奉化江、甬江治理对姚江防洪能力的影响及对策

2013-08-06卢晓燕王灵敏

浙江水利水电学院学报 2013年1期

卢晓燕，王灵敏，黄昉

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002)

0 引言

浙江省位于我国东南沿海，太平洋西岸的亚热带季风区，是一个洪涝台灾害易发多发的地区，梅雨洪水、台风雨和局部地区的短历时强降雨，常导致城市发生暴雨洪灾和内涝.近年来，全球气候变暖，极端性天气与气候事件频繁发生，加上城市化进程快速推进，城市规模急剧扩大，城市群造成的“热岛效应”以及对城市空间的不合理开发，一定程度上加剧了城市的洪涝灾害，目前浙江省城市洪涝灾害呈现频次高、强度大的趋势[1－2］.

浙江省余姚市的治水史可追溯至7 000年前的河姆渡文化时期.河姆渡文化遗址出土的人工栽培稻谷、骨耜、水井，证明那时已有农田水利的萌芽.到唐始建水闸，宋筑冷水堰，宋至元兴筑海塘，及至明清围垦海涂，水利建设已初具规模.建国后，水利建设揭开了新的篇章，余姚已基本形成姚江东排与奉化江合流至甬江的排水体系.20世纪90年代编制的《姚江流域综合规划》提出姚江两岸堤防工程，现已基本建成，与上游水库、水闸等形成余姚城市防洪体系.

姚江洪水目前以东排甬江为主.近几年，随着奉化江、甬江两岸堤防的建成，两江洪水归槽致使洪水位抬高，对姚江东排能力产生一定的影响，有必要研究姚江的防洪对策.

1 基本情况

1.1 流域水系

余姚城区位于姚江干流两岸.姚江又名余姚江、舜江，源出四明山夏家岭，流经梁弄、余姚、丈亭，在宁波三江口与奉化江汇合后称甬江，全长107 km.姚江流域内山区性河流主要集中在姚江干流四明湖水库坝址以上、干流以南各支流，另有一部分矮山分布于姚江干流余姚下游的北岸，多条小河流散布其间，进入平原河网后汇入姚江干流.姚江原为潮汐河，咸潮可上溯至通明，1959年7月，姚江大闸建成后成为平原河道.

奉化江的主源为剡江，发源于奉化、余姚、嵊州三市交界的大湾岗东坡董家彦，主要支流有东江、县江、鄞江.奉化江上游坡陡流急，为山区性河道，剡江自奉化市萧王庙镇以下、鄞江自鄞州区鄞江镇以下、县江自奉化市城区以下、东江自奉化市高楼张以下为平原河道，坡降平缓，形成了鄞奉、鄞西河网区.

姚江、奉化江在宁波市区三江口会合后始称甬江，向东北流经镇海，在外游山东侧入海，入海口距宁波三江口26 km.甬江流域水系见图1.

图1 流域水系图

1.2 排水现状

姚江古河道，据水文地质资料分析，其沉积物形成并发育于第四纪中更新世晚期及晚更新世早期(距今约30万 a～10万a)，主流线在周行——长河——庵东一线，并向东北进入现今的钱塘江.其后至全新世中期，距今约6 000年前后，在慈北沿海一带，由于钱塘江河口堆积速率高于内地，致使地势高出内地，原姚江向北入海口淤塞，迫使姚江水流转向东行，逐渐形成现今的姚江，并在宁波市区三江口与奉化江汇合后形成甬江河段[3］.

现在的姚江属平原型河道，河床平坦，从新江口至姚江大闸闸段长 79.1 km，水面比降小于0.01‰，河宽50～150 m，最宽处250 m.姚江大闸至三江口长3.3 km，平均河宽208 m.

余姚城区位于姚江干流两岸，该段排水方向为东排经姚江大闸至甬江后入海，同时承接南、北岸支流汇水.余姚西北部临山以北823 km2面积主要通过临海浦闸和陶家路闸向钱塘江排水，属钱塘江水系[4］.

2 研究方法及模型

水力计算采用一维非恒定流模型，其基本方程为圣维南方程组:

(1)式为连续方程;(2)式为动力方程.式中:B—水面宽;Z—水位;Q—流量;

q—旁侧流量;V—断面平均流速;

g—重力加速度;

F—过水断面积;

K—单位过水断面积的流量模数.

数学模型中考虑倒堤、漫滩、分洪及多种型式的闸、泵、堰、坝、阻水桥梁等各种水利条件因素，能适用于河道洪流演进的定量分析计算.

定解条件包括地形条件、边界条件和初始条件.地形条件指河床地形，采用2007年实测河道资料;边界条件包括河道上、下边界，上边界采用洪水流量过程(有水库则为水库调洪后下泄过程)，下边界采用各闸下潮水位过程;初始条件包括河道初始水位和流量，采用恒定流推求水面线确定初值.

3 奉化江、甬江治理对姚江防洪能力的影响

姚江原为潮汐河流，姚江大闸建成后，排洪能力受姚江大闸闸下水位高低的影响.而姚江大闸闸下水位过程一方面受甬江口上溯的潮水顶托影响，一方面又受奉化江洪水顶托影响.

随着宁波城市经济快速的发展，城市化的扩大，为保护奉化江、甬江两岸鄞东南平原、鄞西平原、江北平原的防洪安全，奉化江、甬江正按相关流域防洪规划实施堤防工程.为分析奉化江、甬江建堤，洪水归槽对姚江排洪能力的影响，利用数学模型分析比较两种工况下的洪水位.

方案1:现状工况，甬江、奉化江两岸堤防未建成，洪水超堤防高程会造成洪水进行两岸平原.

方案2:甬江、奉化江两岸全线建成堤防，洪水归槽.

两方案对姚江的水位影响分析见表1.

经水文分析、明渠非恒定流水力学计算，甬江、奉化江堤防全线建成后，洪水归槽，造成江内洪水位抬高，致使姚江大闸的闸下水位抬高、大闸下泄能力减弱，对姚江干流水位影响较大，其中丈亭水位抬高0.21 m，余姚城区水位抬高0.15 m.

表1 奉化江、甬江建堤对姚江水位影响分析(20年一遇) 单位:m

4 姚江防洪对策分析

奉化江、甬江建堤致使洪水归槽，洪水位抬高影响姚江东排能力.如果再考虑余姚城区扩大，下垫面条件改变，不透水地面面积增大，则姚江干流及两岸平原内水位势必会进一步抬升.为解决姚江防洪问题，必须为姚江寻找一个合适的洪水出路.

根据水系条件，及1998年编制完成的《甬江流域综合规划》，目前姚江以东排为主，规划提出东泄工程姚江二闸，此次也作为首选方案予以考虑.

治水实践表明，对于不同特性的江河流域，治水的措施要有明显的不同;即使同一条河流或同一个区域，在经济社会发展的不同阶段，治水的目标、要求、投入能力与管理水平也处于动态的变化之中[5］.根据目前的流域特性、排水路径及边界条件等，姚北平原北排出口钱塘江水位低、距离近，可考虑通过疏通姚江北岸平原骨干河道向北排洪能力、扩建北排闸门，增大北排钱塘江能力.

据上所述，拟定三个方案进行比选:

方案2－1，兴建姚江二闸，净宽60 m，扩大东排甬江能力.

方案2－2，兴建姚江二闸，净宽100 m，考虑进一步扩大东排甬江能力;

方案2－3，兴建姚江二闸，净宽60 m，扩大东排甬江能力，同时在北排口门现状44 m宽度基础上，增加60 m，配套北排河道，扩大北排钱塘江能力.

各方案计算成果见表2，余姚代表点各方案水位见图2.从上述计算成果可以看出:

方案2－1兴建姚江二闸对降低姚江水位是有利的，能够降低姚江干流沿线洪水位，但相对作用越向上游越小，丈亭20年一遇水位降低0.09 m，余姚城区20年一遇水位降低0.06 m;

方案2－2继续扩大姚江二闸的规模至100 m对东排效果并不明显，几乎与60 m的闸门规模作用相同，说明通过继续扩大东排闸门规模无法取得更大的排洪作用，需别寻其它出路.

方案2－3，在方案2－1基础上，增加北排口门60 m，配套北排河道，由于北排工程充分利用了闸下钱塘江低潮位段泄洪，而且北排距离明显短于东排距离的优势，对降低余姚城区涝水位作用明显.方案2－3可以在方案2－1基础上继续降低余姚城区20年一遇水位0.10 m，降低丈亭20年一遇水位0.17 m.