城市河流防洪能力提升對策分析

李柯，江欣，萬 偉

（湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北 武漢 430070）

0 引言

黨的十九屆五中全會提出，堅持人民至上、生命至上，把確保人民群眾生命財產安全放在首位。近年來，受氣候變化和人類活動影響，國內氣候形勢愈發復雜多變，水旱災害的突發性、異常性、不確定性更為突出，局地突發強降雨等極端事件明顯增多，洪澇災害多發重發的態勢愈發強烈，防洪保安能力的不足制約了經濟社會的高質量發展。因此，必須完善水利基礎設施中的薄弱環節，解決人民群眾最關心、最直接、最現實利益的安全問題，筑起保障人民生命財產安全的牢固防線。

本文以某城市河流綜合治理為例，為將其防洪能力提高至50 a 一遇、排澇能力提高至20 a 一遇，提出增加調蓄區、擴寬河道、堤防退建加高和新建外排泵站等措施[1]。通過對方案實施條件和實施效果進行分析，選擇更為合理的治理對策。

1 防洪現狀及存在的問題

1.1 防洪體系

某河流全長28.45 km，流域面積299.9 km2，上游為崗地丘區，下游流經城區。上游崗地丘區建有水庫3座，流域面積占排區總面積的8%，由于山區洪水陡漲陡落，洪水歷時一般不超過24 h，且水庫調蓄庫容不大，洪水過后水庫水位會降低至汛限水位，庫內滯留的洪水會盡快下泄，與湖區洪水調蓄歷時一般長達15 d 相比，上游水庫僅可調峰削峰，但幾乎無法攔蓄水量，在模型計算時，調蓄演算計算時段一般取1 d，24 h 內的削峰對計算成果幾乎無影響，因此本次不考慮上游水庫的調蓄影響；中下游沿線有主要湖泊10個，承接區間來水，并通過港渠與河流相通，汛期根據水位高低流動，部分連通港可通過涵閘調度控制；河流出口建有涵閘，外江水位低時，開閘自排，外江水位高時，關閘擋水，通過流域內外排泵站提排，泵站進水港與河流或者湖泊相連。綜上所述，某河流的防洪任務亦相當于流域的排澇任務[2]。

經過系統謀劃，提出了上游水庫攔蓄、中下游湖泊蓄滯、下游閘站泄洪、全段堤防擋洪相配合的防洪工程體系。流域內31.3 km2范圍可由兩座泵站獨立排澇，本次不再考慮，分析對象為剩余268.5 km2排澇范圍。區域防洪體系如下：

（1）調蓄水庫

流域內現有中型水庫1座，小型水庫2座，水庫溢洪道均為自由溢流方式，溢洪道堰頂高程與正常蓄水位平齊。

（2）調蓄湖泊

流域內主要有10 個湖泊，分布于河流兩側，主要承接上游丘陵區來水、汛期調蓄水量。

（3）主要排水河渠

某河流從城區中心穿流而過，擔負著城區防洪、排澇和調蓄洪水的任務，是城市的主要排水通道。另有湖泊與河流的連通港渠若干，是河流洪水進入湖泊調蓄的重要通道，在洪水調度中起到至關重要的作用。

1.2 存在問題

多年以來，某河流已進行了多次規劃，城市規劃及區域規劃均對河流的治理提出了要求。經多次治理，防洪工程體系已基本形成[3]，由于受投資政策和資金限制，部分設計方案未能有效落實，部分河段仍存在薄弱環節。目前存在的主要問題有如下幾點：

（1）洪澇災害時有發生。近年來，城市洪澇災害頻發，造成了人民生命財產的巨大損失，嚴重威脅了經濟社會穩定，影響了區域的和諧發展。每次發生洪澇災害的應急救援及災后恢復，組織調用了大量的人力和物資，造成了極大的資源浪費，急需對河流進行綜合整治，能夠一勞永逸的解決標準內防洪保安問題，為保護區內經濟社會高質量發展奠定基礎條件。

（2）現狀防洪標準尚有不足。部分河段雖已進行過治理，但由于未能完全按設計標準實施，疏浚開挖深度未能達到設計要求，部分堤防堤頂高程仍有不足，防洪能力與設計要求尚有差距。隨著經濟社會的發展，城市的不斷擴張建設，河流保護圈對防洪保安提出了更高的要求[4]，現有標準與區域發展水平不相適應，本次急需對河流進行綜合整治，提升其防洪排澇能力，保障區域防洪安全。

（3）城區防洪壓力大。河流穿城而過，左右岸防洪保護圈相對獨立，各自通過湖泊調蓄，泵站提排內部澇水。但目前河流堤防防洪標準不能滿足設計標準，當河流發生超標準洪水時，河流上游來水仍需與城區澇水一起由外排泵站排除，由于上游來水面積大，水量多，往往擠占了城區澇水排除幾率，加之河流出口受外江水位頂托，洪水宣泄不暢，導致城區長時間維持高水位，無形中加大了城區防洪壓力，不滿足洪水不入城的防洪理念[5-6]。本次急需對河流進行疏浚，加高加固兩岸堤防，提升其綜合防洪排澇能力，盡量滿足依靠河道傾瀉上游來水。

（4）現有岸線駁雜，不符合生態要求。城市河流需兼顧城市水景觀要求，而現狀由于缺乏有效的治理與管護，河流兩岸岸線被擠占，河岸保護范圍內存在違法建設現象；岸坡缺乏生態治理，雜草叢生，未能形成統一的景觀；河道和濱水地區遭受極大的破壞，沒有設置親水設施，不滿足人民日益提升的對優美生態環境的需求。

2 防洪治理方案

2.1 治理措施

某河流位于平原湖區，汛期防洪排澇主要依靠蓄水與提排，兩者既對立又統一，蓄水容積大則所需提排能力小，蓄水容積小則所需提排能力大。本次主要考慮采取增加湖泊調蓄容積、退建加高河流堤防、增加泵站外排能力等措施，以解決流域防洪排澇問題。

（1）增加湖泊調蓄容積

充分利用現有湖泊，通過加高湖堤，挖深湖底，擴寬湖面等工程措施，配合降低汛限水位等非工程措施，加大湖泊形態空間，增加湖泊調蓄能力，減輕防洪排澇壓力。

（2）退建加高河流堤防[7]

擴寬河道卡口，退建河流堤防，加高培厚河流堤防，擴大河流行洪斷面，增強河流行洪能力。

（3）增加泵站外排能力[8]

外江高水位時，河流出口排水涵閘關閉，主要依靠外排泵站提排澇水，擬新建外排泵站，擴大排水能力，降低河流沿線洪水位。

2.2 措施分析

根據流域現狀條件，結合城市發展規劃，分析各種措施的優劣性和可行性，擬定適合區域治理的合理措施。

（1）增加湖泊調蓄容積

增加湖泊調蓄容積的方法有擴大湖泊面積和增大調蓄水深兩種。

一是擴大湖泊面積?，F狀城市發展較快，湖泊河流岸線已被建成區路網固化，隨著城市建設紅線和生態紅線及國土空間劃界確權的確立，城市湖泊岸線也已劃定，拆遷征地勢必將擠占其余屬性地類，如想實施“退地還湖”基本不具備條件；另外由于城區版圖有限，新增且地勢平緩，現有湖泊多為淺底型湖泊，調蓄水深1～2 m，如新增調蓄區解決防洪問題，則新增湖泊面積偏大，難以落實，不具備可行性。以上分析可知，擴大湖泊面積方案難度較大。

二是增大調蓄水深。城市發展建設時，湖泊防洪水位已確定，市政管網建設與其相適應，現今已基本形成市政排水網絡，受管網出口高程限制，汛期防洪水位抬高將導致湖水回流，對城區市政排水造成壓力，因此防洪水位抬高難度較大，可行性較低；根據城市河湖相關規劃和設計，某河流和部分湖泊需維持生態、景觀和航運功能，汛限水位不宜降低，簡單將湖泊挖深僅可增加湖泊蓄水量，并不能增加湖泊調蓄水量。但由于湖泊特征水位控制，汛限水位和防洪水位均難以調整的情況下，調蓄水深亦難以增大。

（2）退建加高河流堤防

為增加河流行洪能力，主要措施是增加其過流斷面，根據實際測量資料，河道下游存在大量由魚塘吹填而成的河灘地，小水年份由河岸擋水，為恢復河道斷面，本次優先考慮退建堤防，將河灘擴挖，并沿原河道岸線加筑堤防。

（3）增加泵站外排能力

在前兩種措施均不能滿足區域防洪能力的情況下，必須考慮新建工程增加排水能力，排除區域內的洪水以降低水位。

通過分析可知，以上三種措施中，增加湖泊調蓄容積的工程措施可行性較低，本次不再考慮該措施，僅以退建加高河流堤防和增加泵站外排能力為主。

2.3 設計方案

根據措施分析結論，在可行的措施中采取組合方式，確定不同的設計方案。本次以河流堤防加高的程度擬定高水方案和低水方案兩種工程措施方案[9]，并按照不同的控制水位確定增加外排泵站的規模。

（1）高水方案。堤防加高不受現狀建成區道路或場地高程限制，泵站按遇20 a 一遇洪水時不會對現狀周邊建成區道路排水造成影響確定規模，再以此規模防御50 a 一遇洪水，推算沿程設計水位。

（2）低水方案。堤防加高受現狀建成區道路或場地高程限制，泵站按遇20 a 一遇洪水時不會對現狀周邊排水體系和園林景觀建設造成影響，遇50 a 一遇洪水時長河兩岸不受災確定規模。

3 防洪治理效果

本次采用河道水力學模型，采用非恒定流計算方法，根據設計方案分別擬定邊界條件，計算不同方案的設計水位和新增外排規模。

（1）高水方案

根據20 a 一遇設計洪水和水位邊界控制條件，調蓄演算得到新增外排泵站規模為85 m3/s，再以此為邊界條件，按防御50 a 一遇設計洪水計算設計水位，得到河流沿程水位為19.63～19.69 m。

（2）低水方案

根據50 a 一遇設計洪水調蓄演算，按河流最下游水位不超過18.5 m 控制，調蓄演算得到新增泵站規模為130 m3/s，此時河流沿程水位控制在18.5～18.68 m。

4 治理方案比較

（1）高水方案

該方案泵站規模較小，堤防較高，對堤防擋水依賴度較高；主體工程投資省，但綜合投資較多。

優勢：該方案有利于通過堤防建設明確河道范圍，工程管理方便、維護簡單，運行費用低；當長江水位不高時，可夾水出江，搶排時機多；當暴雨中心發生在上游，堤防越高給泵站開啟預留的時間越多，防洪安全保障度越高。

劣勢：該方案將部分澇水蓄滯在河道中，抬高河道水位，加大兩岸防洪壓力，退水時間較長，延長堤防高水位運行時間，安全風險大；河道水位抬高將破壞現有排澇體系，影響部分市政排水工程功能，降低沿岸排水建筑物運行效果，導致大量排水建筑物需進行更新改造；當遭遇超標準洪水，發生安全事故時，將造成更大的淹沒損失。

（2）低水方案

該方案泵站規模較大，堤防較低，對泵站排水依賴度較高；主體工程投資多，但綜合投資較少。

優勢：該方案可最大化降低河道水位，減小兩岸防洪壓力，快速排除內部澇水，迅速恢復河湖蓄滯容積，有能力抵御連續洪水；基本不影響現有排水格局，建成區大部分區域澇水可自排入長河，無需進行配套建設，總體投資更低；堤防高程更低，不會造成人為視覺障礙，更符合水利工程生態景觀建設理念，滿足兩岸居民對生態環境的需求[10]。

劣勢：該方案主要依靠泵站排水，對工程調度要求較高，工程管理難度較大；工程維護成本和排水成本更高；當遭遇超駝峰工況或者泵站故障時，排水能力大幅降低，影響區域防洪排澇安全，保障程度略低。

各方案詳細優劣對比情況見表1。

表1 治理方案對比表

根據以上從投資、施工難度、運行管理和對其它工程影響來看，高低方案各有優缺點，但低方案對其它工程影響小、協調難度小，綜合投資省，施工進度有保障。

5 結語

本文提出了城市河流治理過程中的不同措施，設定不同的組合方案，依據數字模型分析，得到不同治理方案的治理效果。綜合考慮不同方案的利弊影響，得出以下結論：

城市河流治理過程中，在經濟可行的前提下，結合水資源綜合利用、工程調度運行管理和施工難度等因素，充分考慮景觀需求和工程，優先選擇低水方案的設計思路，即盡快排除洪水，減少城區河流堤防抵御洪水時間，降低城市發生水安全事故的風險。