现状工况下衢州城区防洪能力测算

刘善海

(衢州市水文勘测站，浙江 衢州 324000)

现状工况下衢州城区防洪能力测算

刘善海

(衢州市水文勘测站，浙江 衢州 324000)

衢州城区防洪工程是按规划工况设计建设的，规划工程没有全部建成前，实际的防洪能力不明确.采用数据分析的方法，把实测较大历史洪水还原到现状工程情况下进行模拟调节和洪水演算，得到现状工况下的洪水系列，认为现状工况下，衢州城区防洪闭合圈堤顶高程均高于相应50年一遇洪水位，除机场堤外堤顶(防浪墙)顶高程均高于相应洪水位加安全超高，机场堤高程高于50年一遇洪水位加安全加高值，衢州城区防洪能力达到50年一遇.

现状工况；衢州城区；防洪能力

1998年，衢州发生流域性大洪水，衢州城区德平坝进水，斗潭附近受淹，城区多处积水，洪水过后衢州城区开始了城市防洪工程建设，2003年城区基本形成防洪闭合圈，衢州城区防洪工程设计标准50年一遇(规划工况)[1-2]，在规划上游骨干防洪工程建成前，现状防洪能力不到设计标准.现状工况的防洪能力确定一般方法是用天然洪水系列计算的各种频率天然洪水、设定各防洪工程的运行状态，经调洪计算和洪水演进，形成设计断面洪峰流量，计算各断面洪水位和各项加高，与现状防洪堤高程比较确认.这种方法的缺点：(1)防洪工程的起调状态人为设定(一般较保守)；(2)没有考虑上游暴雨尤其是梅雨期暴雨时间和空间的分配特点，设定的洪水组成过于保守(实际没有发生过)，水利工程实际调洪作用人为减弱，造成计算结果偏高.客观地分析计算城区的防洪能力，对城区的防洪风险控制、防汛指挥决策和城乡规划建设都具有重要意义.本文研究城区的防洪能力，运用大数据分析方法，充分利用流域内各次洪水的前期雨量数据和工程建设以来的运行大数据，用实测历史较大洪水年份的前期降雨过程数据模拟生成各现状防洪工程的运行情况和下垫面情况；用实测较大天然洪水的洪水过程，放大成不同频率天然设计洪水过程，进行模拟调节和洪水演算，得到现状工况下衢州城区设计洪水过程，同时研究分析衢州城区上下游河道演变规律，确定各代表断面的洪峰水位，科学客观地评价衢州城区现状防洪能力.

1 工程概况

衢州城区三面环水，南北走向的江山港河口段在双港口与常山港汇合成衢江，再向北有大俱源和庙源溪汇入、在姚家村转向东，在鸡鸣村有南北向的乌溪江汇入，向东出衢州城区.衢州城区洪水主要是梅雨洪水，数据分析表明衢州站超过5年一遇的洪水都发生在6月3日至7月24日，其中91%以上的洪水发生在6月1日至7月15日.分析衢州每年的梅雨过程，可以发现衢州梅雨期降雨带一般是西南—东北方向.梅雨地带先在衢州北部开化县和常山县北部停留一段时间，后南移，降雨集中在江山市和衢江区、龙游县南部，最后又北抬出境.梅雨期降雨范围大，降雨集中，上游河流(江山港、常山港和乌溪江)均为山溪性河流，洪水是陡涨陡落的瘦高型，洪峰持续时间短，一般≤2 h.到衢州城区衢江干流，由于降雨带的移动，不同支流洪水工程的组合，加上蓄水工程的调蓄，洪水变得矮胖，洪峰持续时间长，如“20170625”洪水，江山港与常山港洪水错开叠加，致使衢江衢州站洪峰持续时间>8 h.江山港流域受上游建有白水坑和碗窑两座大型水库，已经达到规划工况，衢州城区对江山港洪水防洪能力达到50年一遇[3]；乌溪江则由于大型水库(湖南镇水库)的调蓄作用，洪峰流量大大削减，对乌溪江的防洪能力同样为50年一遇[4].本次研究的重点是在衢江段，即双港口到鸡鸣段，以衢州站为代表站.

2 研究工程对象的界定

防洪体系是动态发展的，本文所研究的工况是指上游没有对衢州城区洪水有较大影响的防洪工程建设的时期，这些工程，如衢州城区防洪工程建设(2003年完成)、塔底电站(2007年建成)、江山港的白水坑水库(2003年建成)、常山港的芙蓉水库(2005年建成)均对衢州城区洪水有较大影响，所以确定研究的对象是指2011年以后至最近可能建设的开化水库建成(预计2023年建成)的相对稳定期.开化水库建成后衢州防洪能力将进一步提高.

3 现状与天然的改变

3.1 防洪工程建设

(1)蓄水工程

考虑小型水库的滞蓄洪能力较低，本次研究忽略小型水库的调洪作用，仅计算分析大中型水库的防洪作用.衢州城区上游现已建成3座大型水库、6座中型水库，总防洪库容40 790万m3(见表1).数据分析表明，乌溪江流域的湖南镇水库和黄坛口水库控制流域面积占比最大，占流域总面积的92.7%，防洪库容31 300万m3；江山港流域的白水坑、峡口和碗窑水库控制流域面积占流域面积的31.4%，常山港流域最小仅20.6%.

表1 衢州城区上游大中型水库基本情况表

(2)引(调)水工程

衢州城区上游现仅有乌溪江西干渠跨领域引水工程(灌溉引水流量较小)，本次研究忽略引水影响.

(3)堤防工程

城区建成闭合防洪堤29.515 km，设计防洪标准为规划50年一遇.另有闭合圈外严家於(现已整体拆迁)防洪堤，防洪标准10年一遇.上游江山港和常山港绝大部分河道建成防洪堤，设计标准不一.在设计标准内，堤防建设洪水归槽，流速加大，洪水传播时间缩短，对洪水演算有影响.分析衢州站水位流速关系和不同水位级上游各水文站到衢州站的洪水传播时间，江山港和常山港以及衢江上游(至乌溪江口以上)河床总体下切，行洪断面面积增加，高水时同水位流速、流量加大，行洪能力增强.同时由于河道防洪工程建设，设计洪水标准以下，河道滞蓄能力下降，洪水归槽，同流量时流速加大，洪水传播速度加快，洪水位上涨速度加大.由于衢州城区防洪标准高于上游河道两岸防洪堤设计标准，高于上游防洪堤设计标准的洪水时，河道的滞蓄洪能力得到恢复，因此本次研究忽略河道本身滞蓄洪水能力的影响.

3.2 河床演变

河道采沙、河道疏浚、防洪堤建设造成河床下切，卡口河段拓宽，防洪标准以下洪水河道行洪速度加快，同流量下洪水位下降.比较分析衢州站不同时期的河道断面图(见图1).

图1 衢州站的不同时期河道断面图

从图1可以发现，衢州站2000年以前断面变化不大，2000年以后，城市防洪工程和塔底枢纽建设对信安湖进行疏浚、拓宽切滩，行洪断面加大，2007年塔底枢纽建成，形成信安湖，衢江城区段河床趋于稳定.2012年开始衢江城区段下游有安仁铺枢纽在建，枢纽项目结合航道建设，对库区也进行了大规模的河道疏浚，河床下切，衢江河道水面比降增大，过流能力增强[5],比较分析不同时期衢州站水位流量关系曲线图(见图2).

图2 衢州粘典型年水位～流量关系曲线

从图2可以发现，高水时同水位流量增加，尤其2011年前后同水位流量增加明显.

4 现状工况洪水计算

4.1 天然洪水计算

天然洪水采用实测和调查洪水资料计算，上游第一座大中型水库峡口水库(1971年)建成前的实测洪水直接作为天然洪水,以后的洪水考虑不同时期的工程状况还原计算成天然洪水，经频率计算得到各断面天然洪水(见表2).

表2 天然洪水计算成果表 单位：m3/s

4.2 现状工况洪水计算

把天然洪水过程在现状工况下进行调洪计算和洪水演算，得到现状工况洪水过程，设计天然洪水洪峰流量和3日洪量采用天然洪水计算结果，设计洪水过程采用典型洪水放大得到，经分析比对，衢州站选用“19980724”和“20110616”洪水为典型洪水，这两场洪水峰高量大分别为衢州站实测第2和第6大洪水，洪峰为复峰，洪峰流量与3日洪量与设计天然洪水吻合度高，且主雨区在常山港，对衢州城区更加不利.计算时，由于这两场洪水发生时上游有些调洪工程已经建成，首先要对两场洪水进行还原，还原结果(见表3).

表3 衢州站典型洪水还原计算成果表

还原计算发现“19980724”洪水暴雨相对均匀，江山港的白水坑水库尚未建成，仅碗窑和峡口水库参与调蓄，但发挥的作用仍较大.“20110616”洪水时暴雨极不均匀，主雨区集中在调蓄能力较弱的常山港，江山港流域的白水坑和碗窑水库对江山港洪水的拦蓄作用非常明显，但对衢州站洪水影响相对较小[4-5]，芙蓉水库处于降水高区，相对衢州站洪水的削峰作用较强，从安全角度出发，选用“20110616”洪水过程作为典型洪水过程.以洪峰流量和3日洪量控制同频率放大典型洪水过程为设计洪水过程，用设计洪水过程在现状工况下按照各工程的洪水调度原则进行调洪演算，得到衢州站同频率洪水洪峰流量(见表4).

表4 现状工况洪水计算成果表 单位：m3/s

与钱塘江流域综合规划修编成果(见表5)比较，本次研究的成果略小，主要原因：(1)实测洪水系列的延长对频率计算结果的影响；(2)对调查的特大洪水的重现期进行了进一步的分析和确定；(3)设计洪水过程采用了(最不利)典型洪水放大，考虑了实际暴雨发生的可能性.

表5 洪水计算成果(同《综规》2011—2020年对比) 单位：m3/s

5 衢州城区防洪能力计算

5.1 洪水位计算

根据现状工况洪水计算成果和衢州站水位流量关系，确定衢州站各频率洪水洪峰水位.根据衢州站的断面形状和水位流量关系规律，对衢州站最近的较大洪水(2015年)水位流量关系作高水延长，查得衢州站现状各种频率洪水位，以衢州站洪水位为控制，按恒定均匀流计算各代表断面各种频率洪水位(见表6).

表6 现状工况代表断面洪水位计算成果 单位：m

5.2 防洪堤高程

衢州城区防洪堤根据设计建设主要有江山港河口的黄头街堤防，衢江的江滨南堤防、江滨中堤防、江滨北堤防、上下埠头堤防(保护西区)、北门堤防、机场堤防、鸡鸣堤防，乌溪江的乌溪桥堤防.各代表断面高程(见表7)[6].

表7 现状工况各防洪堤防洪能力评估表

衢州城区江滨南堤防、江滨堤防、江滨北堤防、上下埠头堤防(保护西区)、北门堤防、机场堤防形成一个闭合圈，闭合圈内机场堤安全超高略有不足，但堤顶高程超过50年一遇洪水位加安全加高值(0.7 m)，已经具备50年一遇防洪能力，防洪能力为20年一遇的鸡鸣堤和乌溪桥堤保护范围为柯城区的鸡鸣村、周庄村和乌溪桥村在这个闭合圈外.

衢州城区总体达到50年一遇防洪能力.

5.3 防洪能力评估

计算各段堤防代表断面洪水位，按照堤防设计规范取堤防安全超高值为1.3 m，比较各断面洪水位与堤顶高程，防浪墙顶高程与洪水位加安全超高值得差值，评定各段堤防的防洪能力.

6 结 语

现状工况下，衢州城区防洪闭合圈堤顶高程均高于相应50年一遇洪水位，除机场堤外堤顶(防浪墙)顶高程均高于相应洪水位加安全超高，机场堤高程高于50年一遇洪水位加安全加高值，衢州城区防洪能力达到50年一遇.一旦发生50年一遇洪水，要注意防浪墙开口处的防浪加高.

[1] 中华人民共和国水利部.SL252—2000水利水电工程等级划分及洪水标准[S].北京：中国水利水电出版社,2000.

[2] 浙江省水利水电勘测设计有限公司.钱塘江流域综合规划(2011—2020)[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计有限公司，2015.

[3] 吴有星，孔伟丽.江山港流域综合规划修编(2012—2030)[R].衢州：衢州市水利水电勘测设计有限公司，2014.

[4] 朱法君.乌溪江流域防洪及水资源综合利用规划[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计院，1995.

[5] 郑阳红.钱塘江中上游干流河段水位流量关系变化分析[R].杭州：浙江省水文局，2011.

[6] 郝志强.衢州市信安湖堤防安全技术认定综合评价报告[R].衢州：浙江九州治水科技股份有限公司,2016.

CalculationofFloodControlCapacityinQuzhouunderCurrentConditions

LIU Shan-hai

(Quzhou Hydrological Survey Station, Quzhou 324000, China)

The flood control project built in Quzhou urban area was constructed according to the planned conditions, and the practical flood control capacity has not been proved before the entire completion of the planned project. This article, by applying the data analysis method, restored the measured larger flood encountered in the history to the conditions of current flood control projects, and then carried out the simulative regulation and flood routing, at the very end, this article worked out the flood series under the current conditions, and came to the following conclusions: the embankment top elevation of the flood control enclosure in Quzhou urban area shall be higher than the level of the heaviest flood in 50 years, except that the embankment top elevation outside the airport dyke (wave wall) shall be higher than the corresponding flood level combined with free height, the embankment top elevation of the airport dyke shall be higher than the level of the heaviest flood in 50 years combined with free height, thus enabling the flood control capacity in Quzhou urban area up to the level against the heaviest flood in 50 years.

current condition; Quzhou urban area; flood control capacity

2017-06-17

刘善海(1969-)，男，浙江江山人，高级工程师，主要研究方向为水文水资源.

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.05.007

TV871

A

1008-536X(2017)05-0027-05