南京主要控制站防汛特征水位核定研究

李結(jié)華，王 超，楊 勇

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210006)

防汛特征水位是洪水預(yù)警、防汛調(diào)度決策的重要依據(jù)，也是評價洪水量級、工程防洪能力和組織防守力量的重要指標，在防汛抗災(zāi)工作中具有重要作用。水利部辦公廳《關(guān)于開展江河防汛特征水位研究的通知》(辦函[2003]33號)明確江河防汛特征水位設(shè)警戒水位、保證水位兩級，其中，警戒水位是指江河漫灘行洪，堤防可能發(fā)生險情，需要開始加強防守的水位；保證水位是指保證堤防及其附屬工程安全擋水的上限水位[1]。

防汛特征水位早期通常根據(jù)多年防汛經(jīng)驗總結(jié)確定，缺少科學(xué)論證依據(jù)，近些年關(guān)于防汛特征水位確定方式已有較多研究進展[2-12]，胡余忠、李洪利等[13-14]通過建立影響人口與預(yù)警站點之間的關(guān)聯(lián)性，根據(jù)沿河地面高程確定水文站點的防洪特征水位。邸蘇闖等[15]統(tǒng)籌考慮河道功能、洪水預(yù)警、防汛預(yù)案、防護對象等要素，運用數(shù)值模擬、數(shù)理統(tǒng)計方法劃定城市防汛特征水位。劉和昌等[16]總結(jié)歸納了警戒水位設(shè)定的影響因素，提出考慮洪災(zāi)損失確定警戒水位。

南京市絕大部分屬長江流域(少量屬淮河、太湖流域)，隨著區(qū)域經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水利工程建設(shè)和防汛管理水平不斷提高，流域水情、工情發(fā)生重大變化，大部分水文站點的防汛特征水位已不能客觀、真實反映工程現(xiàn)狀防洪能力和防汛形勢，難以充分發(fā)揮應(yīng)有的警示作用，因此，本文選取南京長江干流及滁河、秦淮河、水陽江等支流主要水文控制站點，綜合多個因素核定各站點防汛特征水位，為防汛調(diào)度及防汛搶險工作提供技術(shù)依據(jù)。

1 站點基本情況

南京長江干流、滁河、秦淮河、水陽江主要控制站點分別為南京、東山、曉橋與六合、水碧橋等，除水碧橋站為省級報汛站外，其余均為國家基本測站，各站點現(xiàn)狀防汛特征水位情況見表1。

表1 南京主要水文站點現(xiàn)狀防汛特征水位 單位：m

圖1 南京水文站網(wǎng)圖

2 防汛特征水位核定方法

2.1 警戒水位

警戒水位核定基于本站點及上、下上游站點現(xiàn)有警戒水位，通過分析年最高水位頻率、超警天數(shù)及流域水情特性等綜合確定。

(1)現(xiàn)有警戒水位

分析本站點及上、下游鄰近站點現(xiàn)狀警戒水位，是警戒水位核定的重要基礎(chǔ)，應(yīng)做到與上下游與右岸相協(xié)調(diào)，并留有一定余地。

(2)年最高水位頻率

年最高水位頻率是分析警戒水位的重要依據(jù)，一般采用P-Ⅲ型頻率曲線法進行年最高水位頻率分析，計算相應(yīng)重現(xiàn)期下對應(yīng)水位。目前，警戒潮位重現(xiàn)期通常依據(jù)GB/T17839—2011《警戒潮位核定規(guī)范》取2～5年一遇[17]，其他河湖警戒水位重現(xiàn)期可參照我國各地曾研究使用的隨機分析理論方法選取，一般可取1.3～6年一遇，根據(jù)不同防御目標，一般可分為4個等級：

Ⅰ類：設(shè)防標準最高，警戒水位可防御一般洪澇災(zāi)害，重現(xiàn)期為6年一遇(P=16%)；

Ⅱ類：設(shè)防標準較高，警戒水位可防御偏澇災(zāi)情，重現(xiàn)期為4～2年一遇(P=25～50%)；

Ⅲ類：設(shè)防標準一般，警戒水位可防正常水情的上限，重現(xiàn)期為2～1.7年一遇(P=50～60%)；

Ⅳ類：設(shè)防標準較低，警戒水位可防正常水情的下限，重現(xiàn)期為1.7～1.3年一遇(P=60～75%)。

(3)超警天數(shù)

適宜的年均超警天數(shù)，不僅使警戒水位能夠起到警戒作用，又避免頻繁發(fā)布警戒水位，使防汛隊伍疲于奔命，一般可按0.10m為統(tǒng)計水位段進行日平均水位達到或超不同等級的天數(shù)分析。

(4)流域水情特性

分析流域水情特性為防汛工作預(yù)留合適的警戒時間，避免發(fā)生以下兩種情況使警戒水位失去警戒作用：一是流域洪水位漲落快速，警戒水位過高，達到警戒水位后短時間內(nèi)出現(xiàn)保證水位的洪水來臨；二是流域洪水位漲落緩慢，警戒水位過低，頻繁預(yù)警、有警無險。

2.2 保證水位

保證水位核定基于本站點及上、下游站點現(xiàn)有保證水位，根據(jù)河道規(guī)劃設(shè)計水位、堤防現(xiàn)狀防洪能力、成功抵御歷史洪水等因素確定。

(1)現(xiàn)有保證水位

分析本站點現(xiàn)有保證水位能為核定工作提供基礎(chǔ)，部分站點缺乏保證水位，上、下游鄰近站點現(xiàn)有保證水位也可以作為分析依據(jù)。

(2)規(guī)劃設(shè)計水位

河道規(guī)劃設(shè)計水位是分析堤防現(xiàn)狀防洪能力的重要指標之一，通常根據(jù)流域防洪標準分析計算或已有規(guī)劃成果確定。

(3)堤防現(xiàn)狀防洪能力

根據(jù)河道堤防斷面尺寸、堤頂高程、安全穩(wěn)定性及近期(一般5年以內(nèi))將實施的防洪工程等因素，分析堤防現(xiàn)狀防洪能力。堤防防洪能力已達到規(guī)劃設(shè)計標準的河段，保證水位可選用規(guī)劃設(shè)計水位，若達標堤防建成時間較長，考慮實際防汛及日常管護問題，保證水位在規(guī)劃設(shè)計水位的基礎(chǔ)上可適當降低。

(4)歷史防御洪水情況

分析河道堤防歷史洪水防御情況，是檢驗堤防防洪能力的重要依據(jù)。堤防尚未達到規(guī)劃設(shè)計標準的河段，保證水位可按安全防御相應(yīng)的歷史洪水位確定；若安全防御的歷史洪水位高于規(guī)劃設(shè)計水位，則需要考慮河段水情、工情合理確定。

3 防汛特征水位核定結(jié)果

3.1 警戒水位

長江南京站及上游馬鞍山站、下游鎮(zhèn)江站現(xiàn)狀警戒水位分別為8.50、10.00、7.00m，根據(jù)表2，南京站2～5年一遇年最高水位為8.49～9.23m，考慮適宜年均超警天數(shù)5～15d，由圖2(a)知相應(yīng)警戒水位可取8.5～9.1m，長江干流南京段水位漲落相對緩慢，1954、1998、1999、2016年等典型年日最高潮位超8.50m和8.70m水位天數(shù)基本相當，經(jīng)過多年水利工程建設(shè)流域防洪能力明顯提升，現(xiàn)有警戒水位偏低，南京站警戒水位可調(diào)整至8.70m。

表2 南京站不同重現(xiàn)期潮位值 單位：m

秦淮河?xùn)|山站現(xiàn)狀警戒水位為8.50m，根據(jù)表4，警戒水位等級?、蟆纛悾鄳?yīng)水位為8.63～9.09m，考慮適宜年均超警天數(shù)5～15d，由圖2(b)可知，警戒水位可取8.8～9.0m，現(xiàn)狀警戒水位也偏低，但流域洪水漲落較快，從安全角度考慮，東山站警戒水位可適當提高至8.80m。

滁河曉橋站現(xiàn)狀警戒水位為9.50m，根據(jù)表4，警戒水位等級?、蟆纛?，相應(yīng)水位為9.09～10.00m，考慮適宜年均超警天數(shù)5～15d，由圖2(c)可知，警戒水位可取9.5～9.6m，流域中上游洪水陡漲陡落，從偏安全角度考慮，曉橋站警戒水位可維持9.50m不變。

滁河六合站現(xiàn)狀警戒水位為7.85m，根據(jù)表4，警戒水位等級?、蟆纛悾鄳?yīng)水位為7.67～8.23m，考慮適宜年均超警天數(shù)5～15d，由圖2(d)可知，警戒水位可取7.9～8.2m，滁河六合城區(qū)段洪水漲落相對緩慢，堤防防洪能力較高，六合站警戒水位可調(diào)整至8.20m。

水陽江水碧橋站現(xiàn)狀警戒水位為10.00m，上游鄰近水陽站警戒水位10.50m，根據(jù)表4，警戒水位等級取Ⅲ～Ⅳ類，相應(yīng)水位為10.02～10.87m，考慮適宜年均超警天數(shù)5～15d，由圖2(e)可知，警戒水位可取10.50～11.00m，水陽江下游近期防洪治理工程已實施完成，流域防洪能力明顯提升，水碧橋站警戒水位可調(diào)整至10.50m。

表4 各站點不同等級警戒水位值 單位：m

圖2 各控制站超不同等級水位多年平均天數(shù)統(tǒng)計圖

3.2 保證水位

長江南京站現(xiàn)狀無保證水位，上游馬鞍山站、下游鎮(zhèn)江站保證水位分別為11.95、8.59m。1954年長江發(fā)生全流域性洪水，南京站出現(xiàn)歷史最高水位10.22m，受災(zāi)嚴重，此后兩岸江堤按流域規(guī)劃水位10.60m進行多次加固，并成功抗御1998年歷史第二高洪水位10.14m， 2010年以來又按規(guī)劃實施防洪能力提升工程，但整體防洪能力尚未完全達到規(guī)劃標準要求。綜合考慮，南京站保證水位可采用1954年歷史最高洪水位10.22m。

表3 南京站典型年份日最高潮位超不同等級水位情況統(tǒng)計 單位：d

秦淮河?xùn)|山站現(xiàn)狀無保證水位，干流堤防按照流域規(guī)劃進行了加固建設(shè)，但尚未達到城市防洪規(guī)劃100年一遇水位11.72m要求，成功防御2016年流域歷史最高洪水位11.44m。綜合考慮，東山站保證水位可采用安全防御的2016年洪水位11.44m。

滁河曉橋站及上游吳港站、下游汊河集閘現(xiàn)狀保證水位分別為12.10、12.88、12.50m。1991年曉橋站出現(xiàn)歷史最高水位12.63m，發(fā)生破圩險情，成功防御2008年流域洪水(曉橋站水位12.62m)，近期滁河堤防按照流域規(guī)劃水位12.57m進行了加固建設(shè)，三汊灣閘以上干流及馬汊河分洪道堤防防洪能力基本達標。綜合考慮，并與《滁河洪水調(diào)度方案》一致，曉橋站保證水位提高至12.50m。

滁河六合站現(xiàn)狀保證水位9.90m，1991年六合站出現(xiàn)歷史最高水位10.47m，發(fā)生破圩險情，此后三汊灣閘以下干流及分洪道堤防按照流域規(guī)劃水位9.90m進行了加固建設(shè)，2016年成功防御流域洪水(六合站水位9.97m)。綜合考慮，六合站保證水位可采用2016年最高水位9.97m。

水陽江水碧橋站現(xiàn)狀無保證水位，相鄰安徽水陽站保證水位12.70m，1999年水陽江水碧橋站出現(xiàn)歷史最高水位13.80m，2016年水陽江大洪水，水碧橋站水位13.59m，南京市均成功抵御(流域上游多處破圩)，近期水陽江下游干流堤防按照流域規(guī)劃水位12.80m實施完成防洪治理工程。綜合考慮，水碧橋站保證水位可采用規(guī)劃水位12.80m。

表5 各站點防汛特征水位核定成果表 單位：m

4 結(jié)論

經(jīng)核定的防汛特征水位更加有利于防汛工作開展，降低洪水致災(zāi)風險。由于河道警戒水位、保證水位的確定非常復(fù)雜，隨著自然條件的改變和社會經(jīng)濟的發(fā)展，水情、工情也在不斷變化，其合理性、科學(xué)性還需要通過大洪水進一步驗證，結(jié)合實際情況進行相應(yīng)調(diào)整，建議對流域防汛調(diào)度及決策有重要作用的中小河流，可以根據(jù)需要開展防汛特征水位確定工作。同時，防汛特征水位的核定方法還有待于今后進一步深化研究。