奉化江、甬江治理對(duì)姚江防洪能力的影響及對(duì)策

盧曉燕，王靈敏，黃 昉

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江杭州 310002)

0 引言

浙江省位于我國(guó)東南沿海，太平洋西岸的亞熱帶季風(fēng)區(qū)，是一個(gè)洪澇臺(tái)災(zāi)害易發(fā)多發(fā)的地區(qū)，梅雨洪水、臺(tái)風(fēng)雨和局部地區(qū)的短歷時(shí)強(qiáng)降雨，常導(dǎo)致城市發(fā)生暴雨洪災(zāi)和內(nèi)澇.近年來(lái)，全球氣候變暖，極端性天氣與氣候事件頻繁發(fā)生，加上城市化進(jìn)程快速推進(jìn)，城市規(guī)模急劇擴(kuò)大，城市群造成的“熱島效應(yīng)”以及對(duì)城市空間的不合理開(kāi)發(fā)，一定程度上加劇了城市的洪澇災(zāi)害，目前浙江省城市洪澇災(zāi)害呈現(xiàn)頻次高、強(qiáng)度大的趨勢(shì)[1－2］.

浙江省余姚市的治水史可追溯至7 000年前的河姆渡文化時(shí)期.河姆渡文化遺址出土的人工栽培稻谷、骨耜、水井，證明那時(shí)已有農(nóng)田水利的萌芽.到唐始建水閘，宋筑冷水堰，宋至元興筑海塘，及至明清圍墾海涂，水利建設(shè)已初具規(guī)模.建國(guó)后，水利建設(shè)揭開(kāi)了新的篇章，余姚已基本形成姚江東排與奉化江合流至甬江的排水體系.20世紀(jì)90年代編制的《姚江流域綜合規(guī)劃》提出姚江兩岸堤防工程，現(xiàn)已基本建成，與上游水庫(kù)、水閘等形成余姚城市防洪體系.

姚江洪水目前以東排甬江為主.近幾年，隨著奉化江、甬江兩岸堤防的建成，兩江洪水歸槽致使洪水位抬高，對(duì)姚江東排能力產(chǎn)生一定的影響，有必要研究姚江的防洪對(duì)策.

1 基本情況

1.1 流域水系

余姚城區(qū)位于姚江干流兩岸.姚江又名余姚江、舜江，源出四明山夏家?guī)X，流經(jīng)梁弄、余姚、丈亭，在寧波三江口與奉化江匯合后稱甬江，全長(zhǎng)107 km.姚江流域內(nèi)山區(qū)性河流主要集中在姚江干流四明湖水庫(kù)壩址以上、干流以南各支流，另有一部分矮山分布于姚江干流余姚下游的北岸，多條小河流散布其間，進(jìn)入平原河網(wǎng)后匯入姚江干流.姚江原為潮汐河，咸潮可上溯至通明，1959年7月，姚江大閘建成后成為平原河道.

奉化江的主源為剡江，發(fā)源于奉化、余姚、嵊州三市交界的大灣崗東坡董家彥，主要支流有東江、縣江、鄞江.奉化江上游坡陡流急，為山區(qū)性河道，剡江自奉化市蕭王廟鎮(zhèn)以下、鄞江自鄞州區(qū)鄞江鎮(zhèn)以下、縣江自奉化市城區(qū)以下、東江自奉化市高樓張以下為平原河道，坡降平緩，形成了鄞奉、鄞西河網(wǎng)區(qū).

姚江、奉化江在寧波市區(qū)三江口會(huì)合后始稱甬江，向東北流經(jīng)鎮(zhèn)海，在外游山東側(cè)入海，入?？诰鄬幉ㄈ?6 km.甬江流域水系見(jiàn)圖1.

圖1 流域水系圖

1.2 排水現(xiàn)狀

姚江古河道，據(jù)水文地質(zhì)資料分析，其沉積物形成并發(fā)育于第四紀(jì)中更新世晚期及晚更新世早期(距今約30萬(wàn) a～10萬(wàn)a)，主流線在周行——長(zhǎng)河——庵東一線，并向東北進(jìn)入現(xiàn)今的錢(qián)塘江.其后至全新世中期，距今約6 000年前后，在慈北沿海一帶，由于錢(qián)塘江河口堆積速率高于內(nèi)地，致使地勢(shì)高出內(nèi)地，原姚江向北入海口淤塞，迫使姚江水流轉(zhuǎn)向東行，逐漸形成現(xiàn)今的姚江，并在寧波市區(qū)三江口與奉化江匯合后形成甬江河段[3］.

現(xiàn)在的姚江屬平原型河道，河床平坦，從新江口至姚江大閘閘段長(zhǎng) 79.1 km，水面比降小于0.01‰，河寬50～150 m，最寬處250 m.姚江大閘至三江口長(zhǎng)3.3 km，平均河寬208 m.

余姚城區(qū)位于姚江干流兩岸，該段排水方向?yàn)闁|排經(jīng)姚江大閘至甬江后入海，同時(shí)承接南、北岸支流匯水.余姚西北部臨山以北823 km2面積主要通過(guò)臨海浦閘和陶家路閘向錢(qián)塘江排水，屬錢(qián)塘江水系[4］.

2 研究方法及模型

水力計(jì)算采用一維非恒定流模型，其基本方程為圣維南方程組:

(1)式為連續(xù)方程;(2)式為動(dòng)力方程.式中:B—水面寬;Z—水位;Q—流量;

q—旁側(cè)流量;V—斷面平均流速;

g—重力加速度;

F—過(guò)水?dāng)嗝娣e;

K—單位過(guò)水?dāng)嗝娣e的流量模數(shù).

數(shù)學(xué)模型中考慮倒堤、漫灘、分洪及多種型式的閘、泵、堰、壩、阻水橋梁等各種水利條件因素，能適用于河道洪流演進(jìn)的定量分析計(jì)算.

定解條件包括地形條件、邊界條件和初始條件.地形條件指河床地形，采用2007年實(shí)測(cè)河道資料;邊界條件包括河道上、下邊界，上邊界采用洪水流量過(guò)程(有水庫(kù)則為水庫(kù)調(diào)洪后下泄過(guò)程)，下邊界采用各閘下潮水位過(guò)程;初始條件包括河道初始水位和流量，采用恒定流推求水面線確定初值.

3 奉化江、甬江治理對(duì)姚江防洪能力的影響

姚江原為潮汐河流，姚江大閘建成后，排洪能力受姚江大閘閘下水位高低的影響.而姚江大閘閘下水位過(guò)程一方面受甬江口上溯的潮水頂托影響，一方面又受奉化江洪水頂托影響.

隨著寧波城市經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，城市化的擴(kuò)大，為保護(hù)奉化江、甬江兩岸鄞東南平原、鄞西平原、江北平原的防洪安全，奉化江、甬江正按相關(guān)流域防洪規(guī)劃實(shí)施堤防工程.為分析奉化江、甬江建堤，洪水歸槽對(duì)姚江排洪能力的影響，利用數(shù)學(xué)模型分析比較兩種工況下的洪水位.

方案1:現(xiàn)狀工況，甬江、奉化江兩岸堤防未建成，洪水超堤防高程會(huì)造成洪水進(jìn)行兩岸平原.

方案2:甬江、奉化江兩岸全線建成堤防，洪水歸槽.

兩方案對(duì)姚江的水位影響分析見(jiàn)表1.

經(jīng)水文分析、明渠非恒定流水力學(xué)計(jì)算，甬江、奉化江堤防全線建成后，洪水歸槽，造成江內(nèi)洪水位抬高，致使姚江大閘的閘下水位抬高、大閘下泄能力減弱，對(duì)姚江干流水位影響較大，其中丈亭水位抬高0.21 m，余姚城區(qū)水位抬高0.15 m.

表1 奉化江、甬江建堤對(duì)姚江水位影響分析(20年一遇) 單位:m

4 姚江防洪對(duì)策分析

奉化江、甬江建堤致使洪水歸槽，洪水位抬高影響姚江東排能力.如果再考慮余姚城區(qū)擴(kuò)大，下墊面條件改變，不透水地面面積增大，則姚江干流及兩岸平原內(nèi)水位勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步抬升.為解決姚江防洪問(wèn)題，必須為姚江尋找一個(gè)合適的洪水出路.

根據(jù)水系條件，及1998年編制完成的《甬江流域綜合規(guī)劃》，目前姚江以東排為主，規(guī)劃提出東泄工程姚江二閘，此次也作為首選方案予以考慮.

治水實(shí)踐表明，對(duì)于不同特性的江河流域，治水的措施要有明顯的不同;即使同一條河流或同一個(gè)區(qū)域，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的不同階段，治水的目標(biāo)、要求、投入能力與管理水平也處于動(dòng)態(tài)的變化之中[5］.根據(jù)目前的流域特性、排水路徑及邊界條件等，姚北平原北排出口錢(qián)塘江水位低、距離近，可考慮通過(guò)疏通姚江北岸平原骨干河道向北排洪能力、擴(kuò)建北排閘門(mén)，增大北排錢(qián)塘江能力.

據(jù)上所述，擬定三個(gè)方案進(jìn)行比選:

方案2－1，興建姚江二閘，凈寬60 m，擴(kuò)大東排甬江能力.

方案2－2，興建姚江二閘，凈寬100 m，考慮進(jìn)一步擴(kuò)大東排甬江能力;

方案2－3，興建姚江二閘，凈寬60 m，擴(kuò)大東排甬江能力，同時(shí)在北排口門(mén)現(xiàn)狀44 m寬度基礎(chǔ)上，增加60 m，配套北排河道，擴(kuò)大北排錢(qián)塘江能力.

各方案計(jì)算成果見(jiàn)表2，余姚代表點(diǎn)各方案水位見(jiàn)圖2.從上述計(jì)算成果可以看出:

方案2－1興建姚江二閘對(duì)降低姚江水位是有利的，能夠降低姚江干流沿線洪水位，但相對(duì)作用越向上游越小，丈亭20年一遇水位降低0.09 m，余姚城區(qū)20年一遇水位降低0.06 m;

方案2－2繼續(xù)擴(kuò)大姚江二閘的規(guī)模至100 m對(duì)東排效果并不明顯，幾乎與60 m的閘門(mén)規(guī)模作用相同，說(shuō)明通過(guò)繼續(xù)擴(kuò)大東排閘門(mén)規(guī)模無(wú)法取得更大的排洪作用，需別尋其它出路.

方案2－3，在方案2－1基礎(chǔ)上，增加北排口門(mén)60 m，配套北排河道，由于北排工程充分利用了閘下錢(qián)塘江低潮位段泄洪，而且北排距離明顯短于東排距離的優(yōu)勢(shì)，對(duì)降低余姚城區(qū)澇水位作用明顯.方案2－3可以在方案2－1基礎(chǔ)上繼續(xù)降低余姚城區(qū)20年一遇水位0.10 m，降低丈亭20年一遇水位0.17 m.

表2 姚江擴(kuò)大東排、北排方案分析(20年一遇) 單位:m

圖2 余姚代表點(diǎn)各方案水位

5 結(jié)語(yǔ)

(1)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間歷史的形成，姚江干流北岸平原地形為北高南低，即錢(qián)塘江一側(cè)高、姚江一側(cè)低，迫使姚北平原澇水向南排姚江后，繼而向東行以東排甬江為主.

(2)由于奉化江、甬江建堤使洪水歸槽，抬高了姚江大閘閘下水位，降低了姚江東排能力，致使余姚城區(qū)20年一遇洪水位抬高0.15 m.

(3)興建姚江二閘可降低余姚城區(qū)20年一遇洪水位0.06 m，但繼續(xù)擴(kuò)大姚江二閘規(guī)模無(wú)法取得更大的排洪效果.

(4)為了適應(yīng)東排能力受限的影響，興建北排工程——增加北排口門(mén)60 m及配套北排河道，由于北排工程充分利用了閘下錢(qián)塘江低潮位段泄洪，而且北排距離明顯短于東排距離的優(yōu)勢(shì)，對(duì)降低余姚城區(qū)澇水位作用明顯.

(5)本文推薦的方案是在擴(kuò)大東排的同時(shí)，增大平原北排錢(qián)塘江能力，該措施變被動(dòng)地受姚江大閘閘下水位影響，為主動(dòng)地?cái)U(kuò)大北排能力，為姚江防洪能力的提高提出了合理可行的治理對(duì)策.

[1]虞潔夫.2009年浙江省洪澇臺(tái)災(zāi)害特點(diǎn)與防御工作思考[J］.中國(guó)防汛抗旱，2009(6):6－8.

[2]李月明，鄭雄偉.浙江省城市防洪排澇問(wèn)題與對(duì)策[J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2012(3):1－3.

[3]《甬江志》編纂委員會(huì).甬江志[M］.北京:中華書(shū)局，2000.

[4]浙江省水利廳.浙江省河流簡(jiǎn)明手冊(cè)[M］.西安:西安地圖出版社，1999.

[5]程曉陶.解讀治水歷史把握發(fā)展趨向[J］.中國(guó)防汛抗旱，2007(2):8－15.