基于MIKE FLOOD的洪澤湖周邊滯洪區滯洪方案研究

楊萬紅，王 凱，曹命凱

(江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225127)

1 基本情況

1.1 區域概況

洪澤湖周邊滯洪區位于江蘇省洪澤湖周邊，包含了洪澤湖大堤西側、廢黃河南側、泗洪西南高地東側及盱眙縣沿洪澤湖、沿淮河地區的圩區和部分坡地，該滯洪區從洪澤湖周邊蓄洪墾殖圩堤起往上至校核洪水位，高程范圍為12.33～16.83m(國家85高程，下同)，總面積為2132km2，涉及淮安、宿遷兩市的淮陰區、洪澤縣、盱眙縣和宿城區、泗洪縣、泗陽縣六縣(區)部分地區，還有省屬洪澤湖農場、三河農場，共54個鄉鎮，總人口328.5萬，耕地269.6萬畝。

高程16.83m以下的滯洪庫容為41.6億m3，約為洪澤湖防洪庫容的30%。

1.2 存在問題

根據《淮河洪水調度方案》[1]，當洪澤湖水位達到14.33m且繼續上漲時，濱湖圩區破圩滯洪。當洪澤湖發生1954年洪水或更大的洪水時，洪澤湖周邊滯洪區需要進行滯洪，然而受到洪水量級和滯洪區地形的影響，滯洪區一次性滯洪后仍會有部分地區沒有被淹沒，這些地區的人口遷移和因此帶來的經濟損失就是一種浪費[2]。分級滯洪可以實現滯洪總面積的減少，從而減少了不必要的人口遷移量和經濟損失，為國民經濟的發展騰出更多的空間[3]。

2 研究思路

2.1 計算方法

采用MIKE FLOOD軟件建立洪澤湖地區一、二維耦合水動力模型，包含洪澤湖湖區、洪澤湖周邊滯洪區、鮑集圩行洪區、潘村洼行洪區及區域附近高地，總面積約4396km2(如圖1所示)。區域內重要河道采用一維水動力模型進行模擬，包括淮河干流、懷洪新河、池河、新汴河、新濉河、徐洪河、西民便河等128條；洪澤湖滯洪區、洪澤湖湖區及部分高地采用三角形網格進行剖分模擬，網格總數為85894個；此外還考慮了0.5m以上高度的堤防、道路等線性建筑物以及重要水工建筑物。模型中邊界條件包括上游入湖流量過程和下游出湖水位流量關系[4]。

2.2 分級方案

洪澤湖周邊滯洪區大大小小分布了超過300個圩區，總面積約1030km2，各圩區相對獨立，為分級滯洪提供了有效的基礎條件。采用GIS工具統計不同高程范圍內的圩區分布情況見表1。

由表1可知，分布在14.33m以下的總計為194個，總面積為658.3km2，占圩區總數和圩區總面積的63%左右；分布在15.03m以下的圩區總計283個，總面積920.6km2，占圩區總數和圩區總面積的90%左右。基圩區域內地形地貌及人口經濟情況，結合現有調度原則，提出4種分級滯洪方案，見表2。

圖1 洪澤湖地區耦合模型一維河網及二維網格

表1 洪澤湖周邊滯洪區圩區高程分布情況

表2 洪澤湖周邊滯洪區滯洪方案

考慮到入海水道二期工程實施后，洪澤湖遭遇50年一遇或更小的洪水時，洪澤湖水位達不到14.33m，洪澤湖周邊滯洪區無需破圩滯洪[5]，結合淮河流域相關規劃，本次研究方案中，洪澤湖洪水量級定位為100年一遇、300年一遇和2000年一遇三種情況，每種洪水量級組合4種滯洪方案，本次耦合模型計算方案總計16個。

2.3 率定驗證

模型構建完成后采用1991年和2006年汛期實測雨量、水位進行率定，該模型率定參數主要是不同地貌條件的糙率，率定成果見表3。

表3 模型糙率率定成果

采用2003年6月26日—2003年7月31日、2007年7月1日—2007年8月3日實測雨量、水位資料進行驗證，驗證采用水文站包括蔣壩、老子山、臨淮頭、尚嘴和香成莊5個，如圖2所示。

根據模擬水位與實測水位值對比可知，蔣壩、老子山、臨淮頭、香成莊、尚嘴最高水位差值均小于0.11m，見表4，水位均值差小于0.04m，水位變化趨勢、最高洪水位到達時間基本一致，說明該模型模擬成果相對合理和準確，能夠反映實際洪水發生時洪水演進情況。

3 成果分析

3.1 計算成果

洪澤湖周邊滯洪區對洪澤湖來水起到一定的滯蓄作用，可以削減洪澤湖洪水的洪峰。實質上滯洪區就是起到一種洪水風險轉移的目的，將人口稠密、經濟發達區域的洪水風險轉嫁到滯洪區內，以確保最終的洪災損失最小。針對洪澤湖地區的實際情況，選取了以下4個指標作為判斷方案優劣的標準：最高水位、最大下泄流量、洪災損失、影響人口。

圖2 模型驗證實測水位與計算水位對比

表4 模型驗證水位站最高水位對比 單位：m

(1)最高水位。洪澤湖(蔣壩站)水位是洪澤湖重要的水情要素，其數值的高低直接代表了洪澤湖及下游地區的洪澇風險程度，是國家對洪澤湖地區進行水利調度的重要決策依據。

(2)最大下泄流量。洪澤湖洪水主要通過三河閘、二河閘和高良澗閘排泄，其排泄最大流量直接影響著下游防洪工程的安全，是描述下游保護區洪水風險的重要指標。

(3)洪災損失。滯洪區內洪災損失是指因洪水的發生，淹沒了農田房屋、沖毀了道路橋梁等帶來的經濟損失，該參數是反應洪水災害最直接的參數。

(4)影響人口。為了規避洪水風險可能帶來的人身傷害，在洪水發生前期，滯洪區內根據相關規定會進行必要的人員轉移安置，這部分人口是直接受到洪水影響的，與洪水量級、淹沒范圍成正相關。是描述洪水風險最根本的指標。

根據計算結果，如果洪澤湖周邊滯洪區不啟用，當洪澤湖發生100年一遇、300年一遇、2000年一遇洪水時，洪澤湖最高水位將分別達到5.17、15.91、18.25m。根據相關研究，當蔣壩水位超過15.03m時，洪澤湖大堤潰堤風險將穩步提高[6]，當洪澤湖發生100年一遇或更大的洪水時滯洪區的啟用勢在必行[7]。

由表5可知，對于100年一遇設計洪水，一次性滯洪洪澤湖最高水位最小、下泄最大流量最小，下游風險最小，但滯洪區損失最大；對于300年一遇一次性滯洪面積最大，但削峰效果最差，是因為滯洪后滯洪區有一定的水位，后期入湖洪水進入滯洪區流速變緩，洪水演進時水力坡度在這里起到主導作用；2000年一遇的洪水，不同滯洪方案影響相差較小，該洪水量級下，洪水演進時洪量起主導作用。因此，并非一次性滯洪就能實現最好的滯洪效果，對于不同的洪水量級應當考慮不同的滯洪方案。

3.2 方案優選

采用模糊優選法選取不同洪水量級的最優滯洪方案，首先需要計算不同的指標的隸屬度及目標權重，然后計算相對優屬度向量，見表6—8，根據相對優屬度量的大小選擇最優方案。

隸屬度是用來描述元素接近模糊集的一個函數，在本案例中模糊集可以理解為目標的最優解[8]。由隸屬度成果可知，只有2000年一遇洪水時，最優目標均出現在同一方案中，其他洪水量級最優目標發生在不同的方案中，見表9。

表5 各方案評價參數統計情況

表6 100年一遇方案目標對優的相對隸屬度

表7 300年一遇方案目標對優的相對隸屬度

表8 2000年一遇方案目標對優的相對隸屬度

表9 各目標權重計算

最后計算各方案的相對優屬度μj，得100年一遇、300年一遇、2000年一遇設計洪水各方案相對優屬度向量分別為：(0.898，0.939，0.885，0.939)、(0.995，0.999，0.998，0.997)、(0.999，1.000，0.999，0.999)。由此可知，對于100年一遇設計洪水條件，“分級滯洪一”和“分級滯洪三”最優；300年一遇和2000年一遇設計洪水條件下，“分級滯洪一”最優。綜合上述優選結果，分級滯洪方案優于原始滯洪方案，且“分級滯洪一”基本適用于所有工況，故將高程在13.33m以下的圩區作為一級圩區優先啟用。

4 結論

洪澤湖周邊滯洪區分級滯洪能夠很好地降低洪災損失；對于不同的洪水量級，并非一次性滯洪就能獲得最好的削峰效果，不同的滯洪方案能夠取得不同的削峰效果；洪水量級越小，分級滯洪降低災害損失效果越明顯；洪澤湖分級滯洪時，采用13.33m作為分級高程，即13.33m以下圩區優先啟用。二維水動力模型模擬洪澤湖洪水演進過程時，能夠模擬出洪水在湖口(如溧河洼、淮干三灘端等地)的壅高現象，相對于純水文的計算方法更加合理可靠[9]。