太湖流域杭嘉湖区上海片防洪研究

2013-10-23石正宝徐云峰

水利规划与设计 2013年11期

石正宝马珺徐云峰

（1.上海市水利工程设计研究院上海 200061；2.上海市堤防（泵闸)设施管理处上海 200080；3.上海市水务局上海 200050)

1 前言

太湖流域分湖西区、浙西区、太湖区、武澄锡虞区、阳澄淀泖区、杭嘉湖区、浦西区和浦东区等8个水利分区。上海市境内划分成浦南西片等14个水利控制片。太湖流域杭嘉湖区上海片即为上海市浦南西片，浦南西片总面积293km2，片内流域分洪河道23条，其中金山区19条，松江区9条，公共河道5条，河道总长133km。

2 防洪现状分析

2.1 上海片防洪现状

浦南西片地面高程全市最低，一般为2.2～3.5m，最低处不到2.0m。区域内河道宽阔，河网密布，主要河道有大泖港、掘石港、惠高泾、六里塘、茹塘、斜塘港、七仙泾、小泖港、胥浦塘、秀州塘、大茫塘等。浦南西片骨干河道防洪及除涝工程基本上是在1996～2000年间上海西部地区防洪除涝配套和2001～2004年间低洼圩区达标项目中实施建成，为确保区域防洪除涝安全起到了重要作用。防洪堤线涉及319座支河水闸。水闸主要建于20世纪90年代，且以单孔4m的水闸为主。上海片的现状防洪标准为5～10年一遇。大泖港、茹塘先后在2008、2011年实施了应急除险加固工程，加固设计标准均为50年一遇防洪标准，堤顶高程为5.24m。

2.2 防洪工程存在的主要问题

防洪工程主要存在以下 5个方面的问题：（1)沿线堤防防洪标准低，严重危及区域人民生命财产安全；（2)现状堤防结构单薄，部分岸段损坏较为严重；（3)河道河槽以冲刷为主，部分河道岸段深泓逼岸，危及河道边坡稳定；（4)支河口水闸挡水高度不足，防洪标准低；（5)缺少防汛通道，堤防巡查、抗洪抢险不便。

3 防洪标准研究

3.1 防洪保护范围

防洪保护区主要为城市圩区和农村圩区，共35个。圩区土地面积 229km2，耕地面积1.87万hm2，分布人口18万人。防护区内分布有金山区的枫泾镇、朱泾镇以及松江区的新浜镇、泖港镇政府所在地，并有沪杭铁路、沪杭高速（A8)、G320国道、A30高速、A6高速、A7高速等穿过。

3.2 防洪标准

3.2.1 流域与区域防洪标准

近期（2015年)流域能防御不同降雨典型的50年一遇洪水，区域防洪标准由10～20年一遇提高到20～50年一遇；远期（2025年)流域达到防御不同降雨典型100年一遇的洪水标准，除山丘区等部分区域以外，有条件的区域达到防御50年一遇洪水标准。

3.2.2 本工程防洪标准

（1)浦南西片河道行洪标准。防御流域不同降雨典型100年一遇洪水和杭嘉湖区50年一遇洪水。

（2)圩堤的防洪标准。镇区联圩或镇区所在地防护堤防，由于常住人口小于 20万人，城镇等级为Ⅳ级，防洪标准为 50年重现期，相应堤防级别为2级。其余圩堤由于所在圩区的人口小于20万人，耕地面积小于2万hm2，乡村防护等级为Ⅳ等，防洪标准为 20年重现期，相应堤防级别为4级。

4 防洪水位研究

4.1 设计暴雨

《太湖流域防洪规划》选取了 1954、1991和 1999年作为设计暴雨典型年，研究提出了流域不同降雨典型50年一遇及100年一遇设计洪水。“99南部型”暴雨过程基本保持了1999年实况降雨的时空分布特性，按全流域面平均最大30、60和90日降雨量，分时段与南部降雨中心区域相应时段设计降雨量进行同频率控制，其他分区为相应降雨过程按实况缩放，对流域下游地区，尤其是阳澄淀泖区、杭嘉湖区的防洪压力都相对较大。《太湖流域防洪规划》100年一遇不同设计雨型的水利计算成果，“99南部”设计雨型太湖及淀山湖上、下游地区的嘉兴和米市渡水位均为最高。因此，采用该设计雨型计算得到的相关水位、流量等对于下游地区的工程安全相对更有保障。本文选用“99南部型”100年一遇设计暴雨作为设计暴雨。《杭嘉湖地区防洪规划》、《太湖流域防洪规划》关于杭嘉湖区不同重现期雨量详见表 1。区域 50年一遇暴雨与流域100年一遇暴雨基本接近。

表1 杭嘉湖区不同频率暴雨对比表

4.2 设计洪水

《杭嘉湖地区防洪规划》、《太湖流域防洪规划》关于杭嘉湖区不同重现期洪水详见表2。区域规划与流域规划（“99南部型”)关于杭嘉湖区洪水量相差12%～22%。

规划工况下，遇“99南部”100年一遇设计洪水，造峰期（6.7～7.6)浙江省入上海市水量为7.86亿 m3。根据杭嘉湖区五项工程可研复核成果，在杭嘉湖区可研工程布局情况下，遇“99南部”100年一遇设计洪水，造峰期（6.7～7.6)浙江省入上海市水量为7.18亿m3。

4.3 设计洪水位

4.3.1 主要节点水位推求

流域规划工程实施后，遇流域“99南部”100年一遇设计洪水，浦南西片河道最高瞬时水位见表3。疏河方案与加堤方案相比，骨干河道瞬时水位大部分相同，个别河道最高瞬时水位降低1cm。

4.3.2 潮位频率分析

本地区高水位受上游洪水和下游潮汐双重作用。根据多年实测资料分析，年最高水位多发生在风暴潮期间。根据浦南西片水位站多年的实测资料统计分析，本区域历年最高水位为4.28m，出现于2005年8月，由2005年第9号热带风暴“麦莎”引起。

经频率计算，泖港站50、100年一遇最高水位分别为 4.26、4.35m；洙泾站 50、100年一遇最高水位分别为 4.14、4.23m；邱移庙站50、100年一遇最高水位分别为3.98、4.05m；枫围站50、100年一遇最高水位分别为4.02、4.11m。

表2 杭嘉湖区不同频率洪水对比表

表3 杭嘉湖区上海片部分河道100年一遇最高瞬时水位表

4.3.3 设计洪水位

实测资料反映了洪水和潮汐的双重作用，较单一的洪水计算或风暴潮影响能反映更多的复杂因素。频率水位是一个能较为全面体现自然不确定性的特征参数，相对也更安全。因此，设计水位采用频率统计成果。根据河道和水文站的相对位置，按“就近、安全”的原则，对频率成果进行插值计算，求得浦南西片河道防洪设计水位。各河段不同频率高水位见表4。

表4 杭嘉湖区上海片部分河道不同频率水位成果表

5 防洪工程总体方案研究

5.1 方案特性

基于加堤与疏河的不同方法，提出2种防洪总体方案。在整个太湖流域范围内，分析不同方案各主要节点的水位、流域与区域的进出水量以及对流域与区域防洪排涝的影响，为防洪工程总体方案提供决策依据。

方案一：加高加固堤防方案。仅通过加高培厚堤防，新建防汛墙来抵御洪水、风浪与船行波，保护圩区和城镇以及重要设施安全。

方案二：加高加固堤防+局部疏河方案。对河底高程相对较高的河道（段)适当疏浚，以期望减少阻水，降低水位。同时加高培厚堤防，新建防汛墙抵御洪水、风浪与船行波，保护圩区和城镇以及重要设施安全。浦南西片河道从西南部向东北部输水为主，因此，疏浚方案主要考虑对西南部底高程较高的河道浚深至-2.0m高程。疏浚河道包括张文荡、潮里泾、施家庵港、范塘、后沙港、黄良浦港、三里塘、秀州塘等8条。

5.2 论证方法

根据《太湖流域防洪规划》提出的流域防洪标准和规划工程布局，用太湖流域一维河网水动力学模型，考虑工程实施安排的各种可能性，设计流域其他工程与浦南西片河道整治工程不同组合工况，分析浦南西片不同防洪工程方案对流域及工程上下游相关区域的作用与影响。

考虑本工程与流域内其他规划工程先后实施的可能性，本研究拟定了4种计算组合，详见表5。其中流域内其他工程现状工况指一轮治太完成后的工况；规划工况指防洪规划、水资源综合规划、综合规划等提出的流域综合治理骨干工程实施后的工况。组合 1、3采用防洪规划现状调度，组合2、4采用防洪规划规划调度。

5.3 论证结果

（1)规划工况条件下，与流域防洪规划要求相比，大泖港及上游河道疏浚工程实施前后，造峰期浙江省入上海市水量较杭嘉湖区可研工程布局条件下略有增大，满足流域防洪规划要求。

（2)浦南西片部分河道疏浚工程对流域防洪除涝影响极小。

（3)浦南西片河道疏浚工程在流域现状及规划工况下对杭嘉湖区防洪除涝的影响不一致，但效果均并不明显。对流域其他地区基本没有影响。

表5 计算组合列表

（4)浦南西片河道疏浚工程可增强工程区域河道输水能力，但上游来水增加对疏浚段下游部分区域防洪除涝有一定影响。

5.4 总体方案推荐

工程位于平原区，设计洪水经黄浦江汇入东海，受潮水位顶托区域各节点的水位变幅不大。加高加固堤防+局部疏河方案对太湖流域、杭嘉湖区及浦南西片相关河道有一定程度作用或影响，但影响程度均极小。局部疏河后工程范围内的河道堤防仍需进行基本同样程度的加高，并且疏浚河段下游个别河道水位还略有升高。因此，疏浚河道对降低设计洪水位与设计堤顶高程几乎无作用。推荐采用单一的加高加固堤防方案。