變化環(huán)境下流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究

摘要：蓄滯洪區(qū)是流域防洪體系的重要組成部分，其防洪功能不可替代。隨著流域雨情、水情、工情、社情等發(fā)生顯著變化，蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化的需求愈發(fā)凸顯，但目前有關(guān)系統(tǒng)分析布局優(yōu)化方法的研究鮮有報道。為此，研究構(gòu)建了流域超額洪量計算模型，提出了變化環(huán)境下流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方法和評價指標(biāo)體系。以滁河流域?yàn)槔糠治隽肆饔蚝樗钚寡葸M(jìn)規(guī)律變化情況和超額洪量時空分布特征，開展了滁河流域蓄滯洪區(qū)現(xiàn)狀布局合理性和布局優(yōu)化研究。結(jié)果表明：滁河流域現(xiàn)狀蓄滯洪區(qū)布局在遭遇暴雨中心位于上游地區(qū)的類似2020年洪水時，難以有效解決晉集—赤鎮(zhèn)河段0.77億m3超額洪量；在研究提出的布局優(yōu)化方法指導(dǎo)下，通過局部河段河道疏浚、防洪控制水位適當(dāng)抬高等措施進(jìn)一步優(yōu)化了超額洪量時空分布，并從分洪能力、社會經(jīng)濟(jì)影響等方面綜合比選得到了蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方案，系統(tǒng)解決了滁河流域超額洪量與蓄洪容積分布極不匹配的矛盾。研究成果可為滁河流域防洪規(guī)劃修編或防洪治理工程設(shè)計提供重要參考，也可為其他流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化提供技術(shù)參考。

關(guān) 鍵 詞：蓄滯洪區(qū)； 變化環(huán)境； 超額洪量； 布局優(yōu)化； 滁河流域

中圖法分類號： TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.03.005

0 引 言

中國主要江河洪水峰高量大，而中下游河道泄洪能力相對不足，利用蓄滯洪區(qū)有計劃地主動分蓄流域超額洪水，對于防御標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水和超標(biāo)準(zhǔn)洪水均具有不可替代的作用［1］。多年防洪減災(zāi)實(shí)踐也表明，受自然、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險等各種條件限制，流域洪水防御是個系統(tǒng)工程，僅依靠修建大量水庫難以攔蓄全部洪水，也不能依靠無限制地加高堤防來泄洪。因此，蓄滯洪區(qū)始終是流域防洪工程體系不可缺少的重要組成部分。

中國七大江河干支流設(shè)置的蓄滯洪區(qū)一般是由流域綜合規(guī)劃或防洪規(guī)劃確定的，蓄滯洪區(qū)布局考慮的主要因素包括流域或區(qū)域防洪形勢變化及超額洪量分布、經(jīng)濟(jì)社會狀況及未來發(fā)展要求等，與雨情、水情、工情、社會經(jīng)濟(jì)情況緊密相關(guān)。如2007～2009年國務(wù)院批復(fù)的七大流域防洪規(guī)劃［2-3］，根據(jù)當(dāng)時流域經(jīng)濟(jì)社會情況、防洪標(biāo)準(zhǔn)及洪水出路安排，規(guī)劃安排了長江流域40處、淮河流域21處、海河流域28處、黃河流域2處、松花江流域2處、珠江流域1處蓄滯洪區(qū)；另有湖北、安徽等省份在轄區(qū)內(nèi)開辟建設(shè)了對漢江、沮漳河、巢湖等支流流域防洪安全發(fā)揮重要作用的非國家級蓄滯洪區(qū)［4-5］。

但近年來，受全球氣候變化、經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展等影響，流域雨水情、工情、社情均發(fā)生了顯著變化，這些變化對蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化提出了新的要求。流域雨水情變化方面，氣候變化條件下極端暴雨洪水事件發(fā)生概率增大、強(qiáng)度增加［6-11］（如鄭州“7·20”暴雨［12］、海河“23·7”流域性特大洪水［13］），暴雨中心分布發(fā)生變化（如滁河2020年洪水［14］），流域蓄滯洪區(qū)的重要性愈發(fā)凸出，其布局合理性亟待復(fù)核，甚至可能需要新設(shè)置蓄滯洪區(qū)來滿足新雨水情條件下流域防御目標(biāo)洪水的要求。工情變化方面，隨著流域防洪工程體系不斷完善（如長江上游控制性水庫群建成投運(yùn)并實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度，攔蓄洪水能力顯著增強(qiáng)），流域防洪形勢改善為蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化調(diào)整（如調(diào)整為防洪保護(hù)區(qū)、安全區(qū)擴(kuò)大）創(chuàng)造了有利條件。社情變化方面，隨著經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，部分蓄滯洪區(qū)人口不斷增加，土地開發(fā)利用程度不斷提高，致使蓄滯洪區(qū)分蓄洪水與保障區(qū)內(nèi)居民生命財產(chǎn)安全、發(fā)展經(jīng)濟(jì)之間的矛盾越來越突出，蓄滯洪區(qū)運(yùn)用決策難度不斷加大，對蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化調(diào)整提出了新的需求。

為此，部分學(xué)者開展了蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化相關(guān)研究，但是多數(shù)停留在定性層面分析提出蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化的方向［15-19］。近年來流域大洪水事件多發(fā)，蓄滯洪區(qū)運(yùn)用困難的關(guān)注度逐步提高，定量化分析蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方案的研究開始增加，如邱玉懷［20］考慮2020年巢湖與長江洪水遭遇組合較為惡劣的工況，以防御2020年型100 a一遇洪水為目標(biāo)，研究了巢湖洪水出路安排方案，提出應(yīng)將巢湖周邊面積較大、圩內(nèi)地形較平坦的8處圩口新增設(shè)為巢湖流域蓄滯洪區(qū)；辛悅等［21］針對潖江蓄滯洪區(qū)現(xiàn)狀安全布局和安全設(shè)施建設(shè)短板突出、啟用決策困難、運(yùn)用損失較大等問題，提出構(gòu)建飛來峽水庫-潖江蓄滯洪區(qū)防洪聯(lián)合調(diào)度模型，對安全區(qū)優(yōu)化前后布局方案的防洪效果開展分析計算，綜合分析比較得出推薦的蓄滯洪區(qū)優(yōu)化工程布局方案。但是，目前尚未有相關(guān)研究系統(tǒng)分析變化環(huán)境下流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方法，因此開展相關(guān)研究十分必要。

滁河流域洪水具有時空分布不均、降雨強(qiáng)度大、洪水峰高量大的特點(diǎn)，長江發(fā)生大洪水時滁河干流受頂托影響維持較長時間的高洪水位。2020年7月滁河流域發(fā)生大洪水（以下簡稱“2020·7”洪水），受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，在荒草二圩、荒草三圩分洪運(yùn)用條件下，滁河襄河口以上河段幾乎全線超歷史最高水位。因此，本文以滁河流域?yàn)榈湫脱芯繉ο螅劢?020年大洪水出現(xiàn)的流域雨水情、工情、社情新變化，構(gòu)建超額洪量計算模型，定量分析流域洪水蓄泄演進(jìn)規(guī)律變化和超額洪量時空分布特征，并提出了變化環(huán)境下流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究方法。研究成果可為滁河流域防洪規(guī)劃修編或防洪治理工程設(shè)計提供重要參考。

1 研究區(qū)域

滁河流域位于長江與淮河之間，系長江下游左岸的一級支流，干流基本上平行于長江，沿途流經(jīng)安徽省合肥市、馬鞍山市、滁州市和江蘇省南京市，于江蘇省大河口匯入長江，全長269 km，流域面積約8 000 km2（安徽省境內(nèi)6 250 km2，江蘇省境內(nèi)1 750 km2）。滁河流域水系分布見圖1，左岸有8條主要支流入?yún)R，分別為沙河、馬廠河、襄河、清流河、來安河、沛河、皂河、八百河；右岸有5條分洪道，自上而下分別為駟馬山分洪道、朱家山河、馬汊河、岳子河、劃子口河。

根據(jù)水利部2006年批復(fù)的《滁河流域防洪規(guī)劃（2004年修訂）》［22］，滁河流域總體防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，并且選擇7 d面雨量約20 a一遇的1991年6月實(shí)際洪水（以下簡稱“91·6”洪水）為防御對象。規(guī)劃安排了4處國家蓄滯洪區(qū)，分別為荒草二圩、荒草三圩、蒿子圩、汪波東蕩，基本情況見表1。目前滁河流域已基本形成了以堤防為基礎(chǔ)，分洪道、蓄滯洪區(qū)、支流水庫和河道整治等工程措施與防洪非工程措施相結(jié)合的綜合防洪體系。其中，4處蓄滯洪區(qū)均已完成圍堤達(dá)標(biāo)和分洪閘建設(shè)，蓄滯洪區(qū)總面積19.5 km2，總蓄洪容積9 725萬m3，區(qū)內(nèi)均無常住人口。

滁河干流主要控制斷面設(shè)計洪水位分別為：晉集17.13 m、古河16.27 m、赤鎮(zhèn)14.32 m、襄河口閘上13.78 m、曉橋12.50 m、汊河集閘上12.30 m、六合9.90 m［14］。

2 研究方法

2.1 超額洪量計算模型

采用丹麥水利研究所（DHI）研發(fā)、在數(shù)值模擬領(lǐng)域已取得廣泛應(yīng)用的MIKE 11模型，構(gòu)建滁河干流河道洪水演進(jìn)一維水動力模型。模型原理用圣維南方程組描述，見公式（1）～（2）。

水流連續(xù)性方程：

式中：Z為水位，m；Q為流量，m3/s；A為過水面積，m2；B為水面寬度，m；q1為單位流程上的側(cè)向入流量，m2/s；Jf為水力坡度；α′為動量修正系數(shù)；g為重力加速度。

將滁河流域劃分為24個水文計算分區(qū)（圖2），選取滁河流域空間分布均勻、代表性較好的45個雨量站1953～2022年長系列實(shí)測日降雨資料，采用泰森多邊形法和P-Ⅲ頻率分析推求各分區(qū)設(shè)計暴雨，按擬定的產(chǎn)匯流方案演算（產(chǎn)流計算采用P+Pa～R關(guān)系線法，匯流計算采用綜合單位線法），即得各分區(qū)設(shè)計洪水過程，作為區(qū)間邊界輸入到滁河干流河道洪水演進(jìn)水動力模型進(jìn)行河道匯流計算，可推求得到滁河干流晉集、古河、赤鎮(zhèn)、襄河口閘、汊河集閘等主要控制斷面的設(shè)計洪水過程Qt。理論上通過統(tǒng)計Qt超過河道安全泄量Q′的部分洪量，即為各河段超額洪量W。

式中：W為超額洪量，億m3；Qt為流量，m3/s；Q′為河道安全泄量，m3/s；Δt為計算時段，h。

在構(gòu)建一維水動力學(xué)模型時，河道洪水演進(jìn)模擬過程中考慮河道分洪、洪水不漫溢的情景，通過分段（晉集河段、古河河段、赤鎮(zhèn)河段、襄河口河段等）設(shè)置虛擬分洪區(qū)模擬河道分洪。當(dāng)河道水位到達(dá)指定水位后，虛擬分洪區(qū)開始進(jìn)洪，控制目標(biāo)為各控制斷面最高水位不超過防洪控制水位。計算得到的各虛擬分洪區(qū)的進(jìn)洪總量即該河段的超額洪量。

2.2 蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方法

為解決流域超額洪量（分洪任務(wù)）分布與蓄洪容積（分洪能力）分布極不匹配的矛盾，研究提出了流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方法，技術(shù)路線見圖3。

主要方法步驟如下：

（1） 根據(jù)地形條件和超額洪量分析成果，劃定不同河段能應(yīng)對超額洪量的蓄洪空間。

（2） 通過河道整治、防洪控制水位調(diào)整等方式進(jìn)行流域洪水蓄泄布局適應(yīng)性調(diào)整，將現(xiàn)狀布局無法安排的超額洪量向上游或下游轉(zhuǎn)移，形成與蓄洪能力相匹配的蓄泄布局。

（3） 考慮運(yùn)用的蓄洪容積與超額洪量差值最小的原則，初步提出可有效安排各河段超額洪量的蓄滯洪區(qū)布局方案集。

（4） 選取分別表征蓄滯洪區(qū)防洪作用和社會經(jīng)濟(jì)影響的分洪能力、蓄洪利用效率、人口密度、耕地占比、單位面積GDP等5項(xiàng)指標(biāo)（各指標(biāo)表征含義及定量取值方法見表2），通過單項(xiàng)指標(biāo)賦分與加權(quán)平均的方法計算各備選蓄滯洪區(qū)的綜合評分Kj，然后將各方案需新增的蓄滯洪區(qū)分值總和除以新增蓄滯洪區(qū)個數(shù)，可得到各方案對應(yīng)的綜合評分K。根據(jù)各方案綜合評分高低，優(yōu)選出蓄滯洪區(qū)布局最優(yōu)方案。

式中：Kj為第j個備選蓄滯洪區(qū)的綜合評分值；j= …，n，n為備選蓄滯洪區(qū)個數(shù)；ki，j為第j個備選蓄滯洪區(qū)第i個指標(biāo)的賦分值，采用百分制，正向指標(biāo)采用公式（5）計算，反向指標(biāo)采用公式（6）；Pi，j為第j個備選蓄滯洪區(qū)第i個指標(biāo)的絕對值；αi為第i個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，i= …，m，m為評價指標(biāo)個數(shù)，αi與該指標(biāo)的綜合重要性有關(guān)，采用層次分析法研究確定。

式中：K為某個蓄滯洪區(qū)布局方案的綜合評分值；Kp為該蓄滯洪區(qū)布局方案中第p個新增蓄滯洪區(qū)的綜合評分值;p= …，l，l為該蓄滯洪區(qū)布局方案擬新增的蓄滯洪區(qū)個數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 超額洪量變化特征分析

超額洪量時空分布是蓄滯洪區(qū)布局方案研究的基礎(chǔ)。本文選取“91·6”洪水、“2020·7”洪水等代表性大洪水，定量分析了變化環(huán)境下滁河流域洪水蓄泄演進(jìn)規(guī)律變化和流域超額洪量時空分布特征及其影響因素。

3.1.1 暴雨洪水特征變化

（1） 暴雨中心變化。

“91·6”洪水與“2020·7”洪水最大7 d面雨量的暴雨中心分布變化見圖4。結(jié)果表明：“91·6”洪水暴雨中心分別位于襄河上黃栗樹、赤鎮(zhèn)附近的半邊月以及襄河口閘以下的汊河集，空間分布較為分散，且偏中下游地區(qū)；而“2020·7”洪水暴雨中心集中在上游的孤山、高亮集一帶，均位于襄河口閘以上。

（2） 暴雨重現(xiàn)期變化。

對于襄河口閘以上流域，“91·6”洪水最大1 d面雨量重現(xiàn)期約3～5 a一遇，最大3 d面雨量重現(xiàn)期約5～10 a一遇，最大7 d面雨量重現(xiàn)期約10～20 a一遇；“2020·7”洪水最大1 d面雨量重現(xiàn)期約5～10 a一遇，最大3 d面雨量重現(xiàn)期約30 a一遇，最大7 d面雨量重現(xiàn)期約20～30 a一遇。

（3） 外江水位變化。

“91·6”洪水南京站最高潮位7.87 m（發(fā)生在6月16日），重現(xiàn)期僅約1.5 a一遇。2020年長江發(fā)生流域性大洪水，南京潮位站超警戒水位48 d、超保證水位6 d，最高水位10.39 m（發(fā)生在7月21日，重現(xiàn)期約50 a一遇），與滁河出現(xiàn)洪水時間同時遭遇，兩者疊加影響致使滁河下游高洪水位和洪澇災(zāi)害較“91·6”更為嚴(yán)重。

3.1.2 水動力學(xué)模型構(gòu)建與驗(yàn)證

（1）" 模型構(gòu)建。

研究范圍包括滁河干流烏龍壩—大河口（滁河入長江口），駟馬山分洪道金銀漿—烏江閘下，朱家山河張堡—入江口，馬汊河小頭李—入江口，岳子河匯口—入江口，劃子口河匯口—入江口。

上游邊界為烏龍壩流量過程，下邊界為滁河入長江口水位過程和各分洪道入江口水位過程；支流與區(qū)間洪水過程以點(diǎn)源入?yún)R。

（2） 模型率定和驗(yàn)證。

分別采用滁河流域2020年7月和2015年6月洪水資料開展一維河道模型率定和驗(yàn)證，主要站點(diǎn)計算與實(shí)測水位（或流量）過程對比見圖5。結(jié)果表明，各主要控制站的實(shí)測與計算水位（或流量）過程擬合精度較好。率定期最高水位誤差小于0.05 m，洪峰流量誤差小于5%；經(jīng)驗(yàn)證，最高水位誤差小于0.10 m，洪峰流量誤差小于5%。總體來看，本次構(gòu)建的水動力學(xué)計算模型精度滿足研究需求。

3.1.3 超額洪量變化特征

滁河流域超額洪量變化受流域自身暴雨洪水、長江干流水位、上游水庫攔蓄、出口攔河閘泄流、河道斷面、防洪控制水位等多種因素影響。通過控制變量法設(shè)置了7組情景（各組情景對應(yīng)變量設(shè)定說明詳見圖6），對比分析單因素變化對各河段超額洪量的影響，計算結(jié)果見表3。

（1） 暴雨洪水影響。情景1與情景2對比可知，“91·6”洪水暴雨中心位于黃栗樹、汊河集和半邊月，因此襄河口以上超額洪量較小，空間分布集中在襄河口附近，晉集、古河、赤鎮(zhèn)等河段均無超額洪量；而“2020·7”洪水暴雨中心位于上游的孤山、高亮集一帶，因此晉集、古河、赤鎮(zhèn)、襄河口等河段均產(chǎn)生了超額洪量。

（2） 長江干流水位影響。情景2與情景3對比可知，下游長江干流水位抬高約1.20 m，駟馬山分洪道流量減少了約60 m3/s，襄河口以上超額洪量增加0.07億m3，增量集中在襄河口附近，晉集、古河、赤鎮(zhèn)等河段超額洪量未發(fā)生變化。

（3） 上游水庫攔蓄影響。情景2與情景4對比可知，上游水庫多投入運(yùn)用約0.11億m3防洪庫容，襄河口以上超額洪量減少了0.07億m3；由于袁河西、管灣水庫均位于晉集以上，超額洪量在晉集河段減少。

（4） 出口攔河閘泄流影響。情景4與情景5對比可知，襄河口閘泄流能力增加后，襄河口以上超額洪量減少了0.28億m3，減少量主要在距離出口最近的襄河口附近（減少0.26億m3），赤鎮(zhèn)段略有減少（減少0.02億m3），晉集、古河段距離遠(yuǎn)，超額洪量基本沒有變化。

（5） 河道斷面影響。河道斷面變化后河道泄流、槽蓄能力改變，從而影響超額洪量。情景5與情景6對比可知，按底寬45～50 m、邊坡1∶2.5的設(shè)計斷面進(jìn)行河道擴(kuò)挖后，超額洪量總量變幅較小（減少0.07億m3），但超額洪量分布變化明顯，擴(kuò)挖河段的泄流能力增大，更多洪水往下泄洪，上游晉集超額洪量減少0.28億m3，而下游襄河口附近超額洪量增加0.12億m3。晉集—襄河口河段河道擴(kuò)挖導(dǎo)致超額洪量由上游晉集河段向襄河口附近轉(zhuǎn)移。

（6） 防洪控制水位影響。防洪控制水位變化后河道泄流、槽蓄能力改變，從而影響超額洪量。情景6與情景7對比可知，晉集、古河、赤鎮(zhèn)防洪控制水位抬高0.50 m后，超額洪量總量變幅較小（減少0.05億m3），但超額洪量分布變化明顯，水位抬高的河段泄流能力增大，晉集、古河、赤鎮(zhèn)超額洪量均減少，而下游襄河口附近超額洪量增加0.33億m3。防洪控制水位抬升導(dǎo)致超額洪量由上游晉集、古河、赤鎮(zhèn)河段向襄河口附近轉(zhuǎn)移。

3.2 蓄滯洪區(qū)現(xiàn)狀布局合理性評估

《滁河流域防洪規(guī)劃（2004年修訂）》以7 d面雨量重現(xiàn)期約20 a一遇的“91·6”洪水為防御對象，規(guī)劃安排了4處國家蓄滯洪區(qū)。“2020·7”洪水暴雨中心向上游轉(zhuǎn)移后，流域防洪形勢發(fā)生了新的變化，但“2020·7”洪水襄河口閘以上最大3 d面雨量重現(xiàn)期約30 a一遇，最大7 d面雨量重現(xiàn)期約20～30 a一遇，高于流域總體防洪標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇。因此，除規(guī)劃防御對象“91·6”洪水外，本文新增了“2020·7”型20 a一遇洪水為襄河口閘以上河段防御對象，通過分析計算滁河流域現(xiàn)狀防洪工程體系遇“91·6”洪水和“2020·7”型20 a一遇洪水2種條件的超額洪量及其分布，評估蓄滯洪區(qū)現(xiàn)狀布局合理性。

3.2.1 計算條件

（1） 水情條件。

① 上游來水為各計算分區(qū)“91·6”洪水過程，長江側(cè)南京水位取同期水位過程（最高水位7.87 m）。

② 上游來水為各計算分區(qū)“2020·7”型20 a一遇設(shè)計洪水過程。考慮到“2020·7”洪水同期南京站最高水位10.29 m（約50 a一遇），若采用“2020·7”型20 a一遇來水與“2020·7”實(shí)測長江水位遭遇后的洪水作為襄河口閘以上設(shè)計洪水，重現(xiàn)期過高。因此，綜合考慮，該工況長江側(cè)南京站水位取5 a 一遇水位9.20 m。

（2） 工情條件。

防洪控制水位采用堤防設(shè)計水位，即晉集17.13 m，古河16.27 m，赤鎮(zhèn)14.32 m，襄河口閘上13.78 m。上游水庫攔蓄作用考慮袁河西、管灣、馬廠、黃栗樹4座水庫主動攔蓄。襄河口閘泄流能力按設(shè)計流量（700 m3/s）考慮。河道斷面采用2020～2021年實(shí)測地形資料。

3.2.2 計算結(jié)果

計算滁河流域現(xiàn)狀防洪工程體系遇“91·6”洪水和“2020·7”型20 a一遇洪水的超額洪量。結(jié)果表明：

（1） 遇“91·6”洪水，晉集、古河、赤鎮(zhèn)河段均無超額洪量，襄河口附近超額洪量0.57億m3，運(yùn)用荒草二、三圩（合計蓄洪容積0.61億m3）可妥善解決。

（2） 遇“2020·7”型20 a一遇洪水，晉集河段超額洪量0.42億m3，若臨時運(yùn)用晉集附近高洪圩、立新圩2處一般圩和紅光圩1處重點(diǎn)圩（合計蓄洪容積0.23億m3），仍剩余0.19億m3超額洪量無法安排；古河—赤鎮(zhèn)河段超額洪量0.35億m3，需臨時運(yùn)用再安圩、相城—含山東圩2處一般圩（合計蓄洪容積0.40億m3）；襄河口附近超額洪量0.39億m3，運(yùn)用荒草二、三圩（合計蓄洪容積0.61億m3）可妥善解決。該工況下，現(xiàn)狀蓄滯洪區(qū)可解決襄河口閘附近的超額洪量，難以安排上游晉集、古河、赤鎮(zhèn)河段超額洪量，需要臨時啟用一般圩，甚至淹沒重點(diǎn)圩。

分析其原因，主要是2020年滁河流域上游地區(qū)暴雨量大且分布集中，遭遇長江持續(xù)高水位條件下，上游晉集、古河、赤鎮(zhèn)河段超額洪量較規(guī)劃條件（“91·6”洪水）增大較多。

綜上所述，滁河流域現(xiàn)狀蓄滯洪區(qū)布局滿足防御規(guī)劃“91·6”洪水（超額洪量0.57億m3）的要求，但是在遭遇暴雨中心位于上游地區(qū)的類似“2020·7”洪水時，難以有效應(yīng)對晉集—赤鎮(zhèn)河段的超額洪量，需要進(jìn)一步新增蓄滯洪區(qū)滿足流域防洪安全要求。

3.3 蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究

采用本文提出的流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方法，開展變化環(huán)境下滁河流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究。

3.3.1 可利用的蓄洪空間分析

根據(jù)最新實(shí)測地形資料和超額洪量分析成果，劃定晉集附近、古河—赤鎮(zhèn)河段、襄河口附近可利用的蓄洪圩口（包括一般圩和重點(diǎn)圩）作為備選蓄滯洪區(qū)。11個備選蓄滯洪區(qū)的基本情況見表4，空間分布見圖1。

3.3.2 流域洪水蓄泄布局適應(yīng)性優(yōu)化

遇“2020·7”型20 a一遇來水，晉集—赤鎮(zhèn)河段超額洪量分布為晉集附近0.42億m3、古河—赤鎮(zhèn)0.35億m3，而備選蓄滯洪區(qū)蓄洪容積分布為晉集附近0.23億m3、古河—赤鎮(zhèn)段0.74億m3，古河—赤鎮(zhèn)段可利用的蓄洪容積與超額洪量相比尚有富余，但晉集附近可利用的蓄洪容積難以滿足該河段超額洪量安排需要。因此，需要通過河道整治、防洪控制水位調(diào)整，將晉集河段無法安排的超額洪量向下游轉(zhuǎn)移，從而將超額洪量空間分布優(yōu)化調(diào)整至與蓄洪能力較為匹配的分布格局。

考慮滁河干流晉集—襄河口段不同河道整治規(guī)模、防洪控制水位不同抬高幅度，共擬定6組方案，對比分析滁河流域超額洪量分布變化情況，計算結(jié)果見表5。結(jié)果表明：

（1） 對比方案1～3結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著疏浚范圍逐漸向下游擴(kuò)大，超額洪量也逐漸向下游轉(zhuǎn)移；3種疏浚方案均能安排超額洪量，但晉集附近0.14億～0.15億m3超額洪量超過該河段一般圩蓄洪容積，均需運(yùn)用重點(diǎn)圩紅光圩。

（2） 方案4～6在最大疏浚斷面基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮晉集—赤鎮(zhèn)段防洪控制水位抬高，結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，3種方案均能安排超額洪量，但不同水位抬高幅度導(dǎo)致超額洪量轉(zhuǎn)移差異較大。方案4水位抬高幅度較大（晉集—赤鎮(zhèn)站水位抬高0.50 m），超額洪量大量轉(zhuǎn)移至下游襄河口附近，且需運(yùn)用襄河口附近重點(diǎn)圩荒草一圩；方案5水位抬高幅度較小（晉集—赤鎮(zhèn)站水位抬高0.20 m），上游晉集附近超額洪量僅靠一般圩無法解決，需運(yùn)用重點(diǎn)圩紅光圩；方案6水位抬高幅度適中（晉集站水位抬高0.50 m，古河站水位抬高0.30 m，赤鎮(zhèn)站水位抬高0.20 m），晉集、古河—赤鎮(zhèn)、襄河口段超額洪量分布靠一般圩和現(xiàn)狀蓄滯洪區(qū)可妥善解決。

3.3.3 初選蓄滯洪區(qū)布局方案集

考慮運(yùn)用的蓄洪容積與超額洪量差值最小的原則，初步提出方案1～6對應(yīng)的蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方案，見表6。

3.3.4 蓄滯洪區(qū)布局方案評估

根據(jù)前述公式（4）～（6）計算得到11個備選蓄滯洪區(qū)的綜合評分，結(jié)果見圖7，評分越高，說明備選蓄滯洪區(qū)的分洪效果越好，社會影響越小。如孫小圩（序號8）與小皂角圩（序號10）分洪效果指標(biāo)得分接近，但小皂角圩內(nèi)人口密度、人均GDP明顯低于孫小圩，分洪運(yùn)用的損失和社會影響要更小一些，因而綜合評分高于孫小圩。11個備選蓄滯洪區(qū)中，高洪圩表征分洪效果的蓄洪面積、蓄洪容積最小，表征社會經(jīng)濟(jì)影響的人口密度、耕地占比、單位面積GDP最大，各項(xiàng)指標(biāo)評分均最低，因此綜合評分僅4分。綜合評估結(jié)果表明：高洪圩防洪作用較弱，一旦分洪對區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)影響大，不適宜新增為蓄滯洪區(qū)。

將各方案需新增的蓄滯洪區(qū)分值總和除以新增蓄滯洪區(qū)個數(shù)，得到方案1～6對應(yīng)的綜合評分，結(jié)果見表6。結(jié)果表明，方案6綜合得分最高，該方案從分洪能力和社會經(jīng)濟(jì)影響兩方面考慮綜合最優(yōu)。

4 結(jié) 論

本文研究構(gòu)建了流域超額洪量計算模型，提出了變化環(huán)境下流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方法和評價指標(biāo)體系，并以滁河流域?yàn)槔槍υ摿饔?020年洪水中出現(xiàn)的暴雨中心上移、暴雨量級增大、長江干流持續(xù)高洪水位頂托等新情況，開展了變化環(huán)境下滁河流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究，主要結(jié)論如下：

（1） 滁河流域超額洪量變化受流域自身暴雨洪水、長江干流水位、上游水庫攔蓄、出口攔河閘泄流、河道斷面、防洪控制水位等多種因素影響。通過河道整治、防洪控制水位調(diào)整等措施，可將某河段的超額洪量向上游或下游河段轉(zhuǎn)移，從而將流域超額洪量空間分布優(yōu)化調(diào)整至與蓄洪能力較為匹配的分布格局。

（2） 滁河流域現(xiàn)狀蓄滯洪區(qū)布局滿足規(guī)劃防御目標(biāo)洪水的要求，但是在遭遇暴雨中心位于上游地區(qū)的類似2020年洪水時，難以有效應(yīng)對晉集—赤鎮(zhèn)河段超額洪量，需要進(jìn)一步新增蓄滯洪區(qū)以滿足流域防洪安全要求。

（3） 本次研究提出的變化環(huán)境下流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究方法，可從分洪能力、社會經(jīng)濟(jì)影響等方面綜合比選出蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化方案，系統(tǒng)解決了滁河流域超額洪量與蓄洪容積分布極不匹配的矛盾。

在經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展、極端氣候事件頻發(fā)和強(qiáng)人類活動影響等對流域防洪提出新要求和新挑戰(zhàn)的大背景下，蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，本次研究方法和成果可為其他有新增蓄滯洪區(qū)需求的類似流域蓄滯洪區(qū)布局優(yōu)化研究提供參考。

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（編輯：謝玲嫻）

Study on layout optimization of flood storage and detention areas under changing environment

WANG Le YAO Wei 3，JIANG Lei LIU Jiaming LU Chengwei1，2

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China； 2.Hubei Key Laboratory of Basin Water Security，Wuhan 430010，China； 3.State Key Laboratory of Water Resources Engineering and Management，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Abstract： Flood storage and detention areas are critical components of the river basin flood control system with indispensable flood control function.In recent years，significant alterations in rainfall patterns，flood conditions，flood control projects，and social conditions have introduced new requirements for flood storage and detention area layout optimization.Therefore，a model for calculating excess flood volume was developed，and the layout optimization method and evaluation index system of flood storage and detention areas under changing environment were proposed.Focusing on the Chuhe River Basin，we quantitatively analyzed the evolution law of flood storage and drainage systems and the spatio-temporal distribution characteristics of excess flood volumes.And then we studied the current layout rationality and layout optimization of flood storage and detention areas in the Chuhe River Basin.The results indicated that the current layout was difficult to effectively manage 77 million cubic meters excess flood volumes from upstream regions between Jinji and Chizhen reach when rainstorm centers were located in the upstream area during the 2020 flood.Under the guidance of the proposed layout optimization method，the temporal and spatial distribution of excess flood volumes was further optimized through interventions such as river dredging and flood control water level adjustment.Ultimately，the layout optimization scheme of flood storage and detention area was selected based on comprehensive comparison from the aspects of flood diversion capacity and social and economic impact，which systematically solved the contradiction between excess flood volumes and available storage capacities in the Chuhe River Basin.The results can provide valuable reference for flood control planning revision or flood control projects design in the Chuhe River basin，and also provide methodological and technical reference for similar researches in other river basins.

Key words： flood storage and detention area； changing environment； excess flood volume； layout optimization； Chuhe River Basin

收稿日期：2024-06-28 ；接受日期：2024-10-10

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2021YFC3000102）；長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司自主創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2021Z03）

作者簡介：王 樂，女，工程師，碩士，主要從事防洪規(guī)劃相關(guān)研究工作。E-mail：wangle@cjwsjy.com.cn