瑞平平原影響排澇的主要因素分析論文
1 問題的提出
瑞平平原位于飛云江下游南岸， 為飛云江下游兩岸3個河網(wǎng)之一。流域總面積234.3 km, 其中山區(qū)面積52.2km, 平原面積182.1 km.平原區(qū)水系稠密， 現(xiàn)有大小河流768條， 總長度717.2 km;水面面積17.4 km, 現(xiàn)狀水面率約為9.6%.骨干河道有瑞平塘河、平宋塘河、瑞平塘河右干、瑞平塘河左干等。河網(wǎng)正常水位為2.76 m.平原雙向排水， 北面經(jīng)瑞平塘河等向飛云江排水， 東面經(jīng)平宋塘河等向東海排水。瑞平平原共有排水閘13座。其中， 8座向飛云江排水， 總凈寬73.6 m;5座向東海排水， 總凈寬43.5 m.水閘總凈寬與流域面積比約為0.5 m/km.河網(wǎng)水系及水利工程布局見圖1.
根據(jù)分析， 瑞平平原城鎮(zhèn)區(qū)地面高程較高 （3.50 m以上） , 現(xiàn)狀排澇標準為10~20 a一遇；農(nóng)村及農(nóng)田地面高程較低 （2.50~3.00 m） , 排澇能力約為5~10 a一遇；總體排澇能力較好。但瑞平平原所處位置易受臺風暴雨侵襲， 背山濱海， 上承山洪傾泄、下受潮汐頂托， 排澇條件先天不足。隨著城市化進程加快， 未來排澇形勢依然嚴峻。
為了保證瑞平平原的防洪排澇安全， 本次分析了瑞平平原各排澇影響因素， 包括河道拓寬、水閘擴建、強排泵站等工程措施， 以及加強調(diào)蓄低地管理、平原水位預泄等管理措施對平原的影響程度， 為今后水利工程建設方向提供參考。
圖1 河網(wǎng)水系及水利工程布局圖
2 分析方法
本次計算使用丹麥水力科學研究所 （DHI） 開發(fā)的一維非恒定流水動力學MIKE11軟件， 建立瑞平平原水利計算模型。瑞平平原模型計算上邊界取山區(qū)產(chǎn)流過程， 以點入流形式進入各條河道；平原和圍區(qū)的產(chǎn)水以旁側(cè)入流的形式進入各自相應匯集河道；下邊界根據(jù)澇水外排的方向， 相應選擇飛云江與東海設計排澇潮型。整個模型概化河網(wǎng)總長225.9 km, 計算斷面731個， 平均間距310.0 m.模型河網(wǎng)計算概化見圖2.
圖2 模型河網(wǎng)計算概化圖
3 各因素排澇影響分析
3.1 調(diào)蓄低地面積對平原排澇影響分析
瑞平平原可調(diào)蓄低地 （指農(nóng)田、林地、村莊等低于洪水位的區(qū)域） 面積74.7 km, 占平原面積的41.0%;水面面積17.4 km, 占平原面積的9.6%.合計可調(diào)蓄面積92.1 km, 占平原面積的50.6%.
隨著城市化進程加快， 城市建成區(qū)面積擴大、下墊面硬化、水域占用的情況經(jīng)常發(fā)生。本文分析了在現(xiàn)狀水利工程工況下， 調(diào)蓄低地面積減少對瑞平平原的排澇影響 （見表1） .
表1 調(diào)蓄面積對洪水位的影響分析表 （20 a一遇）
不同調(diào)蓄面積比例水量平衡計算成果見表2.
表2 不同調(diào)蓄面積比例水量平衡計算成果表 （20 a一遇） 萬m3
由表1可知， 當調(diào)蓄面積減少至40.0%, 各特征斷面水位升高0.09~0.16 m.當調(diào)蓄面積占比減至30.0%, 昆陽鎮(zhèn)斷面排澇標準由現(xiàn)狀的50 a一遇降低為20 a一遇， 其它斷面排澇標準也降低至5~10 a一遇標準。隨著調(diào)蓄面積的繼續(xù)減小， 水位升高的幅度越來越大。當調(diào)蓄面積減少至10.0%時， 水位比現(xiàn)狀升高0.70~1.00 m.
因此， 在現(xiàn)狀水利工程條件下， 調(diào)蓄面積的比例對瑞平平原的排澇影響極大。在不實施其它水利工程， 且嚴格執(zhí)行水域占補平衡的情況下， 為確保各鎮(zhèn)區(qū)排澇標準不降低， 應確保平原內(nèi)調(diào)蓄面積不少于55.0 km.
3.2 河道及水閘拓寬對平原排澇影響分析
拓寬骨干河道， 加大澇水輸送能力；擴建口門水閘， 增大澇水外排能力， 是目前浙江省平原排澇最常用的工程措施之一。但由于涉及到征地、移民等政策性問題， 大范圍擴大河道規(guī)模難度較大。
主要排澇河道有2條， 瑞平塘河向飛云江排水， 出口處河寬50.0 m, 口門水閘為南馬道閘 （3孔×6 m） ;平宋塘河向東海排水， 出口處河寬20.0 m, 口門水閘為西灣中閘 （2孔×7 m） .
根據(jù)SL 265-2016《水閘設計規(guī)范》， 建議閘室總寬與河道寬度比例不低于0.60~0.75.為分析河道和水閘規(guī)模擴大對瑞平平原排澇的影響， 本文按閘室總寬與河道寬度比例0.60, 分析了2個措施。
措施1:瑞平塘河最小控制寬度50.0 m, 南馬道水閘擴建至30.0 m;平宋塘河最小控制寬度20.0 m, 西灣中閘擴建至20.0 m.
措施2:瑞平塘河最小控制寬度80.0 m, 南馬道水閘擴建至50.0 m;平宋塘河最小控制寬度50.0 m, 西灣中閘擴建至30.0 m.河道及水閘拓寬的影響分析見表3.
表3 河道及水閘拓寬的影響分析表 （20 a一遇）
由表3可知， 骨干排澇河道整治工程配合口門處水閘拓寬， 各特征斷面水位均有一定程度降低。榆垟、宋埠斷面水位下降4~10 cm, 農(nóng)田淹沒時間縮短10.0~28.0 h.因此， 河道及配套水閘的拓寬， 對降低卡口斷面的水位和淹沒時間效果比較明顯， 其它斷面效果不明顯�，F(xiàn)狀河閘規(guī)模下南馬道水閘內(nèi)水位-外水位-流量對應見圖3.由圖3可知， 3日排水時間為19.0 h, 最大一潮排水時間為7.0 h.外海潮位頂托導致排水時間短也是影響水閘排澇效果的重要因素之一。
根據(jù)計算， 相同水利工況下， 調(diào)蓄面積降至40.0%后引起的水位壅高幅度， 略大于拓寬河道和水閘的水位降低幅度。也由此可知， 若因城市建設需要， 占用低地調(diào)蓄面積， 為了保證瑞平平原排澇標準不降低， 需要配套大量的水利工程措施。
圖3 現(xiàn)狀河閘規(guī)模下南馬道水閘內(nèi)水位-外水位-流量對應圖
3.3 強排泵站對平原排澇影響分析
對于受外海潮位頂托的沿海平原來說， 泵站強排是經(jīng)常采用工程措施之一。它的特點是在自排能力不強的骨干河道入海口設置“口門泵”拉低水位， 通過以電能換動能、以動能換勢能， 逐級增大水力坡降、加快水流速度、加大行進水頭， 提高河道及口門引排水能力。
為了分析泵站強排對瑞平平原排澇的影響， 分別在骨干排澇河道口門處設置泵站。暴雨時開啟泵站將水排入外海， 增加上游沿程水力坡降， 提高澇水輸送能力， 泵站流量考慮50 m/s和100 m/s兩個工況。泵站強排的影響分析見表4.
表4 泵站強排的`影響分析表 （20 a一遇）
由表4可知， 在口門處建設泵站強排， 各特征斷面最高洪水位降低0~9 cm, 淹沒時間減少10.0~27.0 h.其中， 50 m/s泵站方案水位最高降低8 cm, 淹沒時間最大減少25.7 h;100 m/s泵站方案水位最高降低9 cm, 淹沒時間最大減少27.0 h.且主要影響區(qū)域位于泵站周邊。因此， 設置強排泵站， 對降低泵站上游一定距離水位和淹沒時間效果較為明顯， 對于整個平原來說效果一般。
根據(jù)計算， 建設泵站對瑞平平原整體排澇影響較小。經(jīng)分析， 主要原因是： （1） 集水面積大， 相對排澇模數(shù)變化��； （2） 調(diào)蓄面積較多， 水流匯集速度慢； （3） 大型集水排水河道較少， 難以快速集水和輸送澇水。
3.4 降低水閘起調(diào)水位對平原排澇影響分析
瑞平平原現(xiàn)狀正常水位為2.76 m, 水閘起調(diào)水位為2.76 m.考慮通過加強汛期調(diào)度管理， 根據(jù)天氣預報提前降低起調(diào)水位， 增加河網(wǎng)容積。擬定2個調(diào)度措施。
措施3:正常水位2.76 m, 汛期提前進行預泄， 水閘起調(diào)水位2.50 m, 預泄時間約3.0 h.
措施4:正常水位2.76 m, 汛期提前進行預泄， 水閘起調(diào)水位2.20 m, 預泄時間約9.6 h.
降低起排水位的影響分析見表5.
表5 降低起排水位的影響分析表 （20 a一遇）
由表5可知， 通過對河網(wǎng)水位提前預泄， 各特征斷面設計洪水位和淹沒時間均有大幅度降低。降低起調(diào)水位至2.50 m后， 洪水位降低4~22 cm, 農(nóng)田淹沒時間減少18.0~50.0 h;降低起調(diào)水位至2.20 m后， 洪水位降低8~28 cm, 農(nóng)田淹沒時間減少30.0~50.0 h, 效果較為明顯。
4 結(jié)論
通過以上對4個措施的定量化分析， 針對瑞平平原的排澇問題， 可以得出：
�。�1） 平原的低地和水域調(diào)蓄能力對排澇影響較大。有較大面積的調(diào)蓄低地和水域， 是瑞平平原排澇能力較強的主要因素。因此， 盡可能提高水域的調(diào)蓄能力應該是水利部門努力的一個主要方向， 主要包括擴大水面率和調(diào)蓄濕地及足夠的農(nóng)業(yè)保留區(qū)等。
（2） 合理的河道、水閘、強排泵站規(guī)模， 對提高平原排澇能力有一定作用。但根據(jù)計算結(jié)果， 影響程度較小， 且影響范圍局限于工程區(qū)域。
�。�3） 合理的防洪排澇調(diào)度方式也可以提高水域的調(diào)蓄能力。計算表明， 根據(jù)天氣預報推測降雨量和降雨時間， 提前開啟閘門降低河網(wǎng)水位， 預留容積來承納洪水實際上是增加水域調(diào)蓄能力的另一種方式， 對指導抗洪救災具有十分重大的現(xiàn)實意義。
�。�4） 為了保護平原的水域面積， 當?shù)卣块T應加強水域和低地保護， 保證平原內(nèi)有足夠的水域面積、農(nóng)業(yè)保留區(qū)、生態(tài)保留區(qū)和水面率。同時， 合理控制城區(qū)地坪高程。
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