)區(qū)地面高程較高 （3.50 m以上） , 現(xiàn)狀排澇標(biāo)準(zhǔn)為10~20 a一遇；農(nóng)村及農(nóng)田地面高程較低 （2.50~3.00 m） , 排澇能力約為5~10 a一遇；總體排澇能力較好。但瑞平平原所處位置易受臺(tái)風(fēng)暴雨侵襲， 背山濱海， 上承山洪傾泄、下受潮汐頂托， 排澇條件先天不足。隨著城市化進(jìn)程加快， 未來排澇形勢(shì)依然嚴(yán)峻。
為了保證瑞平平原的防洪排澇安全， 本次分析了瑞平平原各排澇影響因素， 包括河道拓寬、水閘擴(kuò)建、強(qiáng)排泵站等工程措施， 以及加強(qiáng)調(diào)蓄低地管理、平原水位預(yù)泄等管理措施對(duì)平原的影響程度， 為今后水利工程建設(shè)方向提供參考。
圖1 河網(wǎng)水系及水利工程布局圖
2 分析方法
本次計(jì)算使用丹麥水力科學(xué)研究所 （DHI） 開發(fā)的一維非恒定流水動(dòng)力學(xué)MIKE11軟件， 建立瑞平平原水利計(jì)算模型。瑞平平原模型計(jì)算上邊界取山區(qū)產(chǎn)流過程， 以點(diǎn)入流形式進(jìn)入各條河道；平原和圍區(qū)的產(chǎn)水以旁側(cè)入流的形式進(jìn)入各自相應(yīng)匯集河道；下邊界根據(jù)澇水外排的方向， 相應(yīng)選擇飛云江與東海設(shè)計(jì)排澇潮型。整個(gè)模型概化河網(wǎng)總長225.9 km, 計(jì)算斷面731個(gè)， 平均間距310.0 m.模型河網(wǎng)計(jì)算概化見圖2.
圖2 模型河網(wǎng)計(jì)算概化圖
3 各因素排澇影響分析
3.1 調(diào)蓄低地面積對(duì)平原排澇影響分析
瑞平平原可調(diào)蓄低地 （指農(nóng)田、林地、村莊等低于洪水位的區(qū)域） 面積74.7 km, 占平原面積的41.0%;水面面積17.4 km, 占平原面積的9.6%.合計(jì)可調(diào)蓄面積92.1 km, 占平原面積的50.6%.
隨著城市化進(jìn)程加快， 城市建成區(qū)面積擴(kuò)大、下墊面硬化、水域占用的情況經(jīng)常發(fā)生。本文分析了在現(xiàn)狀水利工程工況下， 調(diào)蓄低地面積減少對(duì)瑞平平原的排澇影響 （見表1） .
表1 調(diào)蓄面積對(duì)洪水位的影響分析表 （20 a一遇）
不同調(diào)蓄面積比例水量平衡計(jì)算成果見表2.
表2 不同調(diào)蓄面積比例水量平衡計(jì)算成果表 （20 a一遇） 萬m3
由表1可知， 當(dāng)調(diào)蓄面積減少至40.0%, 各特征斷面水位升高0.09~0.16 m.當(dāng)調(diào)蓄面積占比減至30.0%, 昆陽鎮(zhèn)斷面排澇標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀的50 a一遇降低為20 a一遇， 其它斷面排澇標(biāo)準(zhǔn)也降低至5~10 a一遇標(biāo)準(zhǔn)。隨著調(diào)蓄面積的繼續(xù)減小， 水位升高的幅度越來越大。當(dāng)調(diào)蓄面積減少至10.0%時(shí)， 水位比現(xiàn)狀升高0.70~1.00 m.
因此， 在現(xiàn)狀水利工程條件下， 調(diào)蓄面積的比例對(duì)瑞平平原的排澇影響極大。在不實(shí)施其它水利工程， 且嚴(yán)格執(zhí)行水域占補(bǔ)平衡的情況下， 為確保各鎮(zhèn)區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)不降低， 應(yīng)確保平原內(nèi)調(diào)蓄面積不少于55.0 km.
3.2 河道及水閘拓寬對(duì)平原排澇影響分析
拓寬骨干河道， 加大澇水輸送能力；擴(kuò)建口門水閘， 增大澇水外排能力， 是目前浙江省平原排澇最常用的工程措施之一。但由于涉及到征地、移民等政策性問題， 大范圍擴(kuò)大河道規(guī)模難度較大。
主要排澇河道有2條， 瑞平塘河向飛云江排水， 出口處河寬50.0 m, 口門水閘為南馬道閘 （3孔×6 m） ;平宋塘河向東海排水， 出口處河寬20.0 m, 口門水閘為西灣中閘 （2孔×7 m） .
根據(jù)SL 265-2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》， 建議閘室總寬與河道寬度比例不低于0.60~0.75.為分析河道和水閘規(guī)模擴(kuò)大對(duì)瑞平平原排澇的影響， 本文按閘室總寬與河道寬度比例0.60, 分析了2個(gè)措施。
措施1:瑞平塘河最小控制寬度50.0 m, 南馬道水閘擴(kuò)建至30.0 m;平宋塘河最小控制寬度20.0 m, 西灣中閘擴(kuò)建至20.0 m.
措施2:瑞平塘河最小控制寬度80.0 m, 南馬道水閘擴(kuò)建至50.0 m;平宋塘河最小控制寬度50.0 m, 西灣中閘擴(kuò)建至30.0 m.河道及水閘拓寬的影響分析見表3.
表3 河道及水閘拓寬的影響分析表 （20 a一遇）
由表3可知， 骨干排澇河道整治工程配合口門處水閘拓寬， 各特征斷面水位均有一定程度降低。榆垟、宋埠斷面水位下降4~10 cm, 農(nóng)田淹沒時(shí)間縮短10.0~28.0 h.因此， 河道及配套水閘的拓寬， 對(duì)降低卡口斷面的水位和淹沒時(shí)間效果比較明顯， 其它斷面效果不明顯�，F(xiàn)狀河閘規(guī)模下南馬道水閘內(nèi)水位-外水位-流量對(duì)應(yīng)見圖3.由圖3可知， 3日排水時(shí)間為19.0 h, 最大一潮排水時(shí)間為7.0 h.外海潮位頂托導(dǎo)致排水時(shí)間短也是影響水閘排澇效果的重要因素之一。
根據(jù)計(jì)算， 相同水利工況下， 調(diào)蓄面積降至40.0%后引起的水位壅高幅度， 略大于拓寬河道和水閘的水位降低幅度。也由此可知， 若因城市建設(shè)需要， 占用低地調(diào)蓄面積， 為了保證瑞平平原排澇標(biāo)準(zhǔn)不降低， 需要配套大量的水利工程措施。
圖3 現(xiàn)狀河閘規(guī)模下南馬道水閘內(nèi)水位-外水位-流量對(duì)應(yīng)圖
3.3 強(qiáng)排泵站對(duì)平原排澇影響分析
對(duì)于受外海潮位頂托的沿海平原來說， 泵站強(qiáng)排是經(jīng)常采用工程措施之一。它的特點(diǎn)是在自排能力不強(qiáng)的骨干河道入�？谠O(shè)置“口門泵”拉低水位， 通過以電能換動(dòng)能、以動(dòng)能換勢(shì)能， 逐級(jí)增大水力坡降、加快水流速度、加大行進(jìn)水頭， 提高河道及口門引排水能力。
為了分析泵站強(qiáng)排對(duì)瑞平平原排澇的影響， 分別在骨干排澇河道口門處設(shè)置泵站。暴雨時(shí)開啟泵站將水排入外海， 增加上游沿程水力坡降， 提高澇水輸送能力， 泵站流量考慮50 m/s和100 m/s兩個(gè)工況。泵站強(qiáng)排的影響分析見表4.
表4 泵站強(qiáng)排的`影響分析表 （20 a一遇）
由表4可知， 在口門處建設(shè)泵站強(qiáng)排， 各特征斷面最高洪水位降低0~9 cm, 淹沒時(shí)間減少10.0~27.0 h.其中， 50 m/s泵站方案水位最高降低8 cm, 淹沒時(shí)間最大減少25.7 h;100 m/s泵站方案水位最高降低9 cm, 淹沒時(shí)間最大減少27.0 h.且主要影響區(qū)域位于泵站周邊。因此， 設(shè)置強(qiáng)排泵站， 對(duì)降低泵站上游一定距離水位和淹沒時(shí)間效果較為明顯， 對(duì)于整個(gè)平原來說效果一般。
根據(jù)計(jì)算， 建設(shè)泵站對(duì)瑞平平原整體排澇影響較小。經(jīng)分析， 主要原因是： （1） 集水面積大， 相對(duì)排澇模數(shù)變化小； （2） 調(diào)蓄面積較多， 水流匯集速度慢； （3） 大型集水排水河道較少， 難以快速集水和輸送澇水。
3.4 降低水閘起調(diào)水位對(duì)平原排澇影響分析
瑞平平原現(xiàn)狀正常水位為2.76 m, 水閘起調(diào)水位為2.76 m.考慮通過加強(qiáng)汛期調(diào)度管理， 根據(jù)天氣預(yù)報(bào)提前降低起調(diào)水位， 增加河網(wǎng)容積。擬定2個(gè)調(diào)度措施。
措施3:正常水位2.76 m, 汛期提前進(jìn)行預(yù)泄， 水閘起調(diào)水位2.50 m, 預(yù)泄時(shí)間約3.0 h.
措施4:正常水位2.76 m, 汛期提前進(jìn)行預(yù)泄， 水閘起調(diào)水位2.20 m, 預(yù)泄時(shí)間約9.6 h.
降低起排水位的影響分析見表5.
表5 降低起排水位的影響分析表 （20 a一遇）
由表5可知， 通過對(duì)河網(wǎng)水位提前預(yù)泄， 各特征斷面設(shè)計(jì)洪水位和淹沒時(shí)間均有大幅度降低。降低起調(diào)水位至2.50 m后， 洪水位降低4~22 cm, 農(nóng)田淹沒時(shí)間減少18.0~50.0 h;降低起調(diào)水位至2.20 m后， 洪水位降低8~28 cm, 農(nóng)田淹沒時(shí)間減少30.0~50.0 h, 效果較為明顯。
4 結(jié)論
通過以上對(duì)4個(gè)措施的定量化分析， 針對(duì)瑞平平原的排澇問題， 可以得出：
�。�1） 平原的低地和水域調(diào)蓄能力對(duì)排澇影響較大。有較大面積的調(diào)蓄低地和水域， 是瑞平平原排澇能力較強(qiáng)的主要因素。因此， 盡可能提高水域的調(diào)蓄能力應(yīng)該是水利部門努力的一個(gè)主要方向， 主要包括擴(kuò)大水面率和調(diào)蓄濕地及足夠的農(nóng)業(yè)保留區(qū)等。
�。�2） 合理的河道、水閘、強(qiáng)排泵站規(guī)模， 對(duì)提高平原排澇能力有一定作用。但根據(jù)計(jì)算結(jié)果， 影響程度較小， 且影響范圍局限于工程區(qū)域。
�。�3） 合理的防洪排澇調(diào)度方式也可以提高水域的調(diào)蓄能力。計(jì)算表明， 根據(jù)天氣預(yù)報(bào)推測降雨量和降雨時(shí)間， 提前開啟閘門降低河網(wǎng)水位， 預(yù)留容積來承納洪水實(shí)際上是增加水域調(diào)蓄能力的另一種方式， 對(duì)指導(dǎo)抗洪救災(zāi)具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。
�。�4） 為了保護(hù)平原的水域面積， 當(dāng)?shù)卣块T應(yīng)加強(qiáng)水域和低地保護(hù)， 保證平原內(nèi)有足夠的水域面積、農(nóng)業(yè)保留區(qū)、生態(tài)保留區(qū)和水面率。同時(shí)， 合理控制城區(qū)地坪高程。
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