南方山區城市防洪規劃要點探討

官云飛，陳竽舟，賴東亮，葉林，吳德成

(1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002；2.杭州市臨安區水利水電局，浙江 杭州 311300)

城市是一個地區的政治、經濟、文化中心，是區域人口、產業、資源高度集聚的核心載體，在推動國民經濟和社會發展中起主導作用[1]。隨著我國城市化進程的持續推進，城市規模快速擴張，社會資源進一步聚集，同時受水雨工情、下墊面、水文氣象、邊界條件等因素的變化影響，使得同頻率洪水受災風險及其損失程度增加[2- 3]。另一方面，人民生活水平不斷提高，人民群眾對除水害興水利的需求與水利工程能力不足的矛盾，逐步轉變為人民群眾對水資源水生態水環境的需求與水利行業監管能力不足的矛盾[4]，城市建設對河道及沿岸景觀、環境、文化等綜合利用的需求逐步凸顯。

山區城市域內多山，河流多為山溪性河流，坡陡流急，洪水暴漲暴落，具有匯流快、預測預報難度大、峰高量大、破壞性強、地質地貌復雜、易誘發山地災害等特點[5]。傳統城市防洪工作關注重點是大江大河及大中型水庫建設與管理，目前已形成較為完善的洪水災害防御體系，但是山區城市中小流域在開發建設過程中，由于水土流失、河道水域侵占、涉水工程建設以及特定地形與氣候影響下，遭遇暴雨洪水時更容易出現災害。

目前很多城市總體規劃已近本輪規劃期末，正在開展新一輪的城市總體規劃編制，防洪規劃作為其中特別重要和相對獨立的專項規劃，應充分結合城市發展的動態及需求，為城市防洪建設提供指導，確保城市防洪安全。基于上述分析，對新形勢新常態下的山區城市防洪規劃要點進行探討具有重要的現實意義。

1 研究方法

山區性河道河底縱坡陡，水利要素變化大，因此本次研究采用一維恒定非均勻流計算方法為主，堰壩、橋梁等交叉建筑物采用寬頂堰公式概化計算。

恒定非均勻流基本方程如下：

(1)

式中，Z1、Z2—上下游斷面水位；V1、V2—上下游斷面平均流速；Q—斷面間流量；ΔS—斷面間距離；ζ—局部阻力系數；α—流速系數；K—平均流量模數。

通過實測斷面構建一維恒定流水利計算模型。根據已知的下斷面水位、流速、斷面間距離、流量、與斷面形狀有關的局部阻力系數、流速系數、流量模數，以及上斷面水位與流速的關系，利用試算法逐步尋優求解。

由于城區河段涉及橋梁等交叉建筑物較多，橋墩形狀、角度、數量、過水面積、橋梁間距等都會對橋梁上游壅水產生影響，且密集多橋時壅水影響會向上游累積，產生疊加效應[6]，因此反映橋梁壅水情況是研究重點之一。目前河道中交叉建筑物的模型參數選取研究成果較少，本次采用橋孔水力公式[7]、橋涵水文公式[8]等經驗公式進行橋梁壅水計算，并將經綜合比選后確定的壅水計算成果及相應交叉建筑物參數代入一維恒定流水利計算模型中。

橋孔水力公式如下：

(2)

橋涵水文公式如下：

(3)

式中，Δz—橋前最大壅水高度；K—壅水系數；vM—沖刷后橋下平均流速；v0M—建橋前橋孔部分的平均流速。

2 研究區概況

臨安區位于浙江省西部，東苕溪流域上游，東鄰杭州市余杭區，是杭州西部重要的工貿城市和以山水風光為特色的旅游城市，總面積3126.8km2。本次重點研究臨安區東部片區，土地面積、人口、GDP、工業增加值分別占整個臨安區的30%、65%、56%、73%，是臨安區的政治經濟文化中心。

流域內地形西北高東南低，差別懸殊，地處天目山脈，地形變化復雜，低山丘陵和寬谷盆地相向排列，交錯分布，三面環山，向杭州灣開口，形成一個東南向的馬蹄形屏障。流域地處東南沿海地區，每年7—10月間易受熱帶風暴或臺風的侵襲，每當臺風過境或受臺風邊緣影響時，挾帶大量水汽受地勢抬升作用，易形成降水過程，尤其是在9、10月間，北方有冷空氣南下時，加速冷凝，往往形成強烈的臺風暴雨。

流域內主要水系有南苕溪及中苕溪，屬典型的山溪性河流，源短流急，洪水暴漲暴落。南苕溪臨安區境內長55km，流域面積686.5km2，沿途匯入南溪、馬溪、錦溪、橫溪、靈溪、雙林溪等中小河流，集雨面積12.4～128km2，間有東苕溪流域及杭州市重要防洪大型水庫-青山水庫，位于臨安主城區及青山科技城之間。中苕溪臨安區境內長31.5km，流域面積186.6km2，沿途匯入仇溪、白水溪等中小河流，集雨面積40～42km2。研究區域水系如圖1所示。

圖1 研究區域水系圖

3 規劃要點探討

3.1 防洪現狀及存在問題

規劃區洪水災害成因一方面是受地形氣候影響，河流多為山溪性河流，坡陡流急，洪水暴漲暴落，在特定的地形和氣候條件下，洪水漫溢，極易成災。另一方面是城市建設設施布局與城市防洪工程體系不匹配，主要表現在河道內橋梁、堰壩等建筑物布置不盡合理，部分河段存在淤積問題，河道過流能力欠缺，泄流不暢；同時內部排水體系與市政排水系統不匹配，城市建設的快速推進打破原有的排水系統，導致部分區塊稍有降雨就發生內澇。

本流域目前已初步形成“上蓄、中疏、下泄、內排”的防洪減災體系，其中上蓄包括里畈水庫、青山水庫、水濤莊水庫，中疏下泄包括固堤順溪、堤防提標改造、阻水橋梁拆除等，內排主要是地勢低洼區塊新建排澇泵站，使臨安城市防洪能力得到了顯著提高，在歷年防洪減災中發揮了重大作用。目前臨安主城區防御南苕溪、錦溪、馬溪洪水能力尚未完全達到50年一遇；青山片防御南苕溪干流洪水能力基本達到20年一遇，內部排澇能力5～10年一遇；中苕溪片防御中苕溪干流洪水基本達到20年一遇，仇溪、白水溪則防洪能力不足5年一遇。

目前臨安城市防洪主要存在以下方面的問題：一是流域洪水源頭控制能力仍顯不足，城區防洪壓力較大。南苕溪臨安站以上集雨面積288km2，50年一遇3d洪量為0.85億m3。目前南苕溪上游已建有里畈水庫，壩址以上集雨面積83.0km2，占南苕溪青柯堰以上流域面積的36%，占臨安站以上流域面積的29%，占長橋以上流域面積的24%；水庫設有防洪庫容789萬m3，占50年一遇3d洪量的9.3%。現有防洪水庫控制面積的占比不大，防洪庫容占比較低，加之水庫下游河道過流能力相對有限，使得南苕溪流域洪水源頭控制能力仍顯不足。此外，里畈水庫1993年擴建工程實施時，考慮主城區防洪標準僅為20年一遇，與目前50年一遇防洪標準已不相適應。此外，錦溪、馬溪、橫溪、靈溪規劃范圍以上流域面積分別占全流域面積的24%、75%、34%、57%，目前河道上游均無控制性工程。中苕溪上游已建有水濤莊水庫，壩址以上集雨面積58.0km2，也僅占臨安區中苕溪集雨面積的31%。主城區及周邊待開發地區均位于青山水庫庫尾，受青山水庫回水頂托影響，易造成排水不暢。綜上所述，臨安城區現狀防洪壓力仍然較大。

二是河道過流能力欠缺，行洪排澇不暢。歷史上臨安城區河道由于防洪堤標準不高或者無堤防，且防洪堤質量較差，屢遭洪水掏空決堤，河道卡口眾多，蜿蜒曲折，也易造成行洪不暢。隨著經濟社會的發展，河道經過逐年整治，防洪堤標準有所提高，但是部分河段現狀過水斷面仍然偏窄，且河道內橋梁、堰壩等建筑物布置不盡合理，洪水期存在較大的阻水問題。同時部分堰前河段存在淤積，導致行洪面積縮減，泄流不暢。

三是防洪工程功能單一，與城市建設協調性不足。南苕溪、錦溪、馬溪、橫溪、靈溪、中苕溪、環青山湖是臨安城市濱水景觀的主軸線，位于臨安城市發展的核心區塊，其沿線區塊是未來臨安的重點景觀地帶。近年來臨安城區快速發展，對河流治理提出了防洪、景觀、環境、文化等綜合功能要求。根據調查了解，目前城區河道及防洪工程存在設施陳舊，堤頂路與綠化分界線不明顯，阻水建筑物較多，堰壩布置不盡合理，橡膠壩老化嚴重，景觀較為生硬單一，親水性不足等問題。

3.2 防洪分區及規劃標準

城市防洪標準的確定除與城市規模、社會經濟地位和城市洪災類型組合相關外，還與城市歷史洪災成因、自然與技術經濟條件等相關。城市因受山地或河流自然地形分隔為若干設防分區時，可根據各防護區的重要性選用不同的防洪標準[9]，不能一概而論。本次根據防洪保護對象所處的地理位置、地形條件、洪水組成等因素，以封閉包圍圈劃分防洪保護分區，如圖2所示。GB 50201—2014依據《防洪標準》，各分區常住人口一般小于20萬，當量經濟規模一般小于40萬，防洪標準應采用20～50年一遇。根據防護區的重要性、經濟社會發展趨勢、規劃用地布局、常住人口及當量經濟規模、現狀

防洪能力、可行工程措施等方面綜合考慮，從而確定各分區規劃標準，如圖2所示。

圖2 規劃分區設防標準圖

3.3 規劃工程總體布局

城市防洪規劃方案以城市總體規劃和所在流域防洪規劃為指導，從政治、社會、經濟、環境、技術等各類指標加以分析比較，從中選擇最優方案，為城市防洪工程建設提供科學決策依據[10- 11]。南苕溪、錦溪、馬溪、中苕溪現有堤線已基本定型，兩岸堤防及堤身外側均為已建城區或正處于開發建設中，向兩岸拓寬的余地不大，青山湖岸線已經劃定，橫溪、靈溪、雙林溪目前則開發程度較低。受上游控制性工程不足、交叉建筑物阻水、河道過流能力欠缺、區間洪水占比高、青山水庫回水頂托等因素影響，城區防洪壓力仍然較大。根據規劃防洪標準及現狀存在問題，擬采取 “上蓄”、“中疏”、“固堤”、 “地面高程控制”相結合的治理措施，制定如下治理方案：

“上蓄”：通過里畈水庫加高擴容、青山水庫防洪能力提升，以及仇溪上游新建高家頭水庫等措施，進一步增加上蓄工程攔蓄能力，提升水庫對源頭洪水的控制。

“中疏”：以河道整治為主，包括河道拓寬疏浚，增加行洪過水面積，確保排水通暢，提高區域水面率及雨洪滯蓄能力；阻水建筑物改造，增加過流能力；沿線堤防型式調整優化，減少行洪影響；局部河段清淤疏浚，恢復過流能力。

“固堤”：堤防加固改造，結合現狀岸段情況及治理需求，進行城區堤防修建、老堤防的固腳防沖和加固加高，以及堤防生態化改造等。

“地面高程控制”：結合城市開發建設，居住用地、工業用地、公共設施用地等重要區塊填高地面，城市綠地、公園廣場等一般區塊適當降低地面高程，改善城市環境面貌以及提高內澇防治能力。

3.4 非工程措施研究

山區城市防洪非工程措施除了建立完善防洪應急預案、水情監測與數據采集系統、防洪減災指揮決策系統等常規措施外，還應從全社會整體角度出發建立“政府主導、部門聯合、公眾參與”，具備調控性、適應性及應急性的防洪減災應急體系[12]。針對超標準洪水要做好組織、物資、思想上的準備，并科學、合理地規劃建設一批城市防洪避難安置點，使洪水災害減輕至最低程度[13]。

另外根據臨安區城市防洪形勢及特點，非工程措施還應重點關注：

(1)加強海綿城市建設，統籌自然降水、地表水和地下水的系統性，協調給水、排水等水循環利用各環節[14]。結合市政排水部門，加強城市排水管網整治，對城區內部排水渠系、排水管網進行延伸及清淤疏浚，保障城市防洪排澇安全。對局部地區由于地勢低洼，且受到河道洪水頂托、市政雨水管網排水能力不足的影響，通過設置臨時排澇設施，搶排強排城市積水，緩解城市內澇點壓力[15]。

(2)境內河流多為山溪性河流，坡陡流急，地表侵蝕與河床沖刷產生的泥沙往往容積淤積在堰壩等建筑物上游，逐年累積導致河道過流能力減小，需建立河道輪疏機制，定期不定期開展河道輪疏，確保河道行洪安全。

(3)由于臨安區所處的特殊地理位置，其主城區城東濱湖區塊及環青山湖大部分區域都位于青山水庫校核洪水位以下，考慮到青山水庫防洪的重要性，從保證水庫防洪功能出發，今后涉及庫岸周邊回填區塊的開發建設，岸線布置必須嚴格遵循《杭州市青山水庫管理和保護范圍劃定方案》確定的管理控制線坐標點以及邊坡設置的要求，堤頂或擋墻高程31.7m，地坪控制高程不得高于31.2m。其余區塊結合城市開發建設，按照控規合理控制地面標高，居住用地、工業用地、公共設施用地等重要區塊可以適當提高地面標高，城市綠地、公園廣場等一般區塊適當降低地面標高，改善城市環境面貌以及提高內澇防治能力[16]。

(4)加強河道上建設橋梁、堰壩等涉河建筑物的管理，建議現狀存在阻水影響的建筑物有條件的按照要求進行改造。規劃范圍內河道多為山溪性河道，建議少建不建實體堰壩，多采用氣盾壩、翻板壩等型式，以減少堰壩壅水影響，同時應加強氣盾壩維修養護及標準化管理，確定洪水期間安全調度運行，洪水來臨前氣盾壩擋水板置于水平。

(5)青山片南苕溪兩岸保護對象包括省科創基地、青山湖科技城、青山湖街道老鎮區，是臨安區重點開發建設中心區之一，也是杭州城西科創大走廊的重要組成部分。根據青山水庫現狀實際運行調度來看，青山片南苕溪基本達到20年一遇防洪標準，雖然能夠滿足現階段防洪要求，但隨著杭州市經濟發展逐步向西推進，城西科創大走廊產業帶不斷擴大，青山片作為臨安區科技城中心，其重要等級將進一步提升，保護范圍和人口也不斷增加。因此建議盡早開展青山水庫調度優化、青山片南苕溪防洪治澇標準與社會經濟發展的匹配性及防洪排澇能力提升研究。

(6)加強城市規劃建設與管理，協調城市防洪與城市建設的關系，開展雨洪資源化利用[17]、洪水保險[18]等相關研究。

4 結語

本文以新一輪臨安區城市總體規劃格局為背景，采用一維恒定非均勻流水力計算模型，全面系統梳理了防洪現狀及存在的問題，按照分區設防原則明確了防洪分區及相應的規劃標準，在此基礎上對工程總體布局進行安排，并針對臨安區實際情況提出了相應的規劃工程及非工程措施。相關成果可作為臨安區今后一段時期內城市防洪減災體系建設的依據，亦可為其他山區城市防洪規劃提供一定的參考。