台州市温黄平原地区河网水文水动力模型研究及应用

陈 雰，黄 成

（1.台州学院，浙江 台州 318000；2.浙江昊信工程咨询有限公司，浙江 台州 318000）

沿海感潮城市如台州、温州等，是经济发展的先驱、滨海城市的明珠。由于所处的特定地理位置、气候条件、地形特点，在尽享水资源带来的水土膏肤和舟楫之利的同时，也深受水灾的威胁。与大流域地区、内陆地区或其他城市的水灾相比，其复杂性和特殊性主要表现以下两个方面：（1）多致灾因子作用，涝灾危险性增大，一般情况下，由单个因子造成的水灾并不严重，而多个因子相互影响、共同作用，往往造成巨大的损失，如热带气旋发生时常伴有暴雨，如适遇天文大潮即“三碰头”，就有可能造成严重的水灾[1-2]。（2）下垫面环境复杂，涝灾承灾体脆弱性日趋增加，平原河网调蓄能力降低、地面沉降严重等因素加剧了涝灾的形成。以上这两种负反馈作用使得沿海感潮地区成为受洪涝灾害影响最为严重、风险最高的区域之一。频繁的涝灾不仅会直接造成财产的重大损失，严重影响其经济发展，还会对社会、环境和人们心理带来十分不利的影响。同时沿海城市人口密集、经济发达，对水灾信息采集、分析、预报的准确性和反应速度都提出了更高的要求[3]。

此次研究区域台州市温黄平原区域位于浙江省中部沿海，属于典型的沿海感潮区域。洪水受上游来水、当地降雨、下游顶托(如河口潮汐顶托、台风增水顶托等)和人类活动等综合影响[3]，洪水运动情况复杂，洪水下泄不畅。研究成果可以为沿海感潮城市暴雨内涝减灾防灾以及城市暴雨内涝风险的管理提供科学依据。

1 概况

此次研究区域台州市温黄平原区域位于浙江省中部沿海，介于东经121°2´～121°40´，北纬28°15´～28°44´，东濒东海，西连温州市，南临玉环市，北接椒江、临海市、黄岩区。温黄平原为台州市最大的平原，也是浙江省的四大平原之一。域内水系主要为金清水系河网，部分为永宁江水系河网。降雨时空分布不均，年际变化较大，年均降雨量1250～2200mm，多年平均降雨量1639.8mm。年降水日数140～180d。

台州市温黄平原水文水动力模型包括椒南、路桥、黄岩东部、温岭4个市（区），东西长约61km，南北宽约53km，研究区域土地总面积1976.5km2。温黄平原为台州市最大的平原，也是浙江省的四大平原之一。域内水系主要为金清水系河网，部分为永宁江水系河网。

2 建模原理

根据流域的地理特性，可以将温黄平原河网流域大部分归为平原区，西部部分区域归为山丘区。洪水受上游来水、当地降雨、下游顶托(如河口潮汐顶托、台风增水顶托等)和人类活动等综合影响，洪水运动情况复杂，洪水下泄不畅，这部分区域的洪水模拟需采用以水文、水动力学相结合的方法解决[4]。

温黄平原河网区的洪水模拟采用水文学和水力学相结合的方法。根据平原地区流域的特征，从流域洪水模拟的角度，流域由河道、湖泊、水库、蓄洪区、行洪区、圩区及工程建筑物(如闸、堤、大坝、铁路等)等组成，在平水期，水流主要在河道、湖泊中运动；洪水期，随着水位的上升，上游来流超过了河道泄流能力时，通过分洪、行洪、蓄洪、圩区等措施，使水流通过闸、口门、漫堤等水工建筑物进入行蓄洪区，而行洪区内的工程建筑物如铁路、公路又影响着水流运动，模拟流域洪水的目的在于正确地模拟上述水流的运动情况。

2.1 水文模型

模型中山丘区水文模型采用分布式三水源新安江模型。在三水源新安江模型中流域以雨量站控制面积为单元，把流域划分为与雨量站个数相同的子流域（或单元），在每个子流域中，把雨量站的点雨量作为子流域的平均雨量，计算相应的产流。模型中温黄平原区域西部地区包括山丘区地形，按照流域（根据所收集小流域边界shapefile文件）划分成小区域，生成山丘区水文模型并进行设置，共计山丘区水文模型227个，总面积673.8km2；模型中东部为平原地区生成平原区预报要素并进行设置，共计平原区预报要素42个，总面积1302.7km2。平原地区水文模型统计单位以各个乡镇为统计单元设置平原区预报要素，根据各个要素的雨量站（根据泰森多边形生成权重信息）、下垫面等信息进行设置[4]。

2.2 产汇流模型

由于不同下垫面具有不同的产流规律，该流域下垫面分成四类：水面、水田、旱地和城镇道路。流域水流运动模拟由零维、一维、二维模拟所组成，各部分模拟必须耦合联立才能求解，各部分模拟的耦合是通过“联系”来实现的。“联系”就是各种模拟区域的连接关系，主要是指流域中控制水流运动的堰、闸、泵等，“联系”的过流流量可以用水力学的方法来模拟。

2.3 水文水动力学模型耦合

此次模型开发平原区坡面汇流单位线模型，通过GIS地图统计河网密度，计算水文分区河道汇流长度，率定坡面汇流速度，统计不同时段汇入计算分区周边河道栅格的概率，从而确定平原区分布式坡面汇流单位线。

通过平原区分布式单位线汇流单位线，将平原产流的结果汇入河网水动力模型中的河道断面，进而实现产水模型与水动力模型的耦合。

3 计算结果分析

由于松门、金清闸、西江闸等水位站监测数据受潮位和水闸控制工况等影响较大，因此，温黄平原地区模型共选取大溪、温岭、路桥、泽国、椒江石柱和麻车桥6个水位代表站进行率定，分片的起调水位参考实测水位进行设定。将模型计算的区域主要代表站的水位与实测水位进行对比分析，包括水位过程、水位峰值及出现时间等，水位代表站基面统一采用1985国家高程基准[5-6]。代表站计算与实测洪峰水位对比见表1，过程对比见图1。由图1、表1可知，2010年各计算洪峰水位与实测洪峰水位总体误差较小，误差在10cm以下。

图1 温黄平原2010年7月温岭站计算水位过程对比

4 结论

文章针对温黄平原地区河网地区的特征，结合地区水系分布特点，构建台州市温黄平原河网水文水动力模型，并对模型进行率定和验证计算，主要结论如下：（1）通过对2010年温黄平原地区的汛期水情进行模拟演算，计算地区各代表站的洪峰水位及水位过程线，与实际情况相差较小，水位过程线趋势与实况拟合较好，模型模拟结果合理，基本反映了温黄平原地区汛期的水流特点和实际状况。（2）模型率定验证成果表明，台州市温黄平原水文水动力模型能够真实模拟自然情况下的实际水流运动，并具有较高的模拟精度。由于模型的精度受闸泵工程的调度等人类活动影响，因此必须掌握准确的闸泵工程调度运行情况，这样模型才能取得更好的模拟精度。

表1 2010年温黄平原代表站洪峰水位计算值与实测值比较表