里下河地區洪澇韌性水網規劃研究

蘭 林

（江蘇省水利工程規劃辦公室，江蘇 南京 210029）

0 引 言

針對復雜洪澇擾動影響，在區域治理中引入韌性理念規劃水網，構建新形態格局，適應本地洪澇災害特征。目前韌性理念的研究熱點集中在城市規劃、生態環境和技術經濟等領域［1-3］。周乙南［4］等通過塑造城市形態和空間環境提升雨洪韌性，應對城市雨洪災害；黃晶［5］等分析洪澇災害與城市系統要素間的反饋關系，構建了城市洪澇韌性仿真模型，提出城市綠化覆蓋面積、雨水管網設計標準是洪澇韌性關鍵因素；丁金華［6］等應用韌性規劃方法，在蘇南水網鄉村建構多維的水域環境韌性體系，滿足復雜環境下的水域環境修復和規劃；馬坤［7］等以南京棲霞山東片丘陵崗地為研究區劃分雨洪格局，提出徑流網絡、匯水中心和自然洪泛保護區組成的韌性雨洪管理格局。總結研究不難看出韌性理論的通用方法，以識別韌性影響因子為前提，通過劃分多維格局、重塑空間結構形態等途徑提升韌性能力，構建仿真模型衡量效能，這為設計韌性水網提供了借鑒，研究方向表明韌性理念化解擾動壓力的方式由抵御和控制轉變成適應和利用，使對象與擾動共存共生的設想變得更為可行，契合了建設可持續利用水網的訴求［8］。但尚未開展針對復雜洪澇情勢，在更大地域尺度下提升水網韌性能力的相關研究，空間囿于局部，對多去向承泄水文過程關注較少，因此亟待開展洪澇驅動的區域韌性水網規劃研究［9］。

如同相關領域引入韌性理念的背景，水網受內外擾動因子影響，出現連通不暢、運動紊亂、排水過程遲滯，洪澇出路受阻等情況，加之水環境和水生態問題突出，使得局面更加復雜，水網結構和功能受限后需借助干預措施加以恢復。本研究選取江蘇省里下河地區，構建適應區域洪澇特征，擅于利用自然地理稟賦的水網系統，提高面對頻率與強度不斷增長的洪澇威脅的自適應能力，初步建立多目標格局，響應洪澇出路受阻、供水保證率不高、生態退化等多重問題，改造行為賦予的韌性能力幾乎囊括了水網發展所要實現的目標。

1 研究區概況

1.1 自然地理和水系

里下河地區位于江蘇省中部、淮河流域下游，是淮河的流域性入海通道分割形成的獨立封閉區，范圍東以黃海、南以328國道-如泰運河、西以里運河、北以蘇北灌溉總渠為界，涉及鹽城、泰州、揚州、淮安、南通5 個設區市，總面積22 232 km2。東以海堤抵擋海潮侵襲，南以國道擋住通南地區高地水壓境，西和北以河道堤防抵御淮河流域洪水。全區地貌屬于平原洼地，腹部區地形呈碟型，四周高，中間低，分布著許多大小不等的湖蕩沼澤。

水利劃分澇區作為治理單元，研究區以通榆河為界，又分為腹部區和沿海墾區，沿海墾區以斗龍港為界，又分為斗北區和斗南區兩片。區內基本形成布局完善的引排水系，排水方向從西南往東北，腹部區排水主要通過射陽河、黃沙港、新洋港、斗龍港等自排入海［10］，其余20 余條入海河道為輔，口門均建閘控制，地形和水系概況如圖1。河網洼地筑有若干封閉的防洪除澇保護區，即圩區，總面積達12 027 km2，通過圈圩筑堤，布設涵閘泵站，外御洪水、內除澇水。

圖1 里下河區地形與水系Fig.1 The topography and hydrographic net of Lixiahe region

1.2 洪澇特征

研究區的梅雨和臺風雨是形成洪澇的主要天氣系統，近50年來發生了1991、2003、2006、2007年大暴雨都屬于這種類型，降雨強度、暴雨中心位置不同。降水后，高地水快速匯入低洼地區，與低洼圩區抽排澇水混流，共同抬高河網水位，帶來因洪致澇；同時大量圩區抽排對自身和上游無圩地區帶來因澇致洪，難以簡單區分洪水與澇水。承泄區分為東南西北中5 個去向。向東通過擋潮閘自排入海，效率受閘下港道排水能力制約。向南、向西、向北均借助泵站抽排入區域邊界上的流域性河道，抽排效率受河網連通性影響。向中是利用湖泊滯蓄水量，效率受自由水面和滯澇圩啟用限制。產流匯入河-湖-港-圩組成的水網系統后經導-滯-泄-分調節產生防洪除澇效益。圖2說明了洪澇產生、轉換、消亡過程，反映洪澇與多去向承泄區的共存關系。

圖2 區域洪澇循環示意Fig.2 Profile of the flood circulation process

2 研究方法

2.1 技術路線

分析洪澇影響因子，識別水網韌性對象，重塑以河-湖-港-圩的格局和功能，通過水域布局調控、工程整治、水系連通等措施提升水動力，賦予其韌性內涵，為實現水網多目標調控提供基礎。開發水網模型模擬水位過程和結果，分析評價韌性對象適應和消除洪澇擾動壓力的效能，提出綜合規劃方案［11］。從圖3可見，提升5個方面的韌性內涵從多角度呼應了能力提升。

圖3 里下河地區洪澇韌性水網設計技術路線Fig.3 Design technical route of resilient water network for flood in Lixiahe region

2.2 韌性對象識別

（1）水網存在問題。里下河地區曾是淮河洪水走廊，其流域下泄通道建成并與區域分離后，基本解決了區位劣勢帶來的隱患。全區地面高程≤2.0 m（廢黃河高程基準，下同）的面積占40.1%，這些范圍地勢低洼，澇水陡漲緩落，極易成災［12，13］。湖泊自由水面被大量侵占，降低了滯蓄容積；現狀圩區排模為0.98 m3∕（s·km2），而腹部區面上平均排模僅0.25 m3∕（s·km2），這種反差導致圩區澇水抽排入外河網后水位迅速抬升，增加了洪澇外排壓力。水體在平水期流動性較差，致使河床逐步淤積，但持續的河道整治工程緩解了這類問題。入海口門建閘后，閘下港道受潮波變形及來水量減少的影響逐年淤塞，導致下泄不暢。綜上分析洪澇影響因子是侵占湖泊水面、圩區治理和調度、港道受潮汐影響，其他影響較小。

（2）韌性對象及內涵。①區域骨干河網布局及治理措施。適應多目標需求，提高骨干河道的輸配水效率，受脅迫后能盡快恢復秩序。②退還湖泊自由水面的方案。在滿足排澇標準和工程經濟性下確定圈圩退出方案，恢復自然調蓄空間，為水網避免發生大澇積蓄潛力。③圩區布局調控及排澇模數配置。研究圩區建設形制、圩內河網微循環和適宜的排澇模數，避免圩區開啟自保時對外河網排水的劇烈干擾。④閘下港道排水能力恢復。研究適應擋潮閘影響下潮波攜沙規律變化的沖淤方案和適宜水量，恢復和維持下泄能力。⑤河湖功能布局優化。在保持河湖良好連通性基礎上，利用調蓄水面從空間布局上提供差異化的生態服務，調控功能布局，發揮生境修復、水源涵養、生物資源生產等功能，提升韌性水網的多目標利用價值。

2.3 建立水網模型

分布建立分布式水文模型、河網水動力模型以及水利工程調度控制規則模型，再耦合形成水網模型。選擇適宜平原水網的數值模擬技術［14］，采用設計暴雨典型年法間接推求設計洪水，選擇對排澇不利但又可能發生的潮位作為設計潮位，模擬方法和概化結果見表1。對典型大水年洪澇實況進行了模擬，驗證了模型的合理性和準確性，可用于規劃方案演算。

表1 里下河地區水文-水動力水網模型簡介Tab.1 Profile of network model in Lixiahe region

3 韌性水網構建

通過重塑河-湖-港-圩的格局，規劃在區域北部恢復和擴大外排出路，中部增加蓄滯容積，提升河網連通性，結合外圍泵站形成抽排配套規模，全面提高水網的導、泄、蓄、滯水量的能力，適應區域洪澇不分、出路不足的特點，韌性水網規劃措施布局見圖4。

圖4 里下河區洪澇韌性水網總體格局Fig.4 General layout of flood-resilient water network in Lixiahe region

3.1 提升河網蓄泄能力

在鞏固區域外圍屏障阻隔流域洪水影響的基礎上，開展河網骨架塑造，整飭為六縱六橫格局的骨干河網［16］，通過上抽-中滯-下泄的組合模式消減洪澇往低洼地區的匯聚壓力。主要進行河道斷面恢復和擴大，將河床形態設計為平底深槽，增加河槽蓄量，擴大自拍能力，滿足引排暢通、串活水源的需求。2003年后，骨干河網逐步整治，部分河段相繼完成工程，射陽河、新洋港、川東港等排水能力提升，選用同一標準和年型的雨型，利用水網模型計算比對治理前后的模擬水位變化情況（現狀指2015年的工況，2015年后里下河區變化較小，下同），從圖5可見腹南區的溱潼、興化站點水位下降明顯，往北趨勢減弱，阜寧站反而出現抬升，說明上游整治區的排水條件改善后增加了下泄量，而下游建湖、阜寧片區的下泄通道還未同步整治，疊加沿海獨立自排區建設還未啟動的影響，造成下游水位升高，后續應系統完善工程體系。

圖5 河道治理后水位變化（1991年雨型，10年一遇）Fig.5 The change of water level by river training（1991 rainfall pattern，10-year return period）

3.2 恢復湖泊滯蓄容積

擬定退圩還湖方案，連通骨干河網，兼顧河道調蓄水域和水源地補給水域，有序恢復自由水面，使滯蓄效益最大化。1991年淮河流域特大洪澇災害后，江蘇省通過文件認定里下河區湖泊湖蕩范圍共695 km2，包括水面216 km2和滯洪圩479 km2，并設定了控制目標水位。隨著經濟社會發展，人口活動以及農副業生產的強烈干擾，在實際調度中難以正常啟用滯蓄功能，到2015年自由水面僅存60.8 km2，無法啟用的滯蓄面積達260 km2。為實現滯蓄效能與文件規定等效，兼顧土地整理的可操作性，通過河網模型計算分析后，提出約75%退還比例，即退還湖泊自由水面486 km2的方案能達到目標。通過模型計算，水位削減結果與設定目標相比，在遇10～20年一遇中小洪水可降低水位0.02～0.08 m；在遇50～100年一遇區域大洪水，由于高水位時的總滯蓄庫容減少，水位略微偏高，但未超過歷史最高水位；從圖6興化水位過程看出洪澇峰值顯著降低，2.5 m 以上高水位圍水情況消失。

圖6 興化站水位過程對比圖（1991年雨型，10年一遇）Fig.6 The comparison of stage hydrograph of Xinghua hydrological station（1991 rainfall pattern，10-year return period）

3.3 修復港道排水能力

沖淤保港是修復閘下港道排水能力的主要途徑［17］。六縱河網中的射陽河、黃沙港、新洋港和斗龍港又是腹部區洪澇外排入海的主要通道，在大澇年份的排水量約占所有入海河道總水量的70%，因此制定其沖淤方案對于整個區域排澇具有決定性作用。根據朱建英等［17］試驗得知，在每年4月至5月上旬，向河網引水量達到200 m3∕（s·km2），根據引江能力、河網水位、潮汐情況、淤積程度等因素選擇沖淤時機，在大潮期帶水頭差開閘沖淤，能滿足沖淤保港需求。擬定沖淤目標時，分析實測水文站水位與閘下流量關系，呈現順時針繩套曲線特征，說明排水存在漲水段和落水段周期關系，進行分段曲線擬合后推求出四港中高水位下的平均排水流量，并選取1991年歷史最大排澇量作為修復目標。四港閘下平均排水流量對比結果見圖7，如大水年恢復至1991年平均排水流量，射陽河閘、黃沙港閘、斗龍港閘需提高約40%，而新洋港閘于2003年汛前實施了港道整治工程，排水能力已有很大提高。

圖7 四港閘平均排水流量對比Fig.7 The comparison of the average drainage flow of the four tidal barrages

3.4 改造圩區適應性能

約束圩區排水動力規模，避免無序抽排澇水惡化外河網排水條件。按照同一排澇標準下不同澇片的雨量頻率和產流，將排模控制在0.75～0.90 m3∕（s·km2）范圍，增減圩區抽排能力，可實行穩定出流。利用水網模型計算調整排模前后的外河網水位變化情況，結果見圖8，將偏高的溱潼、鹽城、建湖和阜寧澇片的排模減低后，對應的外河網水位隨之減低，適應排澇設計水位標準；而偏低的興化和射陽鎮澇片排模適量增加，有限增加外河網水位，對河網水位影響較小。此外，適度控制聯圩并圩和新建圩堤，圩區面積一般控制在200～333 hm2適宜，疏浚湖蕩、洼淀、溝塘作為滯蓄庫容，增加圩內洪澇水的調蓄能力。系統調適圩內河網，長方形圩區，可采用“豐”字型河網；面積較大的方形圩區，可采用“井”字型河網。

圖8 圩區排澇模數調整后外河網水位對比（1991年雨型，10年一遇）Fig.8 The comparison of water level of polder treatment（1991 rainfall pattern，10-year return period）

3.5 韌性方案綜合效果

綜上4 種韌性方案，檢驗綜合效果。因腹部區及其下泄通道斗北區處于同一水位體系，以此為計算單元利用水網模型模擬疊加應用效果，選擇1991年型設計暴雨10年和50年一遇計算相應指標。表2的計算結果顯示，洪澇水量去向權重變化，下泄入海和湖泊滯蓄量增加，而河網調蓄和泵站抽排量明顯下降，高水位圍水壓力緩解，抽排等被動干預手段的使用頻率減少；各水位站日均最高水位均遠低于外河網除澇設計水位，洼地無圍水時段，圩內澇水可及時抽排，滿足10年一遇排澇設計標準，并能應對50年一遇超標準洪澇，水網的韌性規劃方案作用顯著。從分項實施效果看，提升河網蓄泄能力的作用最大，恢復湖泊蓄滯容積次之，改造圩區適應性能最次，而修復港道排水能力應與河網治理配合實施，貫通洪澇承泄區通道。

表2 腹部和斗北區排澇計算成果表（1991年雨型，10/50年一遇）Tab.2 Calculation results of drainage in Fube and Doubei area（1991 rainfall pattern，10/50-year return period）

3.6 水網空間格局調控

在韌性水網規劃方案基礎上，改進河湖格局，增強廊道與大水面的依存關系，促進腹南和腹北的物質交換能力，優化水文-水動力條件，保障生態用水量，滿足水網多目標利用需求［18］。利用六縱河網中的三縱串聯湖泊自由水面，按功能需求將湖泊分為綜合利用型、洪水滯蓄型、生態修復型3 類，分別提出治理技術措施，布局見圖9。綜合利用型湖泊：位于三縱河道沿線，河湖水位同漲同落，發揮滯蓄洪澇的水文調節功能、向水源地和生態補水雙重供水功能、攔截外源污染物和水質凈化的水環境服務功能［19］。該類型優先滿足防洪供水需求，結合生境修復、景觀規劃、水源涵養、生物資源開發利用等進行綜合治理，實現多功能的協調利用。洪水蓄滯型湖泊：位于湖蕩群外圍、三縱河道的上游，零散分布，河湖連通性較低，經過整治出入湖口門后發揮蓄滯洪澇功能。生態修復型湖泊：位于射陽湖、獐獅蕩、廣洋湖等大水面湖泊外圍的水陸交叉地帶，主要進行農副業生產，或存在永久性建筑物，無滯蓄洪澇的可能，適宜建設湖蕩濕地、生態濱岸帶等設施［20］。該類型進行生態修復與保護，連通小水面湖蕩、水塘與內部河道，增強豐水期滯水減流、枯水期抗旱補水的作用，防止湖蕩濕地淤積繼續萎縮。

圖9 腹部區湖泊湖蕩分類治理Fig.9 Lake classification management in Fubu area

4 結 論

本文闡述里下河地區韌性水網的規劃思路與過程，方案經水網模型計算驗證，形成以下結論。

（1）以河-湖-港-圩為韌性對象，規劃提出六縱六橫骨干河網布局、退還湖泊自由水面486 km2、引江水量200 m3∕s 沖淤保港、約束圩區的排澇模數0.77～0.8 m3∕（s·km2）、控制圩區規模和渠系布局等四項措施，賦予水網韌性內涵。綜合方案能使現狀代表水文站日均最高水位降低0.28～0.36 m，遠超10年一遇設計排澇標準，并有較大余地應對50年一遇超標準洪澇；而單項措施均能降低洪澇維護，從強到弱的效果排序是河道治理、退圩還湖、沖淤保港、圩區改造；從系統治理和影響關聯角度，推薦至少采用兩種組合措施。

（2）基于洪澇驅動的韌性水網為多目標利用提供了格局和功能前提，通過布局河湖連通方案，將湖泊按功能利用劃分類型，以綜合利用為主、兼顧洪水滯蓄和生態修復，實現多功能協調融合發展。

（3）研究過程解析了韌性水網的影響因子、對象與內涵，將水網空間重塑、水動力提升、水文過程調控等規劃措施與避免、恢復、適應和利用的韌性理念聯系，闡述了韌性水網構建的主要內容。韌性理論為水網規劃的機理描述提供了依據，建議豐富其內涵和維度，拓展應用前景。