姚江流域小泾浦蓄滞空间分洪“四预”系统设计与开发

赵思远 李 聪 周宏杰 楼 津

（1.宁波市水利水电规划设计研究院有限公司，宁波 315016；2.宁波市水文站，宁波 315020）

0 引 言

近年来，甬江流域极端暴雨天气频发，易遭遇洪、涝、潮“三碰头”，随着沿江强排泵站工程的实施落地，洪水归槽后干流洪水高涨。为有效协调与解决新形势下甬江干流洪水排泄不畅，超标准洪水应对措施不足等问题，2017 年宁波市水利局组织开展了《甬江流域洪涝滞蓄方案专题研究》，研究充分结合已有规划治理思路，提出了姚江干流（甬江支流）布局“中滞”的基本思路，经初步研究，拟于姚江左岸小泾浦以东农保区集中布置蓄滞空间；2019年宁波市水利局启动了《宁波市蓄滞洪空间建设规划》编制工作，规划以前期研究及规划推荐成果为依据，考虑姚江干流蓄滞空间实施的必要性和迫切性，并依据相关水利规范，就小泾浦蓄滞空间具体的建设方案进行了规划；2021年宁波市水利局启动了《姚江流域河姆渡小泾浦蓄滞空间1 期工程项目建议书》编制工作，再次明确小泾浦蓄滞空间为新形势下有效协调与解决姚江干流洪水排泄不畅、超标准洪水应对措施不足等问题的规划“中滞”工程。

但新形势下，工程措施的实施往往周期长、投资大，为指导与支撑小泾浦蓄滞空间现状区域分洪问题，从缓解干流现状防洪压力、防御超标准洪水等实际需求角度出发，开展小泾浦蓄滞空间分洪“四预”（预报、预警、预演、预案）关键技术研究，构建分洪数学模型，开发小泾浦蓄滞空间分洪“四预”应用系统，通过“分洪预报、分洪预警、仿真预演、数字预案”全过程链的动态洪水风险管控技术，实时分析蓄滞区域分洪风险，动态模拟淹没过程，科学支撑分洪决策，强化超标准洪水“四预”能力，最大程度降低洪涝风险损失，为人民群众提前安全转移争取宝贵时间，为姚江流域防御超标准洪水提供智能化、科学化技术支持。

1 研究区域概况

小泾浦蓄滞空间位于宁波余姚市河姆渡镇姚江干流以北区域，河姆渡镇北片区现状已基本形成了“二横八纵”的骨干排水格局，小泾浦即为其中“八纵”之一。考虑到河姆渡镇北片区整体地势相对较低，且洪水期极易受姚江、慈江洪水位顶托影响，故为切实缓解片区排水压力，现状河姆渡镇北片区沿慈江、姚江布设有一定规模的强排泵站，据统计，现状已建强排泵站共计18 座，总规模47 m3/s。研究区域工程分布概化图如图1所示。

图1 研究区域工程分布概化图

研究区域内分洪闸拟为苗浦闸泵、小泾浦闸站与赵家排涝站，位于姚江左岸，分洪闸后河道为蓄滞空间内的主要分洪河道，并沟通姚江和慈江水系。当遇到超标准洪水时（上游干流水位超过20 年一遇设计水位），开启分洪闸进行分洪，洪水自分洪闸进入蓄滞空间，通过平原河网向北流动，同时超量洪水漫过河岸在蓄滞空间内扩散，根据慈江水位情况，可选择将超量洪水通过节制闸排入慈江，或者暂时蓄洪。蓄洪至水深即将威胁小泾浦蓄滞空间外围区域主要村镇时，关闭分洪闸，并根据干流水位情况及时开启闸门或者排涝泵站将洪水部分泄出。

2 系统架构及关键技术

2.1 系统架构

本系统采用B/S（Brower/Server）方式开发集成，运用J2EE技术框架，按照面向对象设计方法的原则进行程序设计，实现系统分层解耦。本系统总体构架分为基础设施层、数据服务层、应用支撑层和业务应用层（图2）。

图2 系统总体构架图

（1）基础设施层：由软硬件保障设施、基础网络、服务器、数据采集设备、外部数据接入等软硬件环境组成，为系统部署和运行提供基础支撑环境。

（2）数据服务层：通过数据集成、数据变换、数据清洗等步骤，汇集形成各类主题数据库，包括水雨情信息、气象信息、工情信息、地理空间信息等强关联数据库及社会经济信息等弱关联数据库。

（3）应用支撑层：基于系统功能需求，构建分洪数学模型，预制分洪场景预案库，应用大数据平台及分析工具、二维GIS 引擎及报表工具，为系统功能的实现提供技术支撑。

（4）业务应用层：包括分洪调度预报、分洪风险预警、方案仿真预演、分洪数字预案等功能，业务管理人员能够实时分析蓄滞区域分洪风险，动态模拟淹没过程，科学支撑分洪决策，强化超标准洪水“四预”能力。

2.2 关键技术

（1）分洪数学模型。包括分洪调度决策分析模型与分洪区域二维漫滩模型，分洪数学模型是干流超标准洪水防御体系运用的核心，模型可满足规则调度、指令调度等多种调度场景下的调度决策模拟，再应用守恒的二维非恒定流浅水方程组描述水流流动，模拟小泾浦区域洪水蓄滞情况。

（2）分洪场景预案库构建。对小泾浦周边区域洪水风险进行分析，基于前期规划研究成果设定分洪场景，对小泾浦蓄滞区域承担姚江干流削峰与滞洪作用进行分析评估。拟定分洪场景，制定分洪场景预案库，动态仿真模拟干流不同分洪流量场景下的区域洪水淹没演进过程及影响。

（3）分洪“四预”应用体系建设。开发小泾浦蓄滞空间分洪“四预”应用系统，建设洪水风险预报、分洪风险预警、动态仿真预演、分洪数字预案四大功能，强化超标准洪水“四预”能力。

3 系统主要功能设计

3.1 分洪调度预报

分洪调度预报主要包括干流水位预报、分洪需求分析、分洪调度计算3个模块。系统接入甬江流域洪水预报模型计算成果，实现对姚江干流水位过程的预报，初步分析研判超标准洪水情景下小泾浦蓄滞空间分洪需求，包括不同分洪洪量对干流水位削峰影响、分洪区受淹影响（受淹水深、受淹面积等），综合以上分析成果，以分洪数学模型为计算引擎，通过设定分洪闸的调度规则，包括分洪起止时间、分洪闸是否启用、分洪启用水位等，实现小泾浦蓄滞洪区的分洪调度模拟。分洪调度预报界面如图3所示。

图3 分洪调度预报界面

3.2 分洪风险预警

分洪风险预警主要包括预警信息发送、责任人管理、预警模板管理、预警信息统计4个模块。以分洪调度预报的成果为依托，通过后台预先设定预警阈值，当余姚、丈亭水位站实时水位达到预警水位，且根据预报水位有持续上涨趋势时，模块可通过添加责任人，编制预警短信模板进行预警信息发送，预警信息发送范围包括防汛责任人、社会公众，此外模块还可以对一定时间段内发送的预警信息进行统计。分洪风险预警界面如图4所示。

图4 分洪风险预警界面

3.3 方案仿真预演

方案仿真预演包括淹没范围及最大水深、动态淹没、分洪影响分析、分洪效益分析4 个模块。基于WebGIS 技术，用户可动态模拟小泾浦蓄滞空间二维洪水演进漫滩过程，也可以直接在淹没范围及最大水深模块中查看分洪区最大淹没水深特征图，基于分洪淹没成果系统提供分洪区影响分析功能，包括分洪区受淹面积、影响重要设施分布（工厂、民房、通信基站、电力设施等）、影响人口统计，还可对干流分洪效益进行分析，包括分洪前后干流最高水位及水位过程的对比。方案仿真预演界面如图5所示。

图5 方案仿真预演界面

3.4 分洪数字预案

根据宁波市防汛抗旱指挥部与宁波市水利局编制发布的《甬江流域超标准洪水防御预案》，结合分洪数学模型计算分析的成果落实预案措施，基于WebGIS 技术可直观展示分洪区内社会经济信息和避灾抢险信息等要素，为防汛防台期间分洪调度决策提供科学支撑。分洪数字预案界面如图6所示。

图6 分洪数字预案界面

4 结 语

从缓解干流现状防洪压力、防御超标准洪水等实际需求角度出发，开展小泾浦蓄滞空间分洪“四预”关键技术研究，一方面构建分洪数学模型、预制分洪场景预案库，能够对小泾浦不同量级分洪调度场景进行模拟；另一方面通过开发小泾浦蓄滞空间分洪“四预”应用系统能够实时分析蓄滞区域分洪风险，动态模拟淹没过程，科学支撑分洪决策，强化超标准洪水“四预”能力，最大程度降低洪涝风险损失，为人民群众提前安全转移争取宝贵时间，为姚江流域防御超标准洪水提供智能化、科学化技术支持。

本研究作为工程措施的有力补充，不仅能够指导与支撑小泾浦蓄滞空间现状主动分洪问题，并且旨在探索构建一套可复用、可共享、可服务的分洪“四预”关键技术，为其他地区应对超标准洪水非工程措施建设打造示范标杆。但实际应用中可能面临分洪口变化或破堤等分洪上边界动态调整问题，需要下一阶段进行研究验证。