外圍一線口門建設(shè)時序安排研究
——以上海市浦東新區(qū)為例

馬小園 ，鄢亞軍，崔德標，張 青

（1.浦東新區(qū)水閘管理事務(wù)中心，上海 201210；2.上海市水利工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200232；3.江蘇省宿遷市宿城區(qū)水利規(guī)劃服務(wù)中心，江蘇 宿遷 223899）

0 引 言

上海市屬于典型的平原河網(wǎng)感潮區(qū)域，城市化率高且河網(wǎng)密集，地勢平坦導(dǎo)致排水緩慢、水流流向反復(fù)不定，區(qū)域水位主要受到水閘、泵站等人工調(diào)控，水文動力條件十分復(fù)雜[1-2]。區(qū)域通過骨干河網(wǎng)及水利片外圍一線口門階段形成防洪除澇體系，其除澇及活水暢流調(diào)度受口門建設(shè)周期影響較大，如何合理安排規(guī)劃建設(shè)時序?qū)τ趨^(qū)域防汛安全具有重要影響。

目前關(guān)于建設(shè)時序影響的研究主要集中在市政道路[3]、城市軌道交通[4]、區(qū)域綜合開發(fā)[5]及高標準農(nóng)田建設(shè)[6-7]等領(lǐng)域，例如曾亞等[8]針對重慶市南岸區(qū)構(gòu)建高標準基本農(nóng)田建設(shè)綜合評價體系，通過測算建設(shè)潛力和建設(shè)難度系數(shù)，提出高標準基本農(nóng)田建設(shè)時序；陳楷[9]借用VIKOR 算法思想，建立動態(tài)VIKOR 法的軌道交通建設(shè)時序決策模型，確定城市軌道交通規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)時序。饒光輝等[10]基于水電項目市場動態(tài)、所處地理位置、交通實施條件以及前期工作深度，對厄瓜多爾水電市場開發(fā)時序提出初步構(gòu)想，為開拓海外市場提供決策與參考。

針對浦東新區(qū)外圍一線口門建設(shè)時序的研究主要是為協(xié)助管理部門落實水務(wù)行業(yè)“十四五”期間水利片外圍排澇泵站實施率≥65%的規(guī)劃防洪布局任務(wù)，積極推進水利泵閘工程建設(shè)，然而針對水利工程規(guī)劃指標達標建設(shè)時序的研究缺乏相關(guān)參考文獻。為深入開展此項研究，本文在分析水利泵閘工程建設(shè)必要性、建設(shè)可行性、工程影響及建成效益等因素的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出建設(shè)緊迫性、除澇效益、活水暢流效益、工程實施條件、建設(shè)影響等5 個評價指標，以更直觀地說明工程建設(shè)時序安排是否合理。

本文基于此背景以浦東新區(qū)為例，對外圍一線控制口門現(xiàn)狀與規(guī)劃、建設(shè)效益、建設(shè)條件進行系統(tǒng)分析，提出綜合評價方法，為基于建設(shè)指標和規(guī)模的一線口門建設(shè)時序提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 研究區(qū)域概況

浦東新區(qū)位于上海市東部，屬于平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，外圍系黃浦江、長江口與杭州灣水域環(huán)抱，瀕江臨海、地勢低平，易受風暴潮洪威脅，又是我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)引領(lǐng)區(qū)，社會經(jīng)濟發(fā)達、防汛安全保障韌性要求高[11]。

規(guī)劃構(gòu)建主要由“1 塘1 墻防洪堤防、5 橫6 縱主干河網(wǎng)、30 座外圍泵閘”組成的防洪除澇工程體系，形成“外擋洪潮、內(nèi)河蓄排、閘泵排澇，蓄以待排”和“東出長江為主、西排黃浦江、南排杭州灣為輔”的防洪除澇規(guī)劃總體格局。外圍除澇水閘30 座，水閘總孔徑為650 m，泵站12 座，裝機規(guī)模510.2 m3/s。目前新區(qū)沿江、沿海一線外圍控制工程經(jīng)過多年建設(shè)，已建成水（泵）閘共25 座，閘總孔徑406 m，現(xiàn)狀建成率為59.53%；排澇泵站總規(guī)模200.2 m3/s，現(xiàn)狀建成率39.20%。外圍水閘及排澇泵站實施率與全市“十四五”規(guī)劃水閘孔徑實施率達到78%，泵站裝機流量實施率達到65%的目標尚有差距。因此，開展浦東新區(qū)一線口門規(guī)劃指標達標建設(shè)方案技術(shù)研究，在兼顧規(guī)劃指標任務(wù)的同時，能更好解決區(qū)域現(xiàn)狀防汛除澇短板。

2 研究方法

通過調(diào)查分析浦東新區(qū)一線泵閘現(xiàn)狀情況，并結(jié)合《上海市防洪除澇規(guī)劃（2020—2035 年）》《浦東新區(qū)水利規(guī)劃（2020—2035 年）》等相關(guān)規(guī)劃，分析得到“十四五”期間浦東新區(qū)規(guī)劃新建、改建一線口門共13 座，已完工泵閘1 座，新增水閘規(guī)模187 m，新增泵站規(guī)模 240.0 m3/s。 根據(jù)各泵閘的建設(shè)條件，初步擬定建設(shè)時序方案如下：

階段一：2022 年底前完成趙家溝泵閘及泐馬河水閘建設(shè)。

階段二：2023 年底前完成西溝泵閘、嫩江河水閘、三林塘港泵閘及三林北港水閘建設(shè)。

階段三：2024 年底前完成三甲港水閘、北橫河泵閘建設(shè)。

階段四：2025 年底前完成外環(huán)南河及老三林港水閘、楊思樞紐及張家浜東泵閘建設(shè)。

采用MIKE11 軟件建立一維水動力水質(zhì)模型，開展一線口門建設(shè)時序效益分析。

2.1 方案設(shè)計思路

通過數(shù)模分析該區(qū)域外圍泵閘防洪除澇及水資源調(diào)度效益：一方面從一線口門規(guī)劃未建與現(xiàn)狀除險加固或現(xiàn)狀新建對比，提出工程建設(shè)緊迫性。并在分析區(qū)域一線口門建設(shè)用地情況等基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域規(guī)劃期內(nèi)除澇口門及排澇泵站的規(guī)劃布局，開展口門工程選址及工程布置意向的初步研究，評價各口門建設(shè)的可實施性。另一方面從口門建設(shè)期間，施工導(dǎo)流對于區(qū)域水安全、水環(huán)境產(chǎn)生的影響進行分析，得出一線口門工程建設(shè)影響結(jié)論。最后將建設(shè)緊迫性、除澇效益、活水暢流效益、工程實施條件、建設(shè)影響等作為評價因子[12-13]，采用專家調(diào)查法對單個評價因子進行權(quán)重賦分，對各點位一線口門建設(shè)時序進行綜合評價打分，依據(jù)評分高低確定一線口門規(guī)劃期內(nèi)的建設(shè)時序安排，重點落實規(guī)劃提出的防洪除澇布局。方案設(shè)計技術(shù)路線見圖1。

圖1 方案設(shè)計技術(shù)路線圖

2.2 河網(wǎng)模型概化

本次在區(qū)級以上河網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過大量支級河道的導(dǎo)入，形成精細化河網(wǎng)數(shù)學模型[14-15]，共包含約2 000 條總長7 000 km 的河道，29 470 個河網(wǎng)節(jié)點，350 余座水閘和除澇泵站。根據(jù)上海地區(qū)實際情況，計算中扣除了獨立圩區(qū)，并將現(xiàn)狀及規(guī)劃的所有390 個雨水排水系統(tǒng)，以及現(xiàn)狀348 個圩區(qū)的產(chǎn)匯流面積納入模型。雨水系統(tǒng)和圩區(qū)的產(chǎn)匯流根據(jù)其泵閘位置匯入相應(yīng)河道，其余區(qū)域產(chǎn)匯流的按就近原則匯入周邊河道，共計985 個產(chǎn)匯流分區(qū)。河網(wǎng)及工程概化模型見圖2。

圖2 河網(wǎng)及工程概化模型圖

2.3 方案計算結(jié)果分析

2.3.1 除澇能力分析

根據(jù)計算結(jié)果，浦東新區(qū)現(xiàn)狀除澇高水位空間呈現(xiàn)“西高東低，中間高、南北低”的空間分布，除澇高水位超過3.80 m 的區(qū)域約占浦東片總面積35.7%，超過3.75 m 的區(qū)域約占浦東片總面積72.3%。現(xiàn)狀面平均除澇高水位達到3.79 m，不滿足20 a 一遇除澇標準（3.75 m）的要求。

通過4 個階段工況模擬計算，新建或改建一線口門對降低區(qū)域除澇高水位能力影響統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 口門建設(shè)對區(qū)域防汛除澇能力影響表

根據(jù)模型計算結(jié)果得到：階段一建成后，較現(xiàn)狀除澇高水位超過3.80 m 的區(qū)域減少約19.8%，超過3.75 m 的區(qū)域減少約22.1%；階段二建成后，較現(xiàn)狀除澇高水位超過3.80 m 的區(qū)域減少約32.1%，超過3.75 m 的區(qū)域減少約32.4%；階段三建成后，較現(xiàn)狀除澇高水位超過3.80 m 的區(qū)域減少約32.7%，超3.75 m 的區(qū)域減少約34.1%；階段四建設(shè)完成后，高水位超過3.80 m 的區(qū)域共減少約32.70%，超過3.75 m 的區(qū)域減少約34.1%，面平均除澇高水位降至3.75 m，滿足20 a 一遇除澇標準要求。

1）水動力分析。根據(jù)數(shù)模分析得到：浦東片引排口門附近流速較大，最大流速達到0.50 m/s 以上。內(nèi)部河道流速較小，其中骨干河道最大流速為0.10～0.30 m/s，支級河道最大流速基本在0.15 m/s以下。各階段水閘建成后，區(qū)域大片河道最大流速分布基本沒有變化，泵閘周邊局部河道流速增幅基本在0.05～0.40 m/s。

2）水質(zhì)影響分析。根據(jù)數(shù)模分析得到：階段一建成后，川楊河以北河道及大治河以南河道局部河段高錳酸鹽指數(shù)、氨氮指標自Ⅲ類改善為Ⅱ類，總磷指標幾乎沒有改變。階段二～階段四建成后，僅口門附近河段水質(zhì)由Ⅲ～Ⅳ類改善為Ⅱ～Ⅲ類，其余河道水質(zhì)幾乎沒有變化。這是由于引水口門處及浦東片內(nèi)污染物指標基本均為Ⅲ～Ⅳ類，增加引排水口門對河道污染物指標的改善并不明顯[8]。河網(wǎng)模型水質(zhì)分析結(jié)果（節(jié)選）見圖3。

圖3 河網(wǎng)模型水質(zhì)分析結(jié)果圖(節(jié)選）

2.4 建設(shè)條件分析

通過查閱相關(guān)資料及部門征詢得到本次研究的12 座水（泵）閘中，2 座涉及長江灘涂用地及水功能規(guī)劃選址辦理，5 座涉及建設(shè)用地專項規(guī)劃調(diào)整，2 座涉及管理區(qū)動拆遷問題，1 座涉及地鐵盾構(gòu)下穿。進度方面，2 座在建、2 座初設(shè)已批復(fù)、3 座項建書已批復(fù)、5 座處于待上報階段。

2.5 建設(shè)影響分析

利用數(shù)模分析各水（泵）閘施工導(dǎo)流方案對于區(qū)域水質(zhì)影響可知：

2022 年施工期，西溝泵閘截流施工后，與現(xiàn)狀相比，口門所在河道馬家浜局部河段水質(zhì)由Ⅲ類轉(zhuǎn)變?yōu)閂 類，其余河道水質(zhì)指標均未降低。

2023 年施工期，楊思樞紐利用其一側(cè)船閘排水，三林塘港泵閘及三林北港水閘采用明渠導(dǎo)流施工，黃浦江沿岸外排口門規(guī)模減小。與2022 年相比，川楊河及其周邊少量河道水質(zhì)由Ⅱ～Ⅲ類轉(zhuǎn)變?yōu)棰蟆纛悾溆嗪拥浪|(zhì)指標均未降低。

即2022—2023 年施工期，除施工泵閘附近河段水質(zhì)略有下降外，其余河道水質(zhì)均未產(chǎn)生明顯變化。2024—2025 年泵閘施工均采用不斷流施工，因此，施工不會對河道水質(zhì)產(chǎn)生影響。

3 建設(shè)時序研究

擬將建設(shè)緊迫性、除澇效益、活水暢流效益、工程實施條件、建設(shè)影響作為研究浦東新區(qū)一線口門建設(shè)時序的評價因子，由于各項因子對于口門建設(shè)時序影響的重要性不一樣，采用專家調(diào)查法確定因素權(quán)重[16-17]，邀請10 位相關(guān)領(lǐng)域的專家，采取獨立填表的形式，對口門建設(shè)時序的5 項指標的重要性做出權(quán)數(shù)判定，結(jié)果見表2。

正在開會的一些參政員聽說戴笠到黃炎培家認了錯后，譏笑說：“以往做慣了‘老子’的戴笠，這回栽在黃炎培手里做了一次‘兒子’，活該！”還有的參政員十分佩服黃炎培的膽量和斗爭藝術(shù)。他們說：“許多人一聽說戴笠，不寒而栗，避而遠之，更不用說斗他了。只有黃參政員有這個氣魄和膽量。”

得到5 項評價因子按權(quán)重從大到小排序為建設(shè)必緊迫性、除澇效益、活水暢流效益、工程實施條件、建設(shè)影響。不同因子的量綱不一樣，采用百分制對5 項評價因子的特征從0 到100 劃分評分區(qū)間。建設(shè)時序評價因子分級賦分標準見表3。

表3 建設(shè)時序評價因子分級賦分標準表

將各項因子評分乘以對應(yīng)的權(quán)重后相加，即可得到各口門建設(shè)時序綜合得分，即：

式中：Wk為綜合得分；Wki為評價因子賦分；Ai為評價因子權(quán)重。

最終得到浦東新區(qū)各一線口門建設(shè)方案的最終得分（見表4）。

表4 浦東新區(qū)一線口門建設(shè)時序綜合評價得分表

從表4 分析可知，影響口門建設(shè)排序的最關(guān)鍵因素是建設(shè)緊迫性和除澇效益，由于北橫河泵閘和三甲港水閘剛好處于片區(qū)除澇高水位集中的區(qū)域，因此其評分最高，建設(shè)時序最靠前。其次根據(jù)本次研究成果，發(fā)現(xiàn)新建單個中大型泵閘發(fā)揮的經(jīng)濟效益較同時新建若干個小型水閘的效益好，因此大中型水泵閘綜合得分較高。

建議浦東新區(qū)一線口門建設(shè)時序為：第一階段為目前開工建設(shè)的趙家溝泵閘、泐馬河水閘；第二階段為北橫河泵閘、三甲港水閘、楊思樞紐、西溝水閘；第三階段為三林塘港泵閘、三林北港水閘、嫩江河水閘；第四階段為老三林港水閘、外環(huán)南河水閘、張家浜東泵閘。

4 結(jié)論與建議

本文以上海市浦東新區(qū)為例開展研究，確立外圍一線口門建設(shè)時序安排的研究方法，為管理部門合理決策提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1）提出浦東新區(qū)“十四五”期間12 座水（泵）閘的建設(shè)時序安排方案，分析浦東新區(qū)“西高東低，中間高、南北低”的除澇高水位空間分布特點，通過完善口門建設(shè)使區(qū)域達到20 a 一遇除澇標準的建設(shè)時序安排。

2）通過建立浦東新區(qū)除澇與水質(zhì)河網(wǎng)模型，利用數(shù)值模擬評價各口門的防洪除澇及水資源調(diào)度效益，并分析泵閘建設(shè)期間施工導(dǎo)流對區(qū)域水安全、水環(huán)境方面產(chǎn)生的影響，給出了合理的建閘時序建議。

3）確定浦東新區(qū)一線口門建設(shè)時序安排的評價因子，得出相關(guān)因子的權(quán)重排序：建設(shè)緊迫性＞除澇效益＞活水暢流效益＞工程實施條件＞建設(shè)影響，根據(jù)權(quán)重得到推薦的一線口門建設(shè)時序安排方案。