諸暨市浦陽江洪水風險圖編制研究

(浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002)

浦陽江是錢塘江下游的一條主要支流，流域面積3452km2，干流長150km，流經浦江、諸暨、蕭山三縣(市)。錢塘江流域歷來洪災頻繁，每次受災損失巨大，與區域經濟發展對防洪的要求不相稱。浦陽江的防洪任務主要是保護諸暨城關以及沿江兩側眾多湖畈的安全[1]。

編制洪水風險圖是一項防洪減災的基礎性工程，也是貫徹落實“由控制洪水向洪水管理轉變”新時期防洪理念的重要舉措[2]。江河洪水風險圖，綜合反映江河在發生不同設計頻率洪水時，在流域面積內可能造成的潰堤、淹沒范圍、水深，災害損失、受洪水威脅人口、城鎮等[3]。浙江省多年來的應用與實踐證明，洪水風險圖不僅可為各級防汛指揮機構合理制定應急響應預案、部署防汛搶險、進行洪澇災情評估提供基本信息，而且有助于各級水行政主管部門科學進行防洪治澇工程和非工程體系的規劃、建設和管理，可有效減輕洪澇災害損失[2-4]。可見，編制浦陽江洪水風險圖是十分必要的。

1 編制范圍

浦陽江流域干流河道包括浦陽江，東江、西江，開化江、大陳江等支流，以及沿江兩岸眾多湖畈。洪水風險圖的編制，考慮到防洪保護區的歷史受災情況，確定具體范圍為大侶湖至湄池、東江以西，總河長約26.7km，影響范圍約69.3km2。上游邊界至大侶湖、連七湖分界線，下游邊界至諸暨、蕭山交界，位于直埠各山體以東，東江以西，包括店口工業區，以平原、盆地地形為主。浦陽江水系及洪水風險圖編制范圍示意圖如圖1所示。

圖1 浦陽江水系及洪水風險圖編制范圍示意圖

2 編制思路

浦陽江流域洪水風險圖編制內容主要包括：?確定編制范圍；?資料收集、整編和分析；?洪水分析模型建立和方案計算；?災情統計和評估；?洪水風險圖繪制等。參考其他流域和蓄滯洪區的風險圖編制經驗[5-7]，結合浦陽江編制區域的特點，擬定本次洪水風險圖的具體編制思路見圖2。限于篇幅，本文僅對洪水分析模型建立、方案分析計算、災情評估、洪水風險圖繪制進行詳細論述。

3 洪水分析模型

3.1 洪水來源分析

本次洪水風險圖研究范圍為大侶湖—湄池，主要的洪水來源包括上游干支流洪水(浦陽江、大陳江、開化江、五泄江、楓橋江)、區間暴雨洪水、下游錢塘江洪水和潮水頂托。

3.1.1 上游干支流洪水

上游干支流洪水主要來源是浦陽江、大陳江、開化江的天然洪水影響。對防洪保護區的主要影響是造成堤防潰決，導致洪水泛濫進入防洪保護區。1949年以后，浦陽江流域新建多座防洪水庫，中游興建高湖分洪工程，下游拓浚河道，裁彎取直順暢水勢，并全線加高加固堤防，外拒洪水，沿山開渠，電力排澇等水利措施內排澇水。對浦陽江流域防洪起關鍵作用的是安華、陳蔡、石壁三座水庫。考慮水庫防洪作用后，上游干支流洪水來源主要為上游水庫削峰后的下泄過程與區間洪水(水庫至干支流匯合口)疊加影響。

3.1.2 區間暴雨洪水

區間暴雨洪水主要來源為沿江防洪保護區泵站(湖畈)和主要沿山排洪渠道。諸暨沿江湖畈眾多，這些湖畈地勢低洼，人口和農田眾多，建有堤防用以抵御外洪，電排強排用以減輕內澇，如后側較大山體匯水，還常設撇洪渠道。編制范圍內沿江湖畈主要有連七湖、月塘湖、黃潭解放湖、橫山湖等，均相應設有電排站，主要撇洪渠道有店口排洪渠。沿江電排對干流水位和持續時間具有顯著的影響。

3.1.3 下游錢塘江洪水、潮水頂托

浦陽江發生大洪水，遇下游大潮或洪水頂托，則洪水宣泄不暢，極易在諸暨城關—湄池一帶附近造成洪水停滯，嚴重危脅兩岸農田村鎮安危，易釀成重災。

3.2 模型建立

洪水風險分析應依據區域洪水特性、洪水風險圖類別、工程情況及基礎資料情況等因素選擇水文學法、水力學法、實際水災法等一種或多種方法[8]。水力學法最為完備，可提供淹沒范圍、水深分布、淹沒歷時、流速、洪水到達時間等信息[4]。洪水分析采用水力學法，在河道建立一維水動力學模型用于推求不同洪水頻率的河道流量水位[5]，在湖畈保護區建立二維水動力學模型用于分析堤防潰決后洪水演進[6]。

圖2 洪水風險圖編制思路示意圖

3.2.1 一維水流模型

(1)模型控制方程式

(1)

(2)

式中Z、Q、F、V和K——分別表示某一時刻t及在某一空間位置s斷面的水位，m；流量，m3/s；相應過水斷面面積，m2；斷面平均流速，m/s；流量模數，m3/s；

Q——單位河長旁側流量，m2/s。

本數學模型考慮河道、圍區、閘、橋梁等因素，能適用于河道洪流演進影響的定量分析計算。

b.模型概化。模型范圍為干流安華水庫以下—浦陽江河口，其中：浦陽江干流段(安華水庫至茅渚埠)，河長約33.8km；浦陽江西江(茅渚埠至東西江匯合口)，河長約26.0km，浦陽江東江(茅渚埠至東西江匯合口)，河長約30.9km；浦陽江(湄池至聞家堰)，河長約31.9km。按照斷面間距不超過500m、河道形態變化顯著的河段需布置、橋閘壩堰等工程需布置，共布設河道斷面113個(圖3)。

圖3 一維模型概化圖

模型共有8個邊界，干流上邊界1個，浦陽江安華水庫，為流量邊界；支流邊界6個，分別為大陳江龍潭、開化江毛村灘、五泄江水磨頭、楓橋江駱家橋、凰桐江橫力口、永興河豐產堰等，均為流量邊界；下邊界1個，為聞家堰水位邊界。流域50年一遇的邊界過程如圖4所示。

圖4 流域50年一遇邊界過程

c.模型驗證。浦陽江流域自1990年以來，僅有1994年6月、1997年7月、2011年6月發生超過5年一遇的洪水，因此，水利計算模型率定、驗證分別采用就近的“19970709”“20110616”兩次大水，最能反映浦陽江防洪的實際情況。 其中“19970709”梅雨型洪水，浦陽江重要水位站湄池站實測水位和計算水位如圖5所示，可見所采用的洪水演進方法及模型參數是合理的，可用于工程方案比較計算。

圖5 19970709洪水，湄池站水位過程(計算、實測)

3.2.2 二維水流模型

a.模型控制方程式。連續方程：

(3)

運動方程：

=0

(4)

=0

(5)

式中h——水深,m；

ζ——水位,m；

p，q——x，y向的單寬流量,m3/s·m；

f——風阻力系數；

V，Vx，Vy——風速,m/s；

Ω——科里奧利參數；

pa——大氣壓,kg/m·s2；

ρw——水的密度,kg/m3；

τxx，τyy，τxy——剪切應力分量。

b.模型概化。根據洪水潰口可能淹沒的最大范圍，進行二維地形概化，浦陽江二維地形范圍包括：連七湖、月塘湖、解放湖和橫山湖。網格劃分時以計算區域外邊界、區域內堤防、阻水建筑物、較大河渠、主要公路、鐵路作為依據，采用不規則三角形網格。湖畈網格特性見下表，其中黃潭解放湖二維地形概化如圖6所示。一維水流模型計算出潰口處的流量和水位，作為二維水動力模型的入流邊界，由此計算湖畈內的洪水演進。

編制區域內各湖畈基本特性表

圖6 黃潭解放湖二維地形概化網格及潰口E位置

c.潰口設置。潰口數量的選擇主要考慮河道險工、彎道、城市村莊分布等情況。該次分析選取的6個潰口主要位于歷史險工險段、河流轉向對沖處、防洪薄弱處。潰口A～F分別位于西江右岸連七湖堤防公埂段、西江右岸連七湖堤防、西江左岸月塘湖堤防、東江左岸連七湖安家埠堤段、西江右岸黃潭解放湖堤段、浦陽江右岸店口堤段。

潰口寬度及其發展過程以浦陽江實際潰口的統計作為選擇依據，潰口底高程取潰口處堤防兩側較高的地面高程。潰口A～F的寬度分別確定為150m、100m、70m、230m、130m、120m。潰口處流量采用寬頂堰流公式計算。

3.3 計算方案及成果

3.3.1 分析計算方案

通過對洪水來源及其特點進行分析，考慮不同洪水重現期(20年、50年、100年一遇)、典型歷史洪水(1997年7月9日洪水、2011年6月16日洪水)、堤防潰口方案等情況，最終確定防洪保護區的洪水風險計算方案[6]。浦陽江洪水風險圖共設置10種方案。

3.3.2 潰口方案成果

根據擬定的分析計算方案，得到潰口方案成果，限于篇幅，本文僅展示方案1的成果分析。

方案1，設計工況50年一遇潰口計算。根據流域，50年一遇洪水，該次風險圖編制范圍的潰口湖畈有：連七湖、黃潭解放湖。具體倒堤過程如圖7和圖8所示。

連七湖50年一遇(潰口A)情況，潰口發生3～5h內，湖畈整體淹沒深度已經超過1m；潰口發生后，約36h后，湖畈淹沒水位達到最高，約9.7m，此時湖畈平均淹沒水深達4.5m。

黃潭解放湖50年一遇(潰口E)情況，潰口發生2h內，湖畈整體淹沒深度已經超過1m；潰口發生后，約10h后，湖畈淹沒水位達到最高，約11.0m，此時湖畈平均淹沒水深達6.0m。

流域按20年一遇整體設防，經大力搶險，流域絕大部分區域仍可確保防洪安全。因此，設計工況下，潰口主要出現在50年一遇、100年一遇洪水工況。

圖7 連七湖潰口A倒堤過程50年一遇

圖8 黃潭解放湖潰口E倒堤過程50年一遇

4 洪水影響與災情評估

洪水影響分析主要包括淹沒范圍和各級淹沒水深區域內社會經濟指標的統計分析、洪災損失評估等。災情評估主要利用GIS分析工具，將洪水水情特征分布圖層和社會經濟數據庫關聯的土地利用分布圖層通過空間地理關系進行疊加分析，計算洪水淹沒范圍內不同的社會經濟財產類型及數量[7]。采用“損失評估軟件”，結合 GIS 平臺進行統計分析得到各潰堤洪水分析方案洪災損失。

分析損失情況，橫山湖為店口鎮中心，面積大、人口密集、工業密集，黃潭解放湖現階段已改造為工業區，新興工商業企業較多，且有店口港所在，因此，黃潭解放湖、橫山湖是防洪過程的保護重點之一。另外，連七湖不同頻率洪水方案、不同潰口方案之間的損失數據、比例相差不多，且損失數值均較大，月塘湖、黃潭解放湖與之類似，主要是因為編制范圍內地勢低平，基本無阻攔物，因此減小洪水對堤防壓力、加固現有堤防設施，是湖畈防洪的主要手段。

5 洪水風險圖繪制

繪制洪水風險圖的軟件使用“洪水風險圖繪制系統FMAP”。該系統主要為洪水風險圖編制工作提供了繪制洪水風險專題圖件的平臺，用于繪制符合相關標準和規范的基礎洪水風險圖，為用戶提供淹沒水深、歷時、流速、到達時間等洪水風險圖數據檢查、制圖、排版、優化、出圖等功能。本文僅展示與潰口方案展示成果對應的方案1的淹沒水深圖(見圖9)。

圖9 浦陽江50年一遇設計洪水淹沒水深圖

6 結 語

對浦陽江洪水風險圖編制區域，采用水力學法進行洪水風險分析，在河道建立了一維水動力學模型，在湖畈保護區建立二維水動力學模型，根據洪水特點及歷史受災等情況，擬定了湖畈的各種潰口，形成組合計算方案，得到淹沒范圍、水深分布、流速、洪水到達時間等要素，并通過災情評估軟件計算各方案洪災損失，得到如下結論：

a.遇流域20年一遇洪水，必須啟用高湖分洪，預計諸暨洪水位仍有可能達吳淞14.55m以上，湄池洪水位超過吳淞12.47m。如此時，個別湖畈發生倒堤事故，客觀上可降低高潮的洪水風險，緩解其余湖畈的防洪壓力。

b.遇流域50年一遇洪水，除諸暨主城區以外，諸暨市諸暨—湄池區間沿岸大多數湖畈均有可能已破堤進水。流域出現潰口事故將是大概率事件。

c.遇流域100年一遇洪水，力爭流域內諸暨主城區等最重要保護對象防洪安全，其余湖畈均可視防汛實際情況擇機棄守。

d.分析洪災損失，可見黃潭解放湖、橫山湖是防洪過程的保護重點。加固現有堤防設施，是湖畈防洪的主要手段。

e.現有的浦陽江洪水風險圖編制范圍僅考慮西江西岸、橫山湖、東西江之間的區域，結合歷史洪水的發展情況，建議在允許的條件下，將東江右岸、五泄江上下游以及其他常發生洪水風險的支流沿岸納入編制范圍，完善浦陽江流域洪水風險圖的編制。

[1] 陳志剛，王超，李少卿,等.錢塘江流域綜合規劃修編[R].杭州：浙江省水利水電勘測設計院，2010.

[2] 周毅.浙江省洪水風險圖的編制與實踐[J].中國水利，2005(17)：20-21,16.

[3] 李立國，蔡國民，李景才.寧波市洪水風險圖初步研究[J].浙江水利科技，2002(4)：9-11.

[4] 向立云，徐憲彪.洪水風險圖編制規劃方法探討[J].中國防汛抗旱，2010(3)：56-59.

[5] 潘向軍，樓玉先，邱志章.基于一維水力學法的小流域洪水風險圖編制[J].浙江水利科技，2008(3)：6-8.

[6] 李巖，秦琳，唐慧慈.德州市重點區域洪水風險圖編制研究[J].山東水利，2015(9)：45-46.

[7] 鄭敬偉，王艷艷，孫德威.杜家臺蓄滯洪區洪水風險圖編制[J].中國防汛抗旱，2010(5)：64-67.

[8] 國家防汛抗旱總指揮部辦公室.洪水風險圖編制導則[K].北京：國家防汛抗旱總指揮部辦公室，2010.

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