诸暨市浦阳江洪水风险图编制研究

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002)

浦阳江是钱塘江下游的一条主要支流，流域面积3452km2，干流长150km，流经浦江、诸暨、萧山三县(市)。钱塘江流域历来洪灾频繁，每次受灾损失巨大，与区域经济发展对防洪的要求不相称。浦阳江的防洪任务主要是保护诸暨城关以及沿江两侧众多湖畈的安全[1]。

编制洪水风险图是一项防洪减灾的基础性工程，也是贯彻落实“由控制洪水向洪水管理转变”新时期防洪理念的重要举措[2]。江河洪水风险图，综合反映江河在发生不同设计频率洪水时，在流域面积内可能造成的溃堤、淹没范围、水深，灾害损失、受洪水威胁人口、城镇等[3]。浙江省多年来的应用与实践证明，洪水风险图不仅可为各级防汛指挥机构合理制定应急响应预案、部署防汛抢险、进行洪涝灾情评估提供基本信息，而且有助于各级水行政主管部门科学进行防洪治涝工程和非工程体系的规划、建设和管理，可有效减轻洪涝灾害损失[2-4]。可见，编制浦阳江洪水风险图是十分必要的。

1 编制范围

浦阳江流域干流河道包括浦阳江，东江、西江，开化江、大陈江等支流，以及沿江两岸众多湖畈。洪水风险图的编制，考虑到防洪保护区的历史受灾情况，确定具体范围为大侣湖至湄池、东江以西，总河长约26.7km，影响范围约69.3km2。上游边界至大侣湖、连七湖分界线，下游边界至诸暨、萧山交界，位于直埠各山体以东，东江以西，包括店口工业区，以平原、盆地地形为主。浦阳江水系及洪水风险图编制范围示意图如图1所示。

图1 浦阳江水系及洪水风险图编制范围示意图

2 编制思路

浦阳江流域洪水风险图编制内容主要包括：ⓐ确定编制范围；ⓑ资料收集、整编和分析；ⓒ洪水分析模型建立和方案计算；ⓓ灾情统计和评估；ⓔ洪水风险图绘制等。参考其他流域和蓄滞洪区的风险图编制经验[5-7]，结合浦阳江编制区域的特点，拟定本次洪水风险图的具体编制思路见图2。限于篇幅，本文仅对洪水分析模型建立、方案分析计算、灾情评估、洪水风险图绘制进行详细论述。

3 洪水分析模型

3.1 洪水来源分析

本次洪水风险图研究范围为大侣湖—湄池，主要的洪水来源包括上游干支流洪水(浦阳江、大陈江、开化江、五泄江、枫桥江)、区间暴雨洪水、下游钱塘江洪水和潮水顶托。

3.1.1 上游干支流洪水

上游干支流洪水主要来源是浦阳江、大陈江、开化江的天然洪水影响。对防洪保护区的主要影响是造成堤防溃决，导致洪水泛滥进入防洪保护区。1949年以后，浦阳江流域新建多座防洪水库，中游兴建高湖分洪工程，下游拓浚河道，裁弯取直顺畅水势，并全线加高加固堤防，外拒洪水，沿山开渠，电力排涝等水利措施内排涝水。对浦阳江流域防洪起关键作用的是安华、陈蔡、石壁三座水库。考虑水库防洪作用后，上游干支流洪水来源主要为上游水库削峰后的下泄过程与区间洪水(水库至干支流汇合口)叠加影响。

3.1.2 区间暴雨洪水

区间暴雨洪水主要来源为沿江防洪保护区泵站(湖畈)和主要沿山排洪渠道。诸暨沿江湖畈众多，这些湖畈地势低洼，人口和农田众多，建有堤防用以抵御外洪，电排强排用以减轻内涝，如后侧较大山体汇水，还常设撇洪渠道。编制范围内沿江湖畈主要有连七湖、月塘湖、黄潭解放湖、横山湖等，均相应设有电排站，主要撇洪渠道有店口排洪渠。沿江电排对干流水位和持续时间具有显著的影响。

3.1.3 下游钱塘江洪水、潮水顶托

浦阳江发生大洪水，遇下游大潮或洪水顶托，则洪水宣泄不畅，极易在诸暨城关—湄池一带附近造成洪水停滞，严重危胁两岸农田村镇安危，易酿成重灾。

3.2 模型建立

洪水风险分析应依据区域洪水特性、洪水风险图类别、工程情况及基础资料情况等因素选择水文学法、水力学法、实际水灾法等一种或多种方法[8]。水力学法最为完备，可提供淹没范围、水深分布、淹没历时、流速、洪水到达时间等信息[4]。洪水分析采用水力学法，在河道建立一维水动力学模型用于推求不同洪水频率的河道流量水位[5]，在湖畈保护区建立二维水动力学模型用于分析堤防溃决后洪水演进[6]。

图2 洪水风险图编制思路示意图

3.2.1 一维水流模型

(1)模型控制方程式

(1)

(2)

式中Z、Q、F、V和K——分别表示某一时刻t及在某一空间位置s断面的水位，m；流量，m3/s；相应过水断面面积，m2；断面平均流速，m/s；流量模数，m3/s；

Q——单位河长旁侧流量，m2/s。

本数学模型考虑河道、围区、闸、桥梁等因素，能适用于河道洪流演进影响的定量分析计算。

b.模型概化。模型范围为干流安华水库以下—浦阳江河口，其中：浦阳江干流段(安华水库至茅渚埠)，河长约33.8km；浦阳江西江(茅渚埠至东西江汇合口)，河长约26.0km，浦阳江东江(茅渚埠至东西江汇合口)，河长约30.9km；浦阳江(湄池至闻家堰)，河长约31.9km。按照断面间距不超过500m、河道形态变化显著的河段需布置、桥闸坝堰等工程需布置，共布设河道断面113个(图3)。

图3 一维模型概化图

模型共有8个边界，干流上边界1个，浦阳江安华水库，为流量边界；支流边界6个，分别为大陈江龙潭、开化江毛村滩、五泄江水磨头、枫桥江骆家桥、凰桐江横力口、永兴河丰产堰等，均为流量边界；下边界1个，为闻家堰水位边界。流域50年一遇的边界过程如图4所示。

图4 流域50年一遇边界过程

c.模型验证。浦阳江流域自1990年以来，仅有1994年6月、1997年7月、2011年6月发生超过5年一遇的洪水，因此，水利计算模型率定、验证分别采用就近的“19970709”“20110616”两次大水，最能反映浦阳江防洪的实际情况。 其中“19970709”梅雨型洪水，浦阳江重要水位站湄池站实测水位和计算水位如图5所示，可见所采用的洪水演进方法及模型参数是合理的，可用于工程方案比较计算。

图5 19970709洪水，湄池站水位过程(计算、实测)

3.2.2 二维水流模型

a.模型控制方程式。连续方程：

(3)

运动方程：

=0

(4)

=0

(5)

式中h——水深,m；

ζ——水位,m；

p，q——x，y向的单宽流量,m3/s·m；

f——风阻力系数；

V，Vx，Vy——风速,m/s；

Ω——科里奥利参数；

pa——大气压,kg/m·s2；

ρw——水的密度,kg/m3；

τxx，τyy，τxy——剪切应力分量。

b.模型概化。根据洪水溃口可能淹没的最大范围，进行二维地形概化，浦阳江二维地形范围包括：连七湖、月塘湖、解放湖和横山湖。网格划分时以计算区域外边界、区域内堤防、阻水建筑物、较大河渠、主要公路、铁路作为依据，采用不规则三角形网格。湖畈网格特性见下表，其中黄潭解放湖二维地形概化如图6所示。一维水流模型计算出溃口处的流量和水位，作为二维水动力模型的入流边界，由此计算湖畈内的洪水演进。

编制区域内各湖畈基本特性表

图6 黄潭解放湖二维地形概化网格及溃口E位置

c.溃口设置。溃口数量的选择主要考虑河道险工、弯道、城市村庄分布等情况。该次分析选取的6个溃口主要位于历史险工险段、河流转向对冲处、防洪薄弱处。溃口A～F分别位于西江右岸连七湖堤防公埂段、西江右岸连七湖堤防、西江左岸月塘湖堤防、东江左岸连七湖安家埠堤段、西江右岸黄潭解放湖堤段、浦阳江右岸店口堤段。

溃口宽度及其发展过程以浦阳江实际溃口的统计作为选择依据，溃口底高程取溃口处堤防两侧较高的地面高程。溃口A～F的宽度分别确定为150m、100m、70m、230m、130m、120m。溃口处流量采用宽顶堰流公式计算。

3.3 计算方案及成果

3.3.1 分析计算方案

通过对洪水来源及其特点进行分析，考虑不同洪水重现期(20年、50年、100年一遇)、典型历史洪水(1997年7月9日洪水、2011年6月16日洪水)、堤防溃口方案等情况，最终确定防洪保护区的洪水风险计算方案[6]。浦阳江洪水风险图共设置10种方案。

3.3.2 溃口方案成果

根据拟定的分析计算方案，得到溃口方案成果，限于篇幅，本文仅展示方案1的成果分析。

方案1，设计工况50年一遇溃口计算。根据流域，50年一遇洪水，该次风险图编制范围的溃口湖畈有：连七湖、黄潭解放湖。具体倒堤过程如图7和图8所示。

连七湖50年一遇(溃口A)情况，溃口发生3～5h内，湖畈整体淹没深度已经超过1m；溃口发生后，约36h后，湖畈淹没水位达到最高，约9.7m，此时湖畈平均淹没水深达4.5m。

黄潭解放湖50年一遇(溃口E)情况，溃口发生2h内，湖畈整体淹没深度已经超过1m；溃口发生后，约10h后，湖畈淹没水位达到最高，约11.0m，此时湖畈平均淹没水深达6.0m。

流域按20年一遇整体设防，经大力抢险，流域绝大部分区域仍可确保防洪安全。因此，设计工况下，溃口主要出现在50年一遇、100年一遇洪水工况。

图7 连七湖溃口A倒堤过程50年一遇

图8 黄潭解放湖溃口E倒堤过程50年一遇

4 洪水影响与灾情评估

洪水影响分析主要包括淹没范围和各级淹没水深区域内社会经济指标的统计分析、洪灾损失评估等。灾情评估主要利用GIS分析工具，将洪水水情特征分布图层和社会经济数据库关联的土地利用分布图层通过空间地理关系进行叠加分析，计算洪水淹没范围内不同的社会经济财产类型及数量[7]。采用“损失评估软件”，结合 GIS 平台进行统计分析得到各溃堤洪水分析方案洪灾损失。

分析损失情况，横山湖为店口镇中心，面积大、人口密集、工业密集，黄潭解放湖现阶段已改造为工业区，新兴工商业企业较多，且有店口港所在，因此，黄潭解放湖、横山湖是防洪过程的保护重点之一。另外，连七湖不同频率洪水方案、不同溃口方案之间的损失数据、比例相差不多，且损失数值均较大，月塘湖、黄潭解放湖与之类似，主要是因为编制范围内地势低平，基本无阻拦物，因此减小洪水对堤防压力、加固现有堤防设施，是湖畈防洪的主要手段。

5 洪水风险图绘制

绘制洪水风险图的软件使用“洪水风险图绘制系统FMAP”。该系统主要为洪水风险图编制工作提供了绘制洪水风险专题图件的平台，用于绘制符合相关标准和规范的基础洪水风险图，为用户提供淹没水深、历时、流速、到达时间等洪水风险图数据检查、制图、排版、优化、出图等功能。本文仅展示与溃口方案展示成果对应的方案1的淹没水深图(见图9)。

图9 浦阳江50年一遇设计洪水淹没水深图

6 结 语

对浦阳江洪水风险图编制区域，采用水力学法进行洪水风险分析，在河道建立了一维水动力学模型，在湖畈保护区建立二维水动力学模型，根据洪水特点及历史受灾等情况，拟定了湖畈的各种溃口，形成组合计算方案，得到淹没范围、水深分布、流速、洪水到达时间等要素，并通过灾情评估软件计算各方案洪灾损失，得到如下结论：

a.遇流域20年一遇洪水，必须启用高湖分洪，预计诸暨洪水位仍有可能达吴淞14.55m以上，湄池洪水位超过吴淞12.47m。如此时，个别湖畈发生倒堤事故，客观上可降低高潮的洪水风险，缓解其余湖畈的防洪压力。

b.遇流域50年一遇洪水，除诸暨主城区以外，诸暨市诸暨—湄池区间沿岸大多数湖畈均有可能已破堤进水。流域出现溃口事故将是大概率事件。

c.遇流域100年一遇洪水，力争流域内诸暨主城区等最重要保护对象防洪安全，其余湖畈均可视防汛实际情况择机弃守。

d.分析洪灾损失，可见黄潭解放湖、横山湖是防洪过程的保护重点。加固现有堤防设施，是湖畈防洪的主要手段。

e.现有的浦阳江洪水风险图编制范围仅考虑西江西岸、横山湖、东西江之间的区域，结合历史洪水的发展情况，建议在允许的条件下，将东江右岸、五泄江上下游以及其他常发生洪水风险的支流沿岸纳入编制范围，完善浦阳江流域洪水风险图的编制。

[1] 陈志刚，王超，李少卿,等.钱塘江流域综合规划修编[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计院，2010.

[2] 周毅.浙江省洪水风险图的编制与实践[J].中国水利，2005(17)：20-21,16.

[3] 李立国，蔡国民，李景才.宁波市洪水风险图初步研究[J].浙江水利科技，2002(4)：9-11.

[4] 向立云，徐宪彪.洪水风险图编制规划方法探讨[J].中国防汛抗旱，2010(3)：56-59.

[5] 潘向军，楼玉先，邱志章.基于一维水力学法的小流域洪水风险图编制[J].浙江水利科技，2008(3)：6-8.

[6] 李岩，秦琳，唐慧慈.德州市重点区域洪水风险图编制研究[J].山东水利，2015(9)：45-46.

[7] 郑敬伟，王艳艳，孙德威.杜家台蓄滞洪区洪水风险图编制[J].中国防汛抗旱，2010(5)：64-67.

[8] 国家防汛抗旱总指挥部办公室.洪水风险图编制导则[K].北京：国家防汛抗旱总指挥部办公室，2010.

协会动态

关于开展2018年度水利工程优秀质量管理小组成果申报工作的通知

为深入贯彻落实国务院《质量发展纲要(2011—2020年)》和《中共中央 国务院关于开展质量提升行动的指导意见》的精神，在水利行业内提升和强化质量意识，把握高质量发展机遇，弘扬"工匠精神"，经研究，中国水利工程协会组织开展2018年度水利工程优秀质量管理小组成果申报工作，网络申报截止时间为2018年5月31日，有关事宜详见中国水利工程协会官网( www.cweun.org )通知公告栏目，敬请关注。