平原河网地区区域防洪标准分析

庄天文

摘要： 在大量工程建设中，水文站点较少，普遍对工程防洪要求考虑不足，使工程难以长期有效。平原河网地区水位变化的影响因素复杂，本文基于修正后的水文资料，通过频率分析计算，推求设计洪水位特征值，绘制洪水等值线图，并计算区域内工程建设地面最低控制高程和堤防设计高程，以典型区域为例作进一步计算说明。本文的研究成果可以为平原河网地区城市（镇）建设、堤防高程控制提供技术参考。

Abstract： In a large number of construction projects， there are few hydrological sites， reflecting the general lack of consideration for engineering flood control requirements， which makes the project difficult to be long-term effective. Factors influencing the change of water level in plain river network are complex. Based on the modified hydrological data， through frequency analysis calculation， this paper deduces the design flood level eigenvalues， draws the flood contour maps， and calculates the minimum control height and embankment design elevation for engineering construction ground in the area， and carries on further calculation with typical area as example. The research results of this paper can provide technical reference for the construction of the city （town） and the embankment elevation control in the plain river network area.

关键词： 平原河网；防洪标准；水文

Key words： plain river network；flood control standard；hydrology

中图分类号：TV122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0241-02

1 问题的提出

洪涝灾害是影响国民经济发展的主要灾害之一。在各项国民经济建设中，防洪因素是一项必须考虑的重要工作内容[1]。但水利防洪工作在许多行业和区域没有同步跟进，很大程度上成了社会进一步发展的短板。且平原河网地区的水位变化与水利工程调度、地面沉降、农业种植结构调整等影响因素息息相关，导致洪水标准的分析研究更趋复杂，主要在于：①在各项工程建设中，小区域内水位资料缺乏，水文资料覆盖面不足，需要对每一项工程进行水文分析和防洪计算，过程繁琐。尤其在非水利行业的工程建设中，因不熟悉当地水文条件，通常对工程防洪要求考虑不足[2]。②50年代后期以来，由于地面沉降、周边边界条件的变化，使区域内暴雨下垫面发生了较大变化。随着区域经济的发展，地下水大量地被开采，各地形成许多的漏斗形地面沉降区[3]，对整个平原河网地区的防洪形势造成了极为严重的影响，使得大范围的洪涝灾害进一步加剧。③由于农业种植结构调整及各项国民经济建设，圩区内调蓄能力大幅下降[4]，单位降水量引起的水位涨幅变大。大规模圩区建设、土地平整，虽然提高了各圩区内防洪排涝能力，但不可避免地减小了外港的水面积，在相同降雨量下促使洪水位进一步抬高。

本文基于修正后的水文资料，通过频率分析计算，推求设计洪水位特征值，绘制洪水等值线图，并计算区域内工程建设地面最低控制高程和堤防設计高程，以典型区域为例作进一步计算说明。

2 设计洪水位计算

2.1 水文观测资料修正

地面沉降使水文站观测数值发生较大失真，降低了水利工程的防洪能力，有必要对已测水位进行统一的地面沉降修正。根据各地市国土资源局提供的《地面沉降监测报告》，确定历史区域内累计地面沉降量，作为水位修正值。初步拟定预期地面沉降量，作为防洪标准安全余量ΔH。

工程建设和农业种植结构的调整使水利下垫面工况发生变化，提高了抗洪排涝的要求，有必要对已测水位进行相应调整。水位分为三个时间段系列：第一阶段为初始状态，第二阶段为圩区布局形成阶段，第三阶段大规模水利建设阶段。在水位系列修正时，均以工程已经实施的第三阶段（代表现状阶段）为洪水形成条件的统一基础，依据区域内的暴雨量不随水利工程建设的影响，分三个阶段通过区域内暴雨量与由此暴雨所引起的水位涨幅线性回归。以第三阶段回归线为基准回归线，第一阶段或二阶段内的回归线与基准回归线之间水位涨幅的差值即为该阶段内相应暴雨量的水位调整值。

2.2 站点防洪水位分析计算

对于防洪问题，需确定保护区域内设计洪水位的重现期。设计水位的推求有两种方法：一种是“过程模拟”，即水力计算。另一种是数理统计，即不管水流和水位的时空变化过程，通过对长系列实测资料进行统计分析，推求出设计洪水位。

平原河网地区的市（镇）区及周边地区地势平坦，河流纵横交叉，水流顺逆不定，水位和流量关系非常复杂，且受到境外上游区域来水量、下游排水通道排泄量和当地暴雨综合控制[5]。区域内研究范围的水力要素和水流结构与整个平原河网地区息息相关，难以独立确定研究范围的边界条件，故难以采用“过程模拟”计算出区域内设计水位。资料的收集和计算非常复杂，本文计算均采用数理统计方法，以PIII型曲线进行适线，得到洪水频率曲线。按照设计洪水重现期，在该曲线上取得相对应的设计洪水位。

2.3 区域防洪水位分析计算

由于水文站分布较少，大部分区域内并无可直接引用的长系列洪水位资料。通过洪水等值线图的绘制，可以扩展区域内洪水特征值的范围，在图纸范围内任何地方进行工程设计建设，均可直接查阅套用设计洪水位。

根据某行政区域内多个国家基本水文观测站的某一重现期对应的设计洪水位，按照水文站之间距离与水位落差，采用内插法原理，即可绘制洪水等值线图。洪水频率分析计算和洪水等值线图，基本描述了区域内在设计洪水条件下的洪水位与水流流动的基本方向。

3 防洪水位的确定

3.1 城市（镇）建设地面最低高程控制

建议城市（镇）建设地面最低高程控制值按下式计算：

区域内工程建设最低高程=设计洪水位+A′+ΔH

式中，A′为安全超高。鉴于地面加高后区域内整体防洪能力较强，A′按《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）[6]中容许越浪取值。例如，重现期50年时为0.4m；重现期20年时为0.3m。

ΔH为预期地面沉降量。

3.2 堤防建设最低高程控制

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）[6]，堤防的安全加高值由下式确定：

Y=R+e+A

式中，Y为堤顶超高；R为设计波浪爬高（m）；e为设计风壅增水高度（m）；A为安全加高。根据洪水重现期，按照容许越浪或不容许越浪分别考虑。

由于平原河网地区地面沉降现象严重，为保证堤防建成后的后续应用，考虑预计地面沉降量ΔH，即

Y=R+e+A+ΔH

4 典型区域计算分析

上述高程控制值的影响因素及计算方法解决了水文资料密度不足的问题，适用于平原河网地区各项工程建设。现以典型区域——桐乡市相关数据为例，进一步计算分析说明。

桐乡市境内河港纵横交错，是典型的江南水网平原，是杭嘉湖平原“洪水过境走廊”。市域多年平均降雨量1246.7mm，年平均降水约141天。

根据嘉兴市国土资源局提供的《嘉兴市地面沉降监测报告》，初步拟定各镇、街道在2030年前的预期地面沉降量。以崇德站、乌镇站、桐乡站为基点分析推求洪水位，见表1，从而绘制洪水等值线图。

根据洪水等值线图，初步确定各镇街道的设计洪水位，见表2。由于每一个镇（街道）的范围较大，同一镇（街道）区域内的洪水位有差异，为便于应用，以各镇街道政府所在地作为设计洪水位取值点。

确定各镇街道行政区域内的城镇建设最低高程控制值（表3）和规划建设堤防高程理论值（表4）。为方便应用，对于采用五十年一遇、二十年一遇的防洪标准与采用土堤、构筑物防洪工程。

5 结语

防洪工程建设是一项长期的任务，按既定的防洪标准建设，能有效减少投资和节约社会资源，使工程有效使用和长治久安。考虑到水利工程调度、地面沉降、农业种植结构调整等影响因素，通过水文数据的调整和频率计算，得出以下结论：①洪水等值线图可表示分析区域内任意点位的水位特征值，在实际工程設计建设中，可直接查阅套用设计洪水位，使用快捷方便。合理设定防洪工程的建设标准对于有效治理水患、合理配置水资源、节省工程投资与延长工程寿命都有重要的意义。②区域内工程建设地面最低控制高程和堤防设计高程，为各项国民经济建设提供了防洪标准参考，更利于防洪工作快速有效的开展。

防洪堤防的建设必须在一个具体的标准下建设。当遇到标准以内的洪水时，保证不出险；当遇到超标准洪水时，应能够最大限度地减轻受灾损失。本文的研究成果可运用于平原河网地区城市（镇）工业民用建筑建设、水利工程建设、海绵城市建设、公路交通工程建设等等各项国民经济建设中，为城市地面高程控制和堤防高程控制提供参考。

参考文献：

[1]喻君杰.大范围平原河网地区防洪标准分析研究[J].灌溉排水学报，2013，32（2）：57-60.

[2]刘俊，张建涛，刘翔，等.平原河网城市水资源综合规划防洪校核研究[J].河海大学学报（自然科学版），2006，34（6）：603-605.

[3]周载阳.地下水开采引起地面沉降的机理研究[J].工程勘察，2012，40（3）：22-26.

[4]周峰，吕慧华，许有鹏.城镇化平原河网区下垫面特征变化及洪涝影响研究[J].长江流域资源与环境，2015，24（12）：2094-2099.

[5]赵建波.平原河网地区不同频率设计暴雨下的洪水位计算方法[D].河海大学，2008.

[6]GB50286-2013，堤防工程设计规范[S].