南京主要控制站防汛特征水位核定研究

李結華，王 超，楊 勇

(南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210006)

防汛特征水位是洪水預警、防汛調度決策的重要依據，也是評價洪水量級、工程防洪能力和組織防守力量的重要指標，在防汛抗災工作中具有重要作用。水利部辦公廳《關于開展江河防汛特征水位研究的通知》(辦函[2003]33號)明確江河防汛特征水位設警戒水位、保證水位兩級，其中，警戒水位是指江河漫灘行洪，堤防可能發生險情，需要開始加強防守的水位；保證水位是指保證堤防及其附屬工程安全擋水的上限水位[1]。

防汛特征水位早期通常根據多年防汛經驗總結確定，缺少科學論證依據，近些年關于防汛特征水位確定方式已有較多研究進展[2-12]，胡余忠、李洪利等[13-14]通過建立影響人口與預警站點之間的關聯性，根據沿河地面高程確定水文站點的防洪特征水位。邸蘇闖等[15]統籌考慮河道功能、洪水預警、防汛預案、防護對象等要素，運用數值模擬、數理統計方法劃定城市防汛特征水位。劉和昌等[16]總結歸納了警戒水位設定的影響因素，提出考慮洪災損失確定警戒水位。

南京市絕大部分屬長江流域(少量屬淮河、太湖流域)，隨著區域經濟社會的快速發展，水利工程建設和防汛管理水平不斷提高，流域水情、工情發生重大變化，大部分水文站點的防汛特征水位已不能客觀、真實反映工程現狀防洪能力和防汛形勢，難以充分發揮應有的警示作用，因此，本文選取南京長江干流及滁河、秦淮河、水陽江等支流主要水文控制站點，綜合多個因素核定各站點防汛特征水位，為防汛調度及防汛搶險工作提供技術依據。

1 站點基本情況

南京長江干流、滁河、秦淮河、水陽江主要控制站點分別為南京、東山、曉橋與六合、水碧橋等，除水碧橋站為省級報汛站外，其余均為國家基本測站，各站點現狀防汛特征水位情況見表1。

表1 南京主要水文站點現狀防汛特征水位 單位：m

圖1 南京水文站網圖

2 防汛特征水位核定方法

2.1 警戒水位

警戒水位核定基于本站點及上、下上游站點現有警戒水位，通過分析年最高水位頻率、超警天數及流域水情特性等綜合確定。

(1)現有警戒水位

分析本站點及上、下游鄰近站點現狀警戒水位，是警戒水位核定的重要基礎，應做到與上下游與右岸相協調，并留有一定余地。

(2)年最高水位頻率

年最高水位頻率是分析警戒水位的重要依據，一般采用P-Ⅲ型頻率曲線法進行年最高水位頻率分析，計算相應重現期下對應水位。目前，警戒潮位重現期通常依據GB/T17839—2011《警戒潮位核定規范》取2～5年一遇[17]，其他河湖警戒水位重現期可參照我國各地曾研究使用的隨機分析理論方法選取，一般可取1.3～6年一遇，根據不同防御目標，一般可分為4個等級：

Ⅰ類：設防標準最高，警戒水位可防御一般洪澇災害，重現期為6年一遇(P=16%)；

Ⅱ類：設防標準較高，警戒水位可防御偏澇災情，重現期為4～2年一遇(P=25～50%)；

Ⅲ類：設防標準一般，警戒水位可防正常水情的上限，重現期為2～1.7年一遇(P=50～60%)；

Ⅳ類：設防標準較低，警戒水位可防正常水情的下限，重現期為1.7～1.3年一遇(P=60～75%)。

(3)超警天數

適宜的年均超警天數，不僅使警戒水位能夠起到警戒作用，又避免頻繁發布警戒水位，使防汛隊伍疲于奔命，一般可按0.10m為統計水位段進行日平均水位達到或超不同等級的天數分析。

(4)流域水情特性

分析流域水情特性為防汛工作預留合適的警戒時間，避免發生以下兩種情況使警戒水位失去警戒作用：一是流域洪水位漲落快速，警戒水位過高，達到警戒水位后短時間內出現保證水位的洪水來臨；二是流域洪水位漲落緩慢，警戒水位過低，頻繁預警、有警無險。

2.2 保證水位

保證水位核定基于本站點及上、下游站點現有保證水位，根據河道規劃設計水位、堤防現狀防洪能力、成功抵御歷史洪水等因素確定。

(1)現有保證水位

分析本站點現有保證水位能為核定工作提供基礎，部分站點缺乏保證水位，上、下游鄰近站點現有保證水位也可以作為分析依據。

(2)規劃設計水位

河道規劃設計水位是分析堤防現狀防洪能力的重要指標之一，通常根據流域防洪標準分析計算或已有規劃成果確定。

(3)堤防現狀防洪能力

根據河道堤防斷面尺寸、堤頂高程、安全穩定性及近期(一般5年以內)將實施的防洪工程等因素，分析堤防現狀防洪能力。堤防防洪能力已達到規劃設計標準的河段，保證水位可選用規劃設計水位，若達標堤防建成時間較長，考慮實際防汛及日常管護問題，保證水位在規劃設計水位的基礎上可適當降低。

(4)歷史防御洪水情況

分析河道堤防歷史洪水防御情況，是檢驗堤防防洪能力的重要依據。堤防尚未達到規劃設計標準的河段，保證水位可按安全防御相應的歷史洪水位確定；若安全防御的歷史洪水位高于規劃設計水位，則需要考慮河段水情、工情合理確定。

3 防汛特征水位核定結果

3.1 警戒水位

長江南京站及上游馬鞍山站、下游鎮江站現狀警戒水位分別為8.50、10.00、7.00m，根據表2，南京站2～5年一遇年最高水位為8.49～9.23m，考慮適宜年均超警天數5～15d，由圖2(a)知相應警戒水位可取8.5～9.1m，長江干流南京段水位漲落相對緩慢，1954、1998、1999、2016年等典型年日最高潮位超8.50m和8.70m水位天數基本相當，經過多年水利工程建設流域防洪能力明顯提升，現有警戒水位偏低，南京站警戒水位可調整至8.70m。

表2 南京站不同重現期潮位值 單位：m

秦淮河東山站現狀警戒水位為8.50m，根據表4，警戒水位等級?、蟆纛?，相應水位為8.63～9.09m，考慮適宜年均超警天數5～15d，由圖2(b)可知，警戒水位可取8.8～9.0m，現狀警戒水位也偏低，但流域洪水漲落較快，從安全角度考慮，東山站警戒水位可適當提高至8.80m。

滁河曉橋站現狀警戒水位為9.50m，根據表4，警戒水位等級?、蟆纛?，相應水位為9.09～10.00m，考慮適宜年均超警天數5～15d，由圖2(c)可知，警戒水位可取9.5～9.6m，流域中上游洪水陡漲陡落，從偏安全角度考慮，曉橋站警戒水位可維持9.50m不變。

滁河六合站現狀警戒水位為7.85m，根據表4，警戒水位等級取Ⅲ～Ⅳ類，相應水位為7.67～8.23m，考慮適宜年均超警天數5～15d，由圖2(d)可知，警戒水位可取7.9～8.2m，滁河六合城區段洪水漲落相對緩慢，堤防防洪能力較高，六合站警戒水位可調整至8.20m。

水陽江水碧橋站現狀警戒水位為10.00m，上游鄰近水陽站警戒水位10.50m，根據表4，警戒水位等級?、蟆纛?，相應水位為10.02～10.87m，考慮適宜年均超警天數5～15d，由圖2(e)可知，警戒水位可取10.50～11.00m，水陽江下游近期防洪治理工程已實施完成，流域防洪能力明顯提升，水碧橋站警戒水位可調整至10.50m。

表4 各站點不同等級警戒水位值 單位：m

圖2 各控制站超不同等級水位多年平均天數統計圖

3.2 保證水位

長江南京站現狀無保證水位，上游馬鞍山站、下游鎮江站保證水位分別為11.95、8.59m。1954年長江發生全流域性洪水，南京站出現歷史最高水位10.22m，受災嚴重，此后兩岸江堤按流域規劃水位10.60m進行多次加固，并成功抗御1998年歷史第二高洪水位10.14m， 2010年以來又按規劃實施防洪能力提升工程，但整體防洪能力尚未完全達到規劃標準要求。綜合考慮，南京站保證水位可采用1954年歷史最高洪水位10.22m。

表3 南京站典型年份日最高潮位超不同等級水位情況統計 單位：d

秦淮河東山站現狀無保證水位，干流堤防按照流域規劃進行了加固建設，但尚未達到城市防洪規劃100年一遇水位11.72m要求，成功防御2016年流域歷史最高洪水位11.44m。綜合考慮，東山站保證水位可采用安全防御的2016年洪水位11.44m。

滁河曉橋站及上游吳港站、下游汊河集閘現狀保證水位分別為12.10、12.88、12.50m。1991年曉橋站出現歷史最高水位12.63m，發生破圩險情，成功防御2008年流域洪水(曉橋站水位12.62m)，近期滁河堤防按照流域規劃水位12.57m進行了加固建設，三汊灣閘以上干流及馬汊河分洪道堤防防洪能力基本達標。綜合考慮，并與《滁河洪水調度方案》一致，曉橋站保證水位提高至12.50m。

滁河六合站現狀保證水位9.90m，1991年六合站出現歷史最高水位10.47m，發生破圩險情，此后三汊灣閘以下干流及分洪道堤防按照流域規劃水位9.90m進行了加固建設，2016年成功防御流域洪水(六合站水位9.97m)。綜合考慮，六合站保證水位可采用2016年最高水位9.97m。

水陽江水碧橋站現狀無保證水位，相鄰安徽水陽站保證水位12.70m，1999年水陽江水碧橋站出現歷史最高水位13.80m，2016年水陽江大洪水，水碧橋站水位13.59m，南京市均成功抵御(流域上游多處破圩)，近期水陽江下游干流堤防按照流域規劃水位12.80m實施完成防洪治理工程。綜合考慮，水碧橋站保證水位可采用規劃水位12.80m。

表5 各站點防汛特征水位核定成果表 單位：m

4 結論

經核定的防汛特征水位更加有利于防汛工作開展，降低洪水致災風險。由于河道警戒水位、保證水位的確定非常復雜，隨著自然條件的改變和社會經濟的發展，水情、工情也在不斷變化，其合理性、科學性還需要通過大洪水進一步驗證，結合實際情況進行相應調整，建議對流域防汛調度及決策有重要作用的中小河流，可以根據需要開展防汛特征水位確定工作。同時，防汛特征水位的核定方法還有待于今后進一步深化研究。