浙江省沿海平原排澇“高速水路”布局研究

張曉波，張 健，王文杰

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

浙江沿海平原所處的地理位置易受臺風(fēng)暴雨侵襲，地勢低洼，平原地面高程大多低于平均高潮位1.00 ～ 2.00 m，加上背山濱海，上承山洪傾泄、下受潮汐頂托，排澇條件先天不足[1]。造成浙江沿海平原排澇能力難以有效提高的主要原因，一是平原腹地排水距離長、流速慢，自然排水不暢；二是河道拓浚工程推進(jìn)難，新增排水通道條件受限。

基于這樣的實際問題，浙江省提出沿排澇干河或分片節(jié)制，通過科學(xué)布局排水干河“側(cè)向泵”、干河主流“接力泵”和“口門泵”等強排工程，構(gòu)建排澇“高速水路”，增大河道水力坡降、加快排澇速度，切實有效地提高沿海平原地區(qū)排澇能力[2]。本文對沿海平原排澇“高速水路”的布局方式、應(yīng)用范圍等問題進(jìn)一步深入探討，作為平原治澇工作的規(guī)劃參考。

2 “高速水路”的布局方式和應(yīng)用范圍

2.1 布局方式

排澇“高速水路”規(guī)劃布局，不只限于口門建泵這種方式，也不限于局部低洼區(qū)的圩區(qū)泵站方式，而側(cè)重于針對平原整體的排澇任務(wù)采用的強排布局模式。

排澇“高速水路”規(guī)劃布局主要有2種模式:高排河節(jié)制電排方式和多級泵串聯(lián)接力方式。

高排河節(jié)制電排方式見圖1，類似于“高速公路”模式，指在主干排洪河道實行兩岸節(jié)制和干堤整治，形成“高排河道”，在平原河網(wǎng)與高排河的連接處設(shè)泵電排，翻水到高排河。

圖1 高排河節(jié)制電排方式示意圖

多級泵串聯(lián)接力方式見圖2，類似于“供水管網(wǎng)加壓”模式，指在縱深較長的骨干行洪通道關(guān)鍵節(jié)點逐級設(shè)置“接力泵”，通過以電能換動能、以動能換勢能，逐級增大水力坡降、加快水流速度、加大行進(jìn)水頭，提高河道及口門引排水能力。

圖2 多級泵串聯(lián)接力方式示意圖

2.2 工程布置

2.2.1 泵站必須與節(jié)制閘配套建設(shè)

高排河節(jié)制電排方式，由于高排渠水位較高，為實現(xiàn)平原的擋洪功能，必須在平原與高排河交界處設(shè)置節(jié)制閘。沿高排渠泵站的運行，當(dāng)平原澇水位高于高排河水位時（洪水前期或末期），開閘自排；當(dāng)高排河水位高于平原澇水位時（洪水起漲或洪峰階段），關(guān)閘開泵。因此，高排河電排泵站須與節(jié)制閘配套建設(shè)。

多級泵串聯(lián)接力方式，泵站是為了提高河道過流能力人為設(shè)置的提水泵站，為防止電排水量回流，必須設(shè)置節(jié)制閘。接力泵與節(jié)制閘配合運用，一般暴雨較小時，仍開閘自流；只有在遭遇較大暴雨洪水時，才關(guān)閘開泵，以泵排代替自流。

2.2.2 泵站規(guī)模與輸水河道相配套

強排泵站的設(shè)計流量，必須有相當(dāng)規(guī)模的輸水河道匹配，才能達(dá)到排澇效果。泵站設(shè)計流量大，而配套河道規(guī)模太小，會出現(xiàn)泵站水位拉得很低，河道上游水位依然很高，排澇效果有限的情況，且泵站河道流速過大，導(dǎo)致河底沖淘嚴(yán)重，護(hù)岸坍塌，甚至危及交通橋梁的安全。只有河道過流能力足夠，才不至于閘前水位很低，水力坡降不過陡，排澇效果更好。圖3為不同河道規(guī)模在相同的泵站流量下的水面線圖。

圖3 不同河道規(guī)模在相同的泵站流量下的水面線圖

2.3 高排河節(jié)制電排方式的應(yīng)用范圍

高排河節(jié)制電排方案一般應(yīng)用于承泄大量山區(qū)洪水，且山洪對平原排澇有頂托影響的平原。其應(yīng)用范圍滿足以下2點。

2.3.1 洪澇分家的排水格局

平原承泄上游的山區(qū)洪水，由于山洪峰高量大，需建堤封閉山區(qū)洪水，“洪澇分家”，形成排洪高排渠道。山洪高排渠的洪水位高于平原澇水位，為沿高排渠建閘設(shè)泵提供條件。

在沒有山洪高排渠的平原，干河水位和支河水位相差不大，沒有必要建堤封閉，沿干流設(shè)泵強排。如杭嘉湖東部平原，排澇干河與支河縱橫交錯（見圖4），將骨干河道長山河66 km的河道沿線全部節(jié)制，沿線節(jié)制閘達(dá)100座，沿線泵站提水到長山干河，需人為修建堤防上百公里，同時對道路交通、水路航運造成極為不利的影響，高排河節(jié)制電排方案對缺乏山洪高排渠的區(qū)域是不合適的。

圖4 杭嘉湖東部平原長山河高排節(jié)制電排方案設(shè)想圖

2.3.2 高排渠洪水對平原排澇頂托影響大

“洪澇分家”、山洪有獨立的高排渠道是平原排澇采用“高排河節(jié)制電排方案”的必要條件，但非充分條件。在此基礎(chǔ)上，考察山區(qū)洪水對平原排澇的頂托影響，以決定是否在高排渠道兩岸設(shè)置強排泵站。

實際上，浙江省大多數(shù)山區(qū)河道在經(jīng)過人口密集的城市、平原均建有堤防，事實上形成了“高排渠”，但卻并非“高排渠”，兩岸的平原還需建設(shè)強排泵站。這是因為平原排澇與干流洪水有時存在一定的時間差。在較大的流域，平原澇水遠(yuǎn)早于干流洪水先排，盡管干流洪水對平原排澇造成頂托，但發(fā)生在平原排澇末期，這種情況下并不需要平原設(shè)泵強排。臨海城區(qū)靈江干流穿城而過，靈江建堤封閉，形成高排渠（見圖5），兩岸的大田平原、義城港平原是臨海城區(qū)人口的集中地，盡管在發(fā)生流域洪水時，靈江洪水對平原排澇造成頂托，但更多情況是大田平原、義城港平原澇水早于靈江洪峰15 ～ 22 h先排，靈江在平原排澇后期的頂托微不足道，這種情況下，高排河節(jié)制電排方案不是必要的。

圖5 臨海大田平原與靈江位置示意圖

但在有些區(qū)域，山洪“高排渠”的洪水經(jīng)常高于平原澇水，平原排澇采用“高排河節(jié)制電排方案”是必要的，也是有效的手段。如永寧江流域，即使不考慮長潭水庫的泄洪影響，由于下游區(qū)間仍有元同溪、九溪等支流匯入，永寧江干流水位大大高于平原澇水位，平原排澇受干流洪水頂托，且由于流域面積小，很難有洪澇錯峰的時間差。這種情況下，高排河節(jié)制電排方案是必要的。

只有在“洪澇分家”、山洪有獨立的高排渠道，且高排渠洪水對平原排澇頂托影響大的條件下，平原排澇考慮采用高排河節(jié)制電排方案。

2.4 多級泵串聯(lián)接力方式的應(yīng)用范圍

多級泵串聯(lián)接力方式，類似于“供水管網(wǎng)加壓”模式，指在縱深較長的骨干行洪通道關(guān)鍵節(jié)點逐級設(shè)置“接力泵”，通過以電能換動能、以動能換勢能，逐級增大水力坡降、加快水流速度、加大行進(jìn)水頭，提高河道及口門引排水能力[2]。

但多級泵串聯(lián)接力方式并非適用于所有平原?？紤]沿海平原的地形和排澇特點，接力泵站的應(yīng)用范圍總結(jié)如下。

2.4.1 匯水、排水方向相對單一的區(qū)域

平原河網(wǎng)水系四通八達(dá)，而接力泵站一般只能布置在一條或幾條主干排澇河道上。若匯水范圍相對開放，排水路徑也有多個方向，在主干河道上布置的接力泵站，可能導(dǎo)致平原腹地范圍內(nèi)的澇水轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致泵站排水效率低下[3]。

以杭嘉湖東部平原為例，設(shè)想沿長山河干流設(shè)置4級泵站，泵站設(shè)計流量逐級加大，可以預(yù)見沿線的洲泉、新市、桐鄉(xiāng)等可擴(kuò)大排澇能力，同時在沒有節(jié)制電排的條件下，原先通過運河北排太湖的澇水轉(zhuǎn)移南排，加重烏鎮(zhèn)、嘉興等地的洪澇風(fēng)險（見圖6）。

圖6 杭嘉湖東部平原長山河多級泵串聯(lián)方案設(shè)想圖

實際上，對于區(qū)域面積較大的平原，排水有多個方向，且仍然存在地勢低平，排水過緩的問題，需要對平原“分片節(jié)制”，分片采用接力泵站的方式。

2.4.2 河道過流能力不足的區(qū)域

在滿足章節(jié)2.4.1的前提下，平原河道在自排條件下過流不足，可考慮采用接力泵站。這種情況一般表現(xiàn)為排水路徑長，水力坡降小，大部分位于沿海腹地較大的平原，如杭嘉湖平原、溫黃平原、姚江平原等。

對于某些排水距離短，或者河道坡降較大的區(qū)域，沒有必要采用接力泵站方式。如溫臺區(qū)域部分小平原（如椒北平原）排水距離短，即使侯潮排澇也非?？焖?；如上虞市的豐惠平原為匯水相對封閉的區(qū)域，但其由于是河谷平原，河道坡降較大，也無需采用接力泵站方式。

3 案例說明

本文分別對高排河節(jié)制電排方案和多級泵串聯(lián)接力方式進(jìn)行實例說明。

3.1 黃巖西江平原高排河節(jié)制電排方案

3.1.1 基本情況

黃巖西江平原位于永寧江流域，流域面積197.50 km2。西江平原上游主要排水河道包括沙埠溪、西南中涇、東南中涇等，下游主要排水河道為西江、南官河、東官河等，正常水位控制在2.40 ～ 2.60 m。

西江平原地面高程在3.20 ～ 4.00 m，地勢低洼，而匯水面積相對較大，排澇原始動力不足。西江平原最大的河流（河寬只有20 ～ 38 m），西江閘（凈寬20 m）為西江平原的主要排澇出口；另外城西河閘、永裕河閘雖已建成，但河道尚未配套實施，少量澇水通過南官河、東官河排往椒江河口，因此西江平原排水出路偏少，導(dǎo)致西江排澇壓力增加；加上永寧干流高水位行洪對排澇河道有頂托作用，進(jìn)一步加劇西江平原排澇壓力。

3.1.2 治理思路

西江平原的治澇方案，是典型的高排河節(jié)制電排方案。即永寧江承擔(dān)上游長潭水庫的泄洪和區(qū)間支流的山洪，西江平原的排澇通過沿永寧江干流設(shè)置節(jié)制閘和電排泵站，翻水到干流（見圖7）。強排泵站包括在西江閘設(shè)置泵站1座，設(shè)計流量80 m3/s；外東浦設(shè)置泵站1座，設(shè)計流量40 m3/s；城西閘上設(shè)置泵站1座，設(shè)計流量150 m3/s；永裕河閘上設(shè)置泵站1座，設(shè)計流量100 m3/s；西江平原外排泵站流量合計370 m3/s。

圖7 西江平原高排河節(jié)制電排方案圖

3.1.3 排澇效果

西江平原在實施高排河節(jié)制電排方案后，計算成果見表1和表2。黃巖城區(qū)最高水位降低0.40 ～ 0.60 m，外排水量增加4 247萬m3，城區(qū)排澇能力由不到5 a一遇提高到20 a一遇。

表1 工程前后平原最高水位對比表（P=5%） m

表2 工程前后平原4 d外排水量對比表（P=5%）萬m3

3.2 臨海桃渚平原多級泵串聯(lián)接力方案

3.2.1 基本情況

桃渚平原流域面積208.00 km2，其中平原100.00 km2，占48%，山區(qū)108 km2，占52%；平原地區(qū)平均高程約2.20 m，屬臨海桃渚鎮(zhèn)。桃渚平原共有河道324條，總長度294 km，常水位1.60 m。平原河流向東入海，主要水系有洞港和桃渚港，洞港發(fā)源于大嶺山和長大山，有北澗、山場2小支流在荷花塘?xí)虾蠓Q洞港，經(jīng)洞港閘入東海，主流長20 km，干流長9 km，河寬30 ～ 50 m；另一條為桃渚港，發(fā)源于西北部的白巖山，稱雉溪，一部分洪澇水經(jīng)天德閘、人民閘及和平閘由洞港出海，另一部分洪澇水經(jīng)蒲蘭頭閘由紅腳巖閘出海。受地形地勢及外海潮位頂托影響，現(xiàn)狀桃渚鎮(zhèn)區(qū)排澇能力不足5 a一遇，桃渚片農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于5 a一遇，每遇臺風(fēng)暴雨易形成嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，如2012年“?？迸_風(fēng)期間，桃渚田面受淹時間超過36 h，鎮(zhèn)區(qū)全面進(jìn)水，倒塌房屋8間，嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全。

3.2.2 治理思路

桃渚平原地勢低平、排水距離遠(yuǎn)，洪澇期間河道水力坡降緩，因此解決桃渚內(nèi)澇，單純依靠拓寬河道的措施效果非常有限，必須人為設(shè)置強排泵站，提高水流動力。

因此規(guī)劃的串聯(lián)接力泵站方案為:新建窯渡頭泵站和紅腳巖二級泵站，避免堤防建設(shè)影響區(qū)間排澇（見圖8），具體布置為:在窯渡頭附近新建泵站180 m3/s，同時在紅腳巖出口處新建二級泵站240 m3/s。

圖8 臨海桃渚平原多級泵串聯(lián)接力方案圖

3.2.3 排澇效果

桃渚平原在實施二級接力泵站工程后，計算成果見表3和表4。桃渚鎮(zhèn)區(qū)最高水位降低0.28 m，外排水量增加2 684萬m3，平原排澇能力由不到5 a一遇提高到10 ～ 20 a一遇。

表3 工程前后區(qū)域最高水位對比表（P=5%） m

表4 工程前后區(qū)域排海水量對比表（P=5%）萬m3

4 結(jié) 論

（1）沿海平原地勢低平，排澇能力先天不足。故設(shè)想沿排水干河構(gòu)建排澇“高速水路”，增大河道水力坡降、加快排澇速度，是提高沿海平原地區(qū)排澇能力的有效途徑。

（2）排澇“高速水路”規(guī)劃布局主要有2種模式:高排河節(jié)制電排方式和多級泵串聯(lián)接力方式。

（3）高排河節(jié)制電排方案一般應(yīng)用于“洪澇分治”的平原，且要求山洪對平原排澇有明顯頂托影響。

（4）多級泵串聯(lián)接力方案一般應(yīng)用于地勢低平，自排條件下過流能力不足的平原，且要求區(qū)域匯水范圍相對封閉，排水方向相對單一。

（5）強排泵站必須同節(jié)制閘配套建設(shè)，聯(lián)合調(diào)度；同時，泵前河道規(guī)模必須同泵站流量相匹配。