城市河流防洪能力提升對(duì)策分析

李柯，江欣，萬(wàn) 偉

（湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070）

0 引言

黨的十九屆五中全會(huì)提出，堅(jiān)持人民至上、生命至上，把確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全放在首位。近年來(lái)，受氣候變化和人類活動(dòng)影響，國(guó)內(nèi)氣候形勢(shì)愈發(fā)復(fù)雜多變，水旱災(zāi)害的突發(fā)性、異常性、不確定性更為突出，局地突發(fā)強(qiáng)降雨等極端事件明顯增多，洪澇災(zāi)害多發(fā)重發(fā)的態(tài)勢(shì)愈發(fā)強(qiáng)烈，防洪保安能力的不足制約了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。因此，必須完善水利基礎(chǔ)設(shè)施中的薄弱環(huán)節(jié)，解決人民群眾最關(guān)心、最直接、最現(xiàn)實(shí)利益的安全問(wèn)題，筑起保障人民生命財(cái)產(chǎn)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(diào)蓄區(qū)、擴(kuò)寬河道、堤防退建加高和新建外排泵站等措施[1]。通過(guò)對(duì)方案實(shí)施條件和實(shí)施效果進(jìn)行分析，選擇更為合理的治理對(duì)策。

1 防洪現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 防洪體系

某河流全長(zhǎng)28.45 km，流域面積299.9 km2，上游為崗地丘區(qū)，下游流經(jīng)城區(qū)。上游崗地丘區(qū)建有水庫(kù)3座，流域面積占排區(qū)總面積的8%，由于山區(qū)洪水陡漲陡落，洪水歷時(shí)一般不超過(guò)24 h，且水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容不大，洪水過(guò)后水庫(kù)水位會(huì)降低至汛限水位，庫(kù)內(nèi)滯留的洪水會(huì)盡快下泄，與湖區(qū)洪水調(diào)蓄歷時(shí)一般長(zhǎng)達(dá)15 d 相比，上游水庫(kù)僅可調(diào)峰削峰，但幾乎無(wú)法攔蓄水量，在模型計(jì)算時(shí)，調(diào)蓄演算計(jì)算時(shí)段一般取1 d，24 h 內(nèi)的削峰對(duì)計(jì)算成果幾乎無(wú)影響，因此本次不考慮上游水庫(kù)的調(diào)蓄影響；中下游沿線有主要湖泊10個(gè)，承接區(qū)間來(lái)水，并通過(guò)港渠與河流相通，汛期根據(jù)水位高低流動(dòng)，部分連通港可通過(guò)涵閘調(diào)度控制；河流出口建有涵閘，外江水位低時(shí)，開閘自排，外江水位高時(shí)，關(guān)閘擋水，通過(guò)流域內(nèi)外排泵站提排，泵站進(jìn)水港與河流或者湖泊相連。綜上所述，某河流的防洪任務(wù)亦相當(dāng)于流域的排澇任務(wù)[2]。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)謀劃，提出了上游水庫(kù)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(nèi)31.3 km2范圍可由兩座泵站獨(dú)立排澇，本次不再考慮，分析對(duì)象為剩余268.5 km2排澇范圍。區(qū)域防洪體系如下：

（1）調(diào)蓄水庫(kù)

流域內(nèi)現(xiàn)有中型水庫(kù)1座，小型水庫(kù)2座，水庫(kù)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(diào)蓄湖泊

流域內(nèi)主要有10 個(gè)湖泊，分布于河流兩側(cè)，主要承接上游丘陵區(qū)來(lái)水、汛期調(diào)蓄水量。

（3）主要排水河渠

某河流從城區(qū)中心穿流而過(guò)，擔(dān)負(fù)著城區(qū)防洪、排澇和調(diào)蓄洪水的任務(wù)，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(jìn)入湖泊調(diào)蓄的重要通道，在洪水調(diào)度中起到至關(guān)重要的作用。

1.2 存在問(wèn)題

多年以來(lái)，某河流已進(jìn)行了多次規(guī)劃，城市規(guī)劃及區(qū)域規(guī)劃均對(duì)河流的治理提出了要求。經(jīng)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(shè)計(jì)方案未能有效落實(shí)，部分河段仍存在薄弱環(huán)節(jié)。目前存在的主要問(wèn)題有如下幾點(diǎn)：

（1）洪澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。近年來(lái)，城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)，造成了人民生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失，嚴(yán)重威脅了經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定，影響了區(qū)域的和諧發(fā)展。每次發(fā)生洪澇災(zāi)害的應(yīng)急救援及災(zāi)后恢復(fù)，組織調(diào)用了大量的人力和物資，造成了極大的資源浪費(fèi)，急需對(duì)河流進(jìn)行綜合整治，能夠一勞永逸的解決標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)防洪保安問(wèn)題，為保護(hù)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)條件。

（2）現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)尚有不足。部分河段雖已進(jìn)行過(guò)治理，但由于未能完全按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，疏浚開挖深度未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，部分堤防堤頂高程仍有不足，防洪能力與設(shè)計(jì)要求尚有差距。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，城市的不斷擴(kuò)張建設(shè)，河流保護(hù)圈對(duì)防洪保安提出了更高的要求[4]，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)與區(qū)域發(fā)展水平不相適應(yīng)，本次急需對(duì)河流進(jìn)行綜合整治，提升其防洪排澇能力，保障區(qū)域防洪安全。

（3）城區(qū)防洪壓力大。河流穿城而過(guò)，左右岸防洪保護(hù)圈相對(duì)獨(dú)立，各自通過(guò)湖泊調(diào)蓄，泵站提排內(nèi)部澇水。但目前河流堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)河流發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，河流上游來(lái)水仍需與城區(qū)澇水一起由外排泵站排除，由于上游來(lái)水面積大，水量多，往往擠占了城區(qū)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(dǎo)致城區(qū)長(zhǎng)時(shí)間維持高水位，無(wú)形中加大了城區(qū)防洪壓力，不滿足洪水不入城的防洪理念[5-6]。本次急需對(duì)河流進(jìn)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(lái)水。

（4）現(xiàn)有岸線駁雜，不符合生態(tài)要求。城市河流需兼顧城市水景觀要求，而現(xiàn)狀由于缺乏有效的治理與管護(hù)，河流兩岸岸線被擠占，河岸保護(hù)范圍內(nèi)存在違法建設(shè)現(xiàn)象；岸坡缺乏生態(tài)治理，雜草叢生，未能形成統(tǒng)一的景觀；河道和濱水地區(qū)遭受極大的破壞，沒(méi)有設(shè)置親水設(shè)施，不滿足人民日益提升的對(duì)優(yōu)美生態(tài)環(huán)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(qū)，汛期防洪排澇主要依靠蓄水與提排，兩者既對(duì)立又統(tǒng)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(diào)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(wèn)題。

（1）增加湖泊調(diào)蓄容積

充分利用現(xiàn)有湖泊，通過(guò)加高湖堤，挖深湖底，擴(kuò)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(tài)空間，增加湖泊調(diào)蓄能力，減輕防洪排澇壓力。

（2）退建加高河流堤防[7]

擴(kuò)寬河道卡口，退建河流堤防，加高培厚河流堤防，擴(kuò)大河流行洪斷面，增強(qiáng)河流行洪能力。

（3）增加泵站外排能力[8]

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

2.2 措施分析

根據(jù)流域現(xiàn)狀條件，結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃，分析各種措施的優(yōu)劣性和可行性，擬定適合區(qū)域治理的合理措施。

（1）增加湖泊調(diào)蓄容積

增加湖泊調(diào)蓄容積的方法有擴(kuò)大湖泊面積和增大調(diào)蓄水深兩種。

一是擴(kuò)大湖泊面積。現(xiàn)狀城市發(fā)展較快，湖泊河流岸線已被建成區(qū)路網(wǎng)固化，隨著城市建設(shè)紅線和生態(tài)紅線及國(guó)土空間劃界確權(quán)的確立，城市湖泊岸線也已劃定，拆遷征地勢(shì)必將擠占其余屬性地類，如想實(shí)施“退地還湖”基本不具備條件；另外由于城區(qū)版圖有限，新增且地勢(shì)平緩，現(xiàn)有湖泊多為淺底型湖泊，調(diào)蓄水深1～2 m，如新增調(diào)蓄區(qū)解決防洪問(wèn)題，則新增湖泊面積偏大，難以落實(shí)，不具備可行性。以上分析可知，擴(kuò)大湖泊面積方案難度較大。

二是增大調(diào)蓄水深。城市發(fā)展建設(shè)時(shí)，湖泊防洪水位已確定，市政管網(wǎng)建設(shè)與其相適應(yīng)，現(xiàn)今已基本形成市政排水網(wǎng)絡(luò)，受管網(wǎng)出口高程限制，汛期防洪水位抬高將導(dǎo)致湖水回流，對(duì)城區(qū)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(jù)城市河湖相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，某河流和部分湖泊需維持生態(tài)、景觀和航運(yùn)功能，汛限水位不宜降低，簡(jiǎn)單將湖泊挖深僅可增加湖泊蓄水量，并不能增加湖泊調(diào)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(diào)整的情況下，調(diào)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(guò)流斷面，根據(jù)實(shí)際測(cè)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(fù)河道斷面，本次優(yōu)先考慮退建堤防，將河灘擴(kuò)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(qū)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(qū)域內(nèi)的洪水以降低水位。

通過(guò)分析可知，以上三種措施中，增加湖泊調(diào)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(shè)計(jì)方案

根據(jù)措施分析結(jié)論，在可行的措施中采取組合方式，確定不同的設(shè)計(jì)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(guī)模。

（1）高水方案。堤防加高不受現(xiàn)狀建成區(qū)道路或場(chǎng)地高程限制，泵站按遇20 a 一遇洪水時(shí)不會(huì)對(duì)現(xiàn)狀周邊建成區(qū)道路排水造成影響確定規(guī)模，再以此規(guī)模防御50 a 一遇洪水，推算沿程設(shè)計(jì)水位。

（2）低水方案。堤防加高受現(xiàn)狀建成區(qū)道路或場(chǎng)地高程限制，泵站按遇20 a 一遇洪水時(shí)不會(huì)對(duì)現(xiàn)狀周邊排水體系和園林景觀建設(shè)造成影響，遇50 a 一遇洪水時(shí)長(zhǎng)河兩岸不受災(zāi)確定規(guī)模。

3 防洪治理效果

本次采用河道水力學(xué)模型，采用非恒定流計(jì)算方法，根據(jù)設(shè)計(jì)方案分別擬定邊界條件，計(jì)算不同方案的設(shè)計(jì)水位和新增外排規(guī)模。

（1）高水方案

根據(jù)20 a 一遇設(shè)計(jì)洪水和水位邊界控制條件，調(diào)蓄演算得到新增外排泵站規(guī)模為85 m3/s，再以此為邊界條件，按防御50 a 一遇設(shè)計(jì)洪水計(jì)算設(shè)計(jì)水位，得到河流沿程水位為19.63～19.69 m。

（2）低水方案

根據(jù)50 a 一遇設(shè)計(jì)洪水調(diào)蓄演算，按河流最下游水位不超過(guò)18.5 m 控制，調(diào)蓄演算得到新增泵站規(guī)模為130 m3/s，此時(shí)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(guī)模較小，堤防較高，對(duì)堤防擋水依賴度較高；主體工程投資省，但綜合投資較多。

優(yōu)勢(shì)：該方案有利于通過(guò)堤防建設(shè)明確河道范圍，工程管理方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低；當(dāng)長(zhǎng)江水位不高時(shí)，可夾水出江，搶排時(shí)機(jī)多；當(dāng)暴雨中心發(fā)生在上游，堤防越高給泵站開啟預(yù)留的時(shí)間越多，防洪安全保障度越高。

劣勢(shì)：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(shí)間較長(zhǎng)，延長(zhǎng)堤防高水位運(yùn)行時(shí)間，安全風(fēng)險(xiǎn)大；河道水位抬高將破壞現(xiàn)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(yùn)行效果，導(dǎo)致大量排水建筑物需進(jìn)行更新改造；當(dāng)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，發(fā)生安全事故時(shí)，將造成更大的淹沒(méi)損失。

（2）低水方案

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

優(yōu)勢(shì)：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(nèi)部澇水，迅速恢復(fù)河湖蓄滯容積，有能力抵御連續(xù)洪水；基本不影響現(xiàn)有排水格局，建成區(qū)大部分區(qū)域澇水可自排入長(zhǎng)河，無(wú)需進(jìn)行配套建設(shè)，總體投資更低；堤防高程更低，不會(huì)造成人為視覺(jué)障礙，更符合水利工程生態(tài)景觀建設(shè)理念，滿足兩岸居民對(duì)生態(tài)環(huán)境的需求[10]。

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

各方案詳細(xì)優(yōu)劣對(duì)比情況見表1。

表1 治理方案對(duì)比表

根據(jù)以上從投資、施工難度、運(yùn)行管理和對(duì)其它工程影響來(lái)看，高低方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但低方案對(duì)其它工程影響小、協(xié)調(diào)難度小，綜合投資省，施工進(jìn)度有保障。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了城市河流治理過(guò)程中的不同措施，設(shè)定不同的組合方案，依據(jù)數(shù)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(jié)論：

城市河流治理過(guò)程中，在經(jīng)濟(jì)可行的前提下，結(jié)合水資源綜合利用、工程調(diào)度運(yùn)行管理和施工難度等因素，充分考慮景觀需求和工程，優(yōu)先選擇低水方案的設(shè)計(jì)思路，即盡快排除洪水，減少城區(qū)河流堤防抵御洪水時(shí)間，降低城市發(fā)生水安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。