沿海地區(qū)防洪排澇問題探討
——以象山縣中心城區(qū)為例

鐘 娜 ，岳青華 ，徐郡麟

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江省抽水蓄能工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311122）

近年來，因暴雨導(dǎo)致的城市內(nèi)澇問題越來越受到社會和廣大民眾的關(guān)注，不少大中城市出現(xiàn)“城市看?！鼻闆r。相對內(nèi)陸城市，濱海城市既遭受江河洪水威脅，又遭受風(fēng)暴潮洪水影響，防洪排澇受多方面影響。象山縣位于我國浙江省寧波市，屬半島平原，長期受臺風(fēng)、暴雨和高潮的影響，防洪排澇形勢較為嚴(yán)峻。同時(shí)下游灘涂地區(qū)規(guī)劃建設(shè)大目灣新城，將減小下游調(diào)蓄的體積，加重上游主城區(qū)的排澇壓力。這種情況隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的騰飛越發(fā)常見。本文以研究象山縣中心城區(qū)的防洪排澇措施為基礎(chǔ)，結(jié)合下游大目灣新城建設(shè)共同探討2個(gè)區(qū)域共同達(dá)標(biāo)的措施方案。

1 象山縣中心城區(qū)基本情況及歷史洪災(zāi)

1.1 城市基本情況

象山縣城位于浙江省中部象山半島，東、西、北三面環(huán)山，南面臨海，地勢西北高，微向東南傾斜，屬山地間平原地帶，由河流沖積和灘涂淤積而成，地勢低洼，平均海拔接近海平面。中心城區(qū)是象山縣政治、經(jīng)濟(jì)、文化、服務(wù)中心，也是二、三產(chǎn)業(yè)并舉的寧波市副中心城市，交通方便、市場繁榮。

象山半島為約50 km2左右的“馬蹄形”古海灣，城區(qū)為海拔8 ～ 25 m的緩坡崗地，南門之外至南莊鄉(xiāng)洋心村，為始于唐代圍墾的南莊平原，海拔3 ～ 8 m。再往南至鶴山，為解放后圍墾的門前涂，地勢低洼，海拔＜3 m。門前涂圍塘以外，即為大目涂洋，距城區(qū)約8 km。根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，規(guī)劃分一期、二期2期，在門前涂海堤以外、大目涂海堤之間建設(shè)15 km2的大目灣新城。

根據(jù)城市總體規(guī)劃確定象山縣城中心城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇洪水，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇24 h降雨24 h排出。防潮標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。規(guī)劃確定的象山縣城主城區(qū)的規(guī)劃地坪高程為4.30 m，大目灣新城的規(guī)劃地坪高程為4.00 m。

1.2 雨 情

本區(qū)域降水受梅雨期、臺風(fēng)期降水影響，多年平均降水量為1 481.6 mm，年內(nèi)最大降水出現(xiàn)在6、8、9月份，6 — 9月降水占年降水量的51%。5 — 6月多為梅雨降水，梅雨降水具有歷時(shí)長、范圍廣的特點(diǎn)；8 — 10月多臺風(fēng)降水，臺風(fēng)降水具有歷時(shí)短、強(qiáng)度大、雨量集中的特點(diǎn)，臺風(fēng)暴雨與外海高潮遭遇，可形成嚴(yán)重的災(zāi)害。據(jù)丹城站1951 — 2007年短歷時(shí)降雨統(tǒng)計(jì)資料，最大1，3，6，24 h降水分別為104.9，163.6，175.9，358.5 mm，均系臺風(fēng)影響形成的降水，降水強(qiáng)度很大。

1.3 歷史洪澇災(zāi)害

歷史上象山縣城洪澇災(zāi)害頻繁，多次造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。距史志記載，較大的水災(zāi)清代有13次，民國時(shí)期9次，解放后水災(zāi)年均0.4次，臺災(zāi)年均0.5次。近年來象山縣城也發(fā)生過幾次較為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，其中以1956年和2015年較為嚴(yán)重。

1956年8月1日晚，12號強(qiáng)臺風(fēng)登陸南莊平原，門前涂海堤全線倒塌，南莊平原變成汪洋，死亡3 402人，傷5 614人，毀壞財(cái)物無計(jì)，危害慘烈。

2015年臺風(fēng)“燦鴻”肆虐，是50 a來7月上旬影響象山縣最為嚴(yán)重的臺風(fēng)。截至7月11日16時(shí)，象山縣全縣受災(zāi)人口40 962人，農(nóng)林漁業(yè)損失慘重。其中，農(nóng)作物受災(zāi)面積0.92萬hm2（13.9萬畝），水產(chǎn)養(yǎng)殖受災(zāi)面積0.56萬hm2（8.38萬畝）。全縣城建設(shè)施、民房等不同程度受淹，最大積水深度達(dá)到0.80 m；新橋、石浦等地多處出現(xiàn)大面積受災(zāi)，144個(gè)村莊、2 400余戶房屋受淹。此外，由于道路塌方、山體滑坡等原因，導(dǎo)致7條公路中斷、146條供電線路中斷。水利設(shè)施損失嚴(yán)重，其中68處計(jì)3.24 km堤防損壞，161處護(hù)岸、9處水閘、24處灌溉設(shè)施等均遭到不同程度的損毀。

2 防洪排澇防潮現(xiàn)狀及存在的主要問題分析

2.1 防洪排澇防潮現(xiàn)狀

下游象山縣城南部臨海區(qū)由內(nèi)向外分別建成門前涂海堤、大目涂二期海堤用于防潮，防潮標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇。其中：門前涂海堤防浪墻頂高程為8.00 m，建有22.5 m排澇閘；大目涂二期海堤防浪墻頂高程為8.80 m，建有92.0 m排澇閘，海堤保護(hù)上游的城區(qū)安全，區(qū)域防潮標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)。而上游洪澇水主要通過大目涂二期海堤上面的排澇閘向外海排泄。

由于特有的地形條件及地理環(huán)境，象山縣城上游不具備修建大型蓄洪、滯洪等控制性防洪工程，只有一些小的水庫、塘壩，并且分散、獨(dú)立，未能形成完整、有效的防洪體系。主要防洪排澇體系是通過人工形成的三縱四橫的排洪通道，通過下游丹城路以南的農(nóng)田區(qū)域（現(xiàn)狀平均地坪2.70 m）以及門前涂海堤至大目涂二期海堤之間的灘涂區(qū)域（現(xiàn)狀平均地坪1.50 m臨時(shí)調(diào)蓄后，通過下游的水閘排泄至外海。由于現(xiàn)狀河道、水閘的泄洪寬度不足，泄流能力低，加上區(qū)內(nèi)地面高程低，常形成內(nèi)澇。據(jù)河網(wǎng)水動力學(xué)數(shù)學(xué)模型模擬分析，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研可知，象山主城區(qū)丹山路以北大部分區(qū)域的現(xiàn)狀防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，但局部區(qū)域較低，如建設(shè)路 — 靖南路約0.8 km2局部區(qū)域防洪排澇能力僅為5 a一遇；丹山路以南區(qū)域現(xiàn)狀為農(nóng)田，防洪排澇能力僅5 a一遇。

隨著下游大目灣新城及象山主城區(qū)逐漸開發(fā)建設(shè)，2區(qū)域地坪逐漸抬高至規(guī)劃的地坪高程4.30，4.00 m后，現(xiàn)有可用于臨時(shí)滯洪和調(diào)蓄空間將大為縮減，象山縣上游城區(qū)的防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步降低，區(qū)域上游防洪排澇壓力將加重?，F(xiàn)狀區(qū)域防洪排澇格局示意見圖1。

圖1 象山城區(qū)現(xiàn)狀防洪排澇格局示意圖

2.2 防洪排澇主要問題分析

（1）本區(qū)域臺風(fēng)形成強(qiáng)降雨，雨量集中，強(qiáng)度大，山區(qū)溪流分散、河道短、落差大、坡度陡、匯流快，洪水陡漲陡落。據(jù)丹城站1951 — 2007年短歷時(shí)降雨統(tǒng)計(jì)資料，最大1，3，6，24 h降水分別為104.9，163.6，175.9，358.5 mm，均系臺風(fēng)影響形成的降水，降水強(qiáng)度很大。同時(shí)由于用地功能的轉(zhuǎn)變，下墊面不透水層面積增加，暴雨產(chǎn)生的洪水將相應(yīng)增大。

（2）流域缺乏調(diào)蓄性工程，調(diào)蓄空間的減小將不可避免地加重內(nèi)澇。本區(qū)域基本為獨(dú)立入海的水系，不具備建設(shè)為下游削峰的大中型水庫，上游已建小型水庫也主要承擔(dān)灌溉、供水的任務(wù)，故上游洪水不經(jīng)攔蓄直接下泄。從下游來看，南部現(xiàn)狀南莊平原區(qū)域和門前涂海堤以外區(qū)域均對上游城區(qū)下泄的洪澇水有調(diào)蓄作用。隨著大目灣新城的開發(fā)，地坪將抬高至規(guī)劃地坪，大目灣新區(qū)將無法繼續(xù)完全作為主城區(qū)的調(diào)蓄區(qū)，洪水的滯蓄空間將大為減小。

（3）外江洪水、潮水頂托時(shí)間長，強(qiáng)降雨后易形成內(nèi)澇。大目洋是象山縣城區(qū)內(nèi)澇的唯一承泄區(qū)，多年平均最高潮水位達(dá)到3.30 m以上，50 a一遇高潮位達(dá)4.66 m，加上城區(qū)地勢平緩，汛期受外海潮位頂托影響，洪水外排不暢，洪澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。

（4）河道、節(jié)制閘和排澇閘的泄洪能力不夠，洪澇水排泄能力不足?，F(xiàn)有的西大河、南大河、東大河等河流的河道規(guī)模較小，河道淤積，無法及時(shí)排泄洪水。門前涂海堤上現(xiàn)狀排澇閘寬度僅為22.5 m，上游洪澇水無法及時(shí)排泄，造成上游水位壅高。同時(shí)，小洋心村南大河上的節(jié)制閘僅為8.5 m，百丈岸村東大河的節(jié)制閘僅6.0 m寬，這些河道上面的節(jié)制閘與河道規(guī)模不匹配，成為河道的卡口，嚴(yán)重制約河道的泄水能力。

3 數(shù)學(xué)計(jì)算模型的關(guān)鍵問題

3.1 數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

本文采用MIKE11軟件中的HD（水動力學(xué)模塊）建立象山縣中心城區(qū)和下游大目灣新城的沿海平原河網(wǎng)地區(qū)的水動力數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用水動力學(xué)模塊分析河道規(guī)劃工況下的各控制斷面水位，考慮沿途各關(guān)鍵性的結(jié)構(gòu)建筑物。

為盡量模擬各區(qū)域的水力計(jì)算情況，并盡可能真實(shí)反映各條河流寬度、卡口以及節(jié)制閘等對區(qū)域防洪排澇的阻水作用等，本文不僅將區(qū)域的三縱四橫的防洪排澇干河在模型中模擬，還盡可能多的將各連通河道也盡可能地概化模擬。本次共概化河流28條，河流總長69.3 km，概化模型見圖2。在河勢斷面的突然放大或縮小處、在有控制性結(jié)構(gòu)建筑物處、在有較大旁側(cè)支流匯入處均布設(shè)斷面，本次共布設(shè)159個(gè)計(jì)算斷面，各斷面間距最小為50 m，一般為139 ～ 753 m。

圖2 象山縣城區(qū)防洪排澇模型概化圖

模型中涉及的擋潮閘按照控制建筑物處理，計(jì)算時(shí)設(shè)定底檻高程、閘孔規(guī)模等參數(shù)，當(dāng)閘下水位低于閘上水位時(shí)開閘，否則關(guān)閘。

3.2 洪澇頻率組合選擇時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余地

對于存在山區(qū)和平原的地區(qū)，上游洪水和下游平原地區(qū)的澇水標(biāo)準(zhǔn)的組合，以及澇水排入河道的方式直接對平原河網(wǎng)的河道水位產(chǎn)生較大影響，而規(guī)范中未做明確規(guī)定。應(yīng)在充分調(diào)查了解區(qū)域的規(guī)模和發(fā)展前景，調(diào)查了解區(qū)域現(xiàn)狀及未來雨水管網(wǎng)建設(shè)情況的基礎(chǔ)上，并考慮適當(dāng)留有裕度。考慮本區(qū)域山區(qū)與平原屬同一流域，且流域面積均不大，發(fā)生頻率接近的暴雨的可能性較大，同時(shí)為區(qū)域排澇留有一定余地，根據(jù)總體規(guī)劃確定洪澇組合本區(qū)域的防洪排澇為采取50 a一遇洪水疊加20 a一遇澇水的洪澇頻率組合，同時(shí)澇水進(jìn)入河道的形式在24 h排出基礎(chǔ)上適當(dāng)留有余地，按照12 h標(biāo)準(zhǔn)平均排入河道。

3.3 盡量分析歷史資料為洪潮頻率遭遇提供依據(jù)

沿海地區(qū)長期受風(fēng)、暴、潮的影響，上游洪澇水常常受到下游高潮位的頂托無法排出，從而造成上游嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。暴雨和下游潮位的遭遇頻率、上游洪峰和下游高潮位遭遇的時(shí)間對于沿海地區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)至關(guān)重要。應(yīng)充分收集歷史實(shí)際洪潮遭遇資料，進(jìn)行頻率和遭遇時(shí)間分析，并考慮適當(dāng)留有余地確定計(jì)算采用的洪潮組合及遭遇問題。

根據(jù)1981 — 2007年實(shí)測洪水統(tǒng)計(jì)，27 a系列中有2 a（1983年、1997年）出現(xiàn)最高潮位與最大降水發(fā)生在同一天。1997年8月18日臺風(fēng)與年內(nèi)大潮遭遇，下游大目涂出現(xiàn)1981年有觀測潮位以來的首位（最高潮位達(dá)4.54 m黃海高程），潮位的頻率約為50 a一遇；同時(shí)，上游臺風(fēng)帶來強(qiáng)降水，丹城站3日降水達(dá)317.0 mm，為1981年以來的首大，3日降水量非常突出，暴雨的頻率約20 a一遇；經(jīng)實(shí)測資料對比分析，最高潮位約滯后于雨峰之后5 h出現(xiàn)。故在考慮洪潮組合時(shí)，除考慮常規(guī)的多年平均高潮位疊加常遇洪水、上游多年平均常遇洪水（P = 50%頻率）疊加外海設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)防潮標(biāo)準(zhǔn)之外，考慮實(shí)際發(fā)生的洪潮遭遇頻率和時(shí)間，考慮50 a一遇洪水疊加外海50 a一遇高潮位，最高潮于洪峰之后5.0 h出現(xiàn)的組合。

4 防洪排澇規(guī)劃

4.1 可用防洪排澇措施分析

平原河網(wǎng)可用的防洪排澇措施主要包括蓄、分、排、擋等措施，通過對規(guī)劃區(qū)的地形條件、上下游水力關(guān)系、河道規(guī)模及排洪能力、規(guī)劃區(qū)建設(shè)進(jìn)度及用地要求等方面進(jìn)行綜合判斷，對上述防洪排澇措施逐項(xiàng)分析，認(rèn)為本區(qū)域可用的防洪排澇措施包括：下游大目灣新城建設(shè)調(diào)蓄湖，拓寬排洪干流河道和排澇閘等卡口、結(jié)合沿岸治污、生態(tài)修復(fù)及景觀規(guī)劃實(shí)施筑堤或護(hù)岸工程。同時(shí)地面按照城市的建設(shè)抬高，實(shí)現(xiàn)澇水自排。

4.2 大目灣新城設(shè)置滯洪區(qū)保障調(diào)蓄空間

大目灣新城建設(shè)前具有為上游城區(qū)調(diào)蓄的作用，作為大目灣新城開發(fā)建設(shè)后，地坪將按規(guī)劃的4.00 m進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，區(qū)域調(diào)蓄作用將減弱，從保障自身和上游的防洪排澇安全考慮，建議在下游結(jié)合大目灣新城生態(tài)水系的建設(shè)及高爾夫球場、綠化等設(shè)施的建設(shè)，保留一定規(guī)模的滯洪區(qū)域。

象山縣中心城區(qū)50 a一遇洪水的24 h洪水總量為2 856萬m3，其中山區(qū)為1 214萬m3，平原區(qū)為1 642萬m3。以50 a一遇洪水遭遇50 a一遇潮位的洪潮遭遇工況進(jìn)行分析，當(dāng)大目灣漲潮，外海潮位高于滯洪區(qū)水位時(shí)，大目涂二期海堤上的排澇閘無法開啟，此時(shí)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的洪澇水無法排出。大目灣漲潮潮水位高于規(guī)劃區(qū)內(nèi)水位的時(shí)間為4.5 ～ 5.5 h，此段時(shí)間需存蓄于滯洪區(qū)內(nèi)的水量約為1 200萬m3。若通過滯洪區(qū)和河網(wǎng)進(jìn)行調(diào)蓄，考慮大目灣新城規(guī)劃地坪4.00 m的目標(biāo)，調(diào)蓄區(qū)底高程按-1.00 m，則滯洪區(qū)規(guī)模應(yīng)不低于2.1 km2，相應(yīng)大目涂新城的洪水位為3.67 m，相應(yīng)滯洪區(qū)調(diào)蓄水量為560.7萬m3、河網(wǎng)調(diào)蓄水量約603.3萬m3，可見滯洪區(qū)對于區(qū)域的防洪排澇作用非常顯著。

要滿足象山縣中心城區(qū)的防洪排澇要求，除下游調(diào)蓄措施外，還需通過局部疏浚和擴(kuò)寬等措施來保證排洪河道的通暢和河網(wǎng)的連通，縱向河道規(guī)模經(jīng)河網(wǎng)水利計(jì)算確定。

4.3 充分利用現(xiàn)有節(jié)制措施提高局部區(qū)域的防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)

象山縣中心城區(qū)規(guī)劃地坪高程為4.30 m，在考慮相關(guān)規(guī)劃措施后，按照規(guī)劃地坪可滿足目標(biāo)排澇要求。但經(jīng)對地形圖內(nèi)業(yè)作業(yè)和現(xiàn)場調(diào)研，建設(shè)路 — 靖南路約0.8 km2的老城區(qū)地坪高程約為3.60 m；同時(shí)丹山路下游現(xiàn)南莊平原農(nóng)村區(qū)域約18 km2的區(qū)域，地面高程為2.40 ～ 3.30 m，平均高程約為2.70 m，由于城市開發(fā)建設(shè)的時(shí)序性以及舊城改造的難度，還應(yīng)兼顧這2處區(qū)域地坪尚處于較為低矮的情況，研究分析調(diào)度等措施使其在建設(shè)過程中不致受淹嚴(yán)重。

4.3.1 排水路徑方案

考慮充分利用現(xiàn)有的主要排澇河道及連通性、節(jié)制閘等水工建筑物，擬定“統(tǒng)排”和“分排”2種排洪澇路徑，對丹山路南北的澇水、山區(qū)洪水不同的排洪方式進(jìn)行研究。

統(tǒng)排方案：丹城區(qū)域周邊山區(qū)的洪水經(jīng)坡面匯流進(jìn)入丹城城區(qū)，匯合城區(qū)澇水，并主要通過橫向河道進(jìn)入西大河、南大河和東大河3條縱向河道，進(jìn)入橫大河，經(jīng)擴(kuò)建的岳頭嘴水閘和柴嘴頭水閘進(jìn)入大目涂二期滯洪區(qū)后，經(jīng)大目涂二期海堤上面的92 m排澇閘排至外海。

分排方案：山區(qū)洪水和丹山路以北區(qū)域的澇水通過橫向河道進(jìn)入東大河通過柴嘴頭水閘排入大目涂滯洪區(qū)，丹山路以南區(qū)域的澇水通過西大河、南大河通過岳頭嘴水閘排入大目涂滯洪區(qū)，當(dāng)滯洪區(qū)水位高于西大河和南大河的水位時(shí)關(guān)閉岳頭嘴水閘。2種排水路徑的水利計(jì)算成果見圖3。

圖3 象山縣中心城區(qū)不同排水路徑方案示意圖

4.3.2 兩方案作用及效果

統(tǒng)排方案將丹城路以北的洪澇水分別通過縱向河道向下游排泄，排水通道相對較順暢，丹城路以北區(qū)域洪澇水位可降低相對低一些，為3.51 ～ 3.57 m，可以滿足已建城區(qū)的局部低洼地帶的排澇水位3.6 m，同時(shí)丹城路以南區(qū)域水位為2.65 ～ 2.83 m，略高一些，但仍基本在區(qū)域的允許高程2.70 m范圍內(nèi)，基本可以滿足農(nóng)田的排澇要求。

分排方案由于利用現(xiàn)有西大河和南大河的節(jié)制閘和岳頭嘴水閘的節(jié)制措施將丹城路以南的洪澇水水位高程降低為2.50 ～ 2.59 m，低于南部較低的未開發(fā)區(qū)域的農(nóng)田平均高程2.70 m，但丹城路以北的局部洪澇水位達(dá)到3.82 ～ 3.87 m，高于該區(qū)域的地坪高程0.20 m，區(qū)域澇水將無法排出，將造成主城區(qū)的交通道路、小區(qū)等受淹給居民出行等造成不利影響。

4.3.3 排水路徑選擇

考慮對城市居民的影響以及農(nóng)田的耐淹深度等原因，建議本區(qū)域選擇統(tǒng)排路徑。即各自區(qū)域的洪澇水分別通過臨近排洪干河向下游排泄，以盡快降低北部主城區(qū)的洪水位的目的。對于不同的規(guī)劃區(qū)域應(yīng)結(jié)合不同的保護(hù)區(qū)特點(diǎn)確定排澇方案。

4 結(jié) 論

（1）沿海平原河網(wǎng)地區(qū)的水動力關(guān)系較為復(fù)雜，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬時(shí)，應(yīng)對采用的洪潮組合、洪澇組合進(jìn)行詳細(xì)分析，在具備條件時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際的水位潮位資料詳細(xì)分析后采用。

（2）在濱海地區(qū)尤其下游原灘涂區(qū)域規(guī)劃建設(shè)新城的區(qū)域，除通過填高地坪、疏浚河道等措施外，還可結(jié)合新城的規(guī)劃及水系設(shè)計(jì)，設(shè)置一定規(guī)模的滯洪區(qū)，以保障上游老城區(qū)的調(diào)蓄容積，同時(shí)也為下游新城的景觀和生態(tài)用水提供存蓄空間。

（3）按照規(guī)劃地坪進(jìn)行城市的防洪排澇規(guī)劃方案研究時(shí)，應(yīng)考慮老城區(qū)局部低矮區(qū)域和舊城改建的時(shí)序等因素，充分利用現(xiàn)有節(jié)制閘措施，設(shè)置不同的排水路徑，保障局部低矮區(qū)域在改造過程中的排澇安全。