現(xiàn)狀工況下衢州城區(qū)防洪能力測算

劉善海

(衢州市水文勘測站，浙江 衢州 324000)

現(xiàn)狀工況下衢州城區(qū)防洪能力測算

劉善海

(衢州市水文勘測站，浙江 衢州 324000)

衢州城區(qū)防洪工程是按規(guī)劃工況設(shè)計建設(shè)的，規(guī)劃工程沒有全部建成前，實際的防洪能力不明確.采用數(shù)據(jù)分析的方法，把實測較大歷史洪水還原到現(xiàn)狀工程情況下進(jìn)行模擬調(diào)節(jié)和洪水演算，得到現(xiàn)狀工況下的洪水系列，認(rèn)為現(xiàn)狀工況下，衢州城區(qū)防洪閉合圈堤頂高程均高于相應(yīng)50年一遇洪水位，除機(jī)場堤外堤頂(防浪墻)頂高程均高于相應(yīng)洪水位加安全超高，機(jī)場堤高程高于50年一遇洪水位加安全加高值，衢州城區(qū)防洪能力達(dá)到50年一遇.

現(xiàn)狀工況；衢州城區(qū)；防洪能力

1998年，衢州發(fā)生流域性大洪水，衢州城區(qū)德平壩進(jìn)水，斗潭附近受淹，城區(qū)多處積水，洪水過后衢州城區(qū)開始了城市防洪工程建設(shè)，2003年城區(qū)基本形成防洪閉合圈，衢州城區(qū)防洪工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)50年一遇(規(guī)劃工況)[1-2]，在規(guī)劃上游骨干防洪工程建成前，現(xiàn)狀防洪能力不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).現(xiàn)狀工況的防洪能力確定一般方法是用天然洪水系列計算的各種頻率天然洪水、設(shè)定各防洪工程的運行狀態(tài)，經(jīng)調(diào)洪計算和洪水演進(jìn)，形成設(shè)計斷面洪峰流量，計算各斷面洪水位和各項加高，與現(xiàn)狀防洪堤高程比較確認(rèn).這種方法的缺點：(1)防洪工程的起調(diào)狀態(tài)人為設(shè)定(一般較保守)；(2)沒有考慮上游暴雨尤其是梅雨期暴雨時間和空間的分配特點，設(shè)定的洪水組成過于保守(實際沒有發(fā)生過)，水利工程實際調(diào)洪作用人為減弱，造成計算結(jié)果偏高.客觀地分析計算城區(qū)的防洪能力，對城區(qū)的防洪風(fēng)險控制、防汛指揮決策和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)都具有重要意義.本文研究城區(qū)的防洪能力，運用大數(shù)據(jù)分析方法，充分利用流域內(nèi)各次洪水的前期雨量數(shù)據(jù)和工程建設(shè)以來的運行大數(shù)據(jù)，用實測歷史較大洪水年份的前期降雨過程數(shù)據(jù)模擬生成各現(xiàn)狀防洪工程的運行情況和下墊面情況；用實測較大天然洪水的洪水過程，放大成不同頻率天然設(shè)計洪水過程，進(jìn)行模擬調(diào)節(jié)和洪水演算，得到現(xiàn)狀工況下衢州城區(qū)設(shè)計洪水過程，同時研究分析衢州城區(qū)上下游河道演變規(guī)律，確定各代表斷面的洪峰水位，科學(xué)客觀地評價衢州城區(qū)現(xiàn)狀防洪能力.

1 工程概況

衢州城區(qū)三面環(huán)水，南北走向的江山港河口段在雙港口與常山港匯合成衢江，再向北有大俱源和廟源溪匯入、在姚家村轉(zhuǎn)向東，在雞鳴村有南北向的烏溪江匯入，向東出衢州城區(qū).衢州城區(qū)洪水主要是梅雨洪水，數(shù)據(jù)分析表明衢州站超過5年一遇的洪水都發(fā)生在6月3日至7月24日，其中91%以上的洪水發(fā)生在6月1日至7月15日.分析衢州每年的梅雨過程，可以發(fā)現(xiàn)衢州梅雨期降雨帶一般是西南—東北方向.梅雨地帶先在衢州北部開化縣和常山縣北部停留一段時間，后南移，降雨集中在江山市和衢江區(qū)、龍游縣南部，最后又北抬出境.梅雨期降雨范圍大，降雨集中，上游河流(江山港、常山港和烏溪江)均為山溪性河流，洪水是陡漲陡落的瘦高型，洪峰持續(xù)時間短，一般≤2 h.到衢州城區(qū)衢江干流，由于降雨帶的移動，不同支流洪水工程的組合，加上蓄水工程的調(diào)蓄，洪水變得矮胖，洪峰持續(xù)時間長，如“20170625”洪水，江山港與常山港洪水錯開疊加，致使衢江衢州站洪峰持續(xù)時間>8 h.江山港流域受上游建有白水坑和碗窯兩座大型水庫，已經(jīng)達(dá)到規(guī)劃工況，衢州城區(qū)對江山港洪水防洪能力達(dá)到50年一遇[3]；烏溪江則由于大型水庫(湖南鎮(zhèn)水庫)的調(diào)蓄作用，洪峰流量大大削減，對烏溪江的防洪能力同樣為50年一遇[4].本次研究的重點是在衢江段，即雙港口到雞鳴段，以衢州站為代表站.

2 研究工程對象的界定

防洪體系是動態(tài)發(fā)展的，本文所研究的工況是指上游沒有對衢州城區(qū)洪水有較大影響的防洪工程建設(shè)的時期，這些工程，如衢州城區(qū)防洪工程建設(shè)(2003年完成)、塔底電站(2007年建成)、江山港的白水坑水庫(2003年建成)、常山港的芙蓉水庫(2005年建成)均對衢州城區(qū)洪水有較大影響，所以確定研究的對象是指2011年以后至最近可能建設(shè)的開化水庫建成(預(yù)計2023年建成)的相對穩(wěn)定期.開化水庫建成后衢州防洪能力將進(jìn)一步提高.

3 現(xiàn)狀與天然的改變

3.1 防洪工程建設(shè)

(1)蓄水工程

考慮小型水庫的滯蓄洪能力較低，本次研究忽略小型水庫的調(diào)洪作用，僅計算分析大中型水庫的防洪作用.衢州城區(qū)上游現(xiàn)已建成3座大型水庫、6座中型水庫，總防洪庫容40 790萬m3(見表1).數(shù)據(jù)分析表明，烏溪江流域的湖南鎮(zhèn)水庫和黃壇口水庫控制流域面積占比最大，占流域總面積的92.7%，防洪庫容31 300萬m3；江山港流域的白水坑、峽口和碗窯水庫控制流域面積占流域面積的31.4%，常山港流域最小僅20.6%.

表1 衢州城區(qū)上游大中型水庫基本情況表

(2)引(調(diào))水工程

衢州城區(qū)上游現(xiàn)僅有烏溪江西干渠跨領(lǐng)域引水工程(灌溉引水流量較小)，本次研究忽略引水影響.

(3)堤防工程

城區(qū)建成閉合防洪堤29.515 km，設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為規(guī)劃50年一遇.另有閉合圈外嚴(yán)家於(現(xiàn)已整體拆遷)防洪堤，防洪標(biāo)準(zhǔn)10年一遇.上游江山港和常山港絕大部分河道建成防洪堤，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不一.在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，堤防建設(shè)洪水歸槽，流速加大，洪水傳播時間縮短，對洪水演算有影響.分析衢州站水位流速關(guān)系和不同水位級上游各水文站到衢州站的洪水傳播時間，江山港和常山港以及衢江上游(至烏溪江口以上)河床總體下切，行洪斷面面積增加，高水時同水位流速、流量加大，行洪能力增強.同時由于河道防洪工程建設(shè)，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)以下，河道滯蓄能力下降，洪水歸槽，同流量時流速加大，洪水傳播速度加快，洪水位上漲速度加大.由于衢州城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)高于上游河道兩岸防洪堤設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，高于上游防洪堤設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水時，河道的滯蓄洪能力得到恢復(fù)，因此本次研究忽略河道本身滯蓄洪水能力的影響.

3.2 河床演變

河道采沙、河道疏浚、防洪堤建設(shè)造成河床下切，卡口河段拓寬，防洪標(biāo)準(zhǔn)以下洪水河道行洪速度加快，同流量下洪水位下降.比較分析衢州站不同時期的河道斷面圖(見圖1).

圖1 衢州站的不同時期河道斷面圖

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，衢州站2000年以前斷面變化不大，2000年以后，城市防洪工程和塔底樞紐建設(shè)對信安湖進(jìn)行疏浚、拓寬切灘，行洪斷面加大，2007年塔底樞紐建成，形成信安湖，衢江城區(qū)段河床趨于穩(wěn)定.2012年開始衢江城區(qū)段下游有安仁鋪樞紐在建，樞紐項目結(jié)合航道建設(shè)，對庫區(qū)也進(jìn)行了大規(guī)模的河道疏浚，河床下切，衢江河道水面比降增大，過流能力增強[5],比較分析不同時期衢州站水位流量關(guān)系曲線圖(見圖2).

圖2 衢州粘典型年水位～流量關(guān)系曲線

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，高水時同水位流量增加，尤其2011年前后同水位流量增加明顯.

4 現(xiàn)狀工況洪水計算

4.1 天然洪水計算

天然洪水采用實測和調(diào)查洪水資料計算，上游第一座大中型水庫峽口水庫(1971年)建成前的實測洪水直接作為天然洪水,以后的洪水考慮不同時期的工程狀況還原計算成天然洪水，經(jīng)頻率計算得到各斷面天然洪水(見表2).

表2 天然洪水計算成果表 單位：m3/s

4.2 現(xiàn)狀工況洪水計算

把天然洪水過程在現(xiàn)狀工況下進(jìn)行調(diào)洪計算和洪水演算，得到現(xiàn)狀工況洪水過程，設(shè)計天然洪水洪峰流量和3日洪量采用天然洪水計算結(jié)果，設(shè)計洪水過程采用典型洪水放大得到，經(jīng)分析比對，衢州站選用“19980724”和“20110616”洪水為典型洪水，這兩場洪水峰高量大分別為衢州站實測第2和第6大洪水，洪峰為復(fù)峰，洪峰流量與3日洪量與設(shè)計天然洪水吻合度高，且主雨區(qū)在常山港，對衢州城區(qū)更加不利.計算時，由于這兩場洪水發(fā)生時上游有些調(diào)洪工程已經(jīng)建成，首先要對兩場洪水進(jìn)行還原，還原結(jié)果(見表3).

表3 衢州站典型洪水還原計算成果表

還原計算發(fā)現(xiàn)“19980724”洪水暴雨相對均勻，江山港的白水坑水庫尚未建成，僅碗窯和峽口水庫參與調(diào)蓄，但發(fā)揮的作用仍較大.“20110616”洪水時暴雨極不均勻，主雨區(qū)集中在調(diào)蓄能力較弱的常山港，江山港流域的白水坑和碗窯水庫對江山港洪水的攔蓄作用非常明顯，但對衢州站洪水影響相對較小[4-5]，芙蓉水庫處于降水高區(qū)，相對衢州站洪水的削峰作用較強，從安全角度出發(fā)，選用“20110616”洪水過程作為典型洪水過程.以洪峰流量和3日洪量控制同頻率放大典型洪水過程為設(shè)計洪水過程，用設(shè)計洪水過程在現(xiàn)狀工況下按照各工程的洪水調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)洪演算，得到衢州站同頻率洪水洪峰流量(見表4).

表4 現(xiàn)狀工況洪水計算成果表 單位：m3/s

與錢塘江流域綜合規(guī)劃修編成果(見表5)比較，本次研究的成果略小，主要原因：(1)實測洪水系列的延長對頻率計算結(jié)果的影響；(2)對調(diào)查的特大洪水的重現(xiàn)期進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和確定；(3)設(shè)計洪水過程采用了(最不利)典型洪水放大，考慮了實際暴雨發(fā)生的可能性.

表5 洪水計算成果(同《綜規(guī)》2011—2020年對比) 單位：m3/s

5 衢州城區(qū)防洪能力計算

5.1 洪水位計算

根據(jù)現(xiàn)狀工況洪水計算成果和衢州站水位流量關(guān)系，確定衢州站各頻率洪水洪峰水位.根據(jù)衢州站的斷面形狀和水位流量關(guān)系規(guī)律，對衢州站最近的較大洪水(2015年)水位流量關(guān)系作高水延長，查得衢州站現(xiàn)狀各種頻率洪水位，以衢州站洪水位為控制，按恒定均勻流計算各代表斷面各種頻率洪水位(見表6).

表6 現(xiàn)狀工況代表斷面洪水位計算成果 單位：m

5.2 防洪堤高程

衢州城區(qū)防洪堤根據(jù)設(shè)計建設(shè)主要有江山港河口的黃頭街堤防，衢江的江濱南堤防、江濱中堤防、江濱北堤防、上下埠頭堤防(保護(hù)西區(qū))、北門堤防、機(jī)場堤防、雞鳴堤防，烏溪江的烏溪橋堤防.各代表斷面高程(見表7)[6].

表7 現(xiàn)狀工況各防洪堤防洪能力評估表

衢州城區(qū)江濱南堤防、江濱堤防、江濱北堤防、上下埠頭堤防(保護(hù)西區(qū))、北門堤防、機(jī)場堤防形成一個閉合圈，閉合圈內(nèi)機(jī)場堤安全超高略有不足，但堤頂高程超過50年一遇洪水位加安全加高值(0.7 m)，已經(jīng)具備50年一遇防洪能力，防洪能力為20年一遇的雞鳴堤和烏溪橋堤保護(hù)范圍為柯城區(qū)的雞鳴村、周莊村和烏溪橋村在這個閉合圈外.

衢州城區(qū)總體達(dá)到50年一遇防洪能力.

5.3 防洪能力評估

計算各段堤防代表斷面洪水位，按照堤防設(shè)計規(guī)范取堤防安全超高值為1.3 m，比較各斷面洪水位與堤頂高程，防浪墻頂高程與洪水位加安全超高值得差值，評定各段堤防的防洪能力.

6 結(jié) 語

現(xiàn)狀工況下，衢州城區(qū)防洪閉合圈堤頂高程均高于相應(yīng)50年一遇洪水位，除機(jī)場堤外堤頂(防浪墻)頂高程均高于相應(yīng)洪水位加安全超高，機(jī)場堤高程高于50年一遇洪水位加安全加高值，衢州城區(qū)防洪能力達(dá)到50年一遇.一旦發(fā)生50年一遇洪水，要注意防浪墻開口處的防浪加高.

[1] 中華人民共和國水利部.SL252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國水利水電出版社,2000.

[2] 浙江省水利水電勘測設(shè)計有限公司.錢塘江流域綜合規(guī)劃(2011—2020)[R].杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計有限公司，2015.

[3] 吳有星，孔偉麗.江山港流域綜合規(guī)劃修編(2012—2030)[R].衢州：衢州市水利水電勘測設(shè)計有限公司，2014.

[4] 朱法君.烏溪江流域防洪及水資源綜合利用規(guī)劃[R].杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，1995.

[5] 鄭陽紅.錢塘江中上游干流河段水位流量關(guān)系變化分析[R].杭州：浙江省水文局，2011.

[6] 郝志強.衢州市信安湖堤防安全技術(shù)認(rèn)定綜合評價報告[R].衢州：浙江九州治水科技股份有限公司,2016.

CalculationofFloodControlCapacityinQuzhouunderCurrentConditions

LIU Shan-hai

(Quzhou Hydrological Survey Station, Quzhou 324000, China)

The flood control project built in Quzhou urban area was constructed according to the planned conditions, and the practical flood control capacity has not been proved before the entire completion of the planned project. This article, by applying the data analysis method, restored the measured larger flood encountered in the history to the conditions of current flood control projects, and then carried out the simulative regulation and flood routing, at the very end, this article worked out the flood series under the current conditions, and came to the following conclusions: the embankment top elevation of the flood control enclosure in Quzhou urban area shall be higher than the level of the heaviest flood in 50 years, except that the embankment top elevation outside the airport dyke (wave wall) shall be higher than the corresponding flood level combined with free height, the embankment top elevation of the airport dyke shall be higher than the level of the heaviest flood in 50 years combined with free height, thus enabling the flood control capacity in Quzhou urban area up to the level against the heaviest flood in 50 years.

current condition; Quzhou urban area; flood control capacity

2017-06-17

劉善海(1969-)，男，浙江江山人，高級工程師，主要研究方向為水文水資源.

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.05.007

TV871

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1008-536X(2017)05-0027-05