瑞平平原影响排涝的主要因素分析论文

瑞平平原影响排涝的主要因素分析论文

1 问题的提出

瑞平平原位于飞云江下游南岸， 为飞云江下游两岸3个河网之一。流域总面积234.3 km, 其中山区面积52.2km, 平原面积182.1 km.平原区水系稠密， 现有大小河流768条， 总长度717.2 km;水面面积17.4 km, 现状水面率约为9.6%.骨干河道有瑞平塘河、平宋塘河、瑞平塘河右干、瑞平塘河左干等。河网正常水位为2.76 m.平原双向排水， 北面经瑞平塘河等向飞云江排水， 东面经平宋塘河等向东海排水。瑞平平原共有排水闸13座。其中， 8座向飞云江排水， 总净宽73.6 m;5座向东海排水， 总净宽43.5 m.水闸总净宽与流域面积比约为0.5 m/km.河网水系及水利工程布局见图1.

根据分析， 瑞平平原城镇区地面高程较高 （3.50 m以上） , 现状排涝标准为10~20 a一遇；农村及农田地面高程较低 （2.50~3.00 m） , 排涝能力约为5~10 a一遇；总体排涝能力较好。但瑞平平原所处位置易受台风暴雨侵袭， 背山滨海， 上承山洪倾泄、下受潮汐顶托， 排涝条件先天不足。随着城市化进程加快， 未来排涝形势依然严峻。

为了保证瑞平平原的防洪排涝安全， 本次分析了瑞平平原各排涝影响因素， 包括河道拓宽、水闸扩建、强排泵站等工程措施， 以及加强调蓄低地管理、平原水位预泄等管理措施对平原的影响程度， 为今后水利工程建设方向提供参考。

图1 河网水系及水利工程布局图

2 分析方法

本次计算使用丹麦水力科学研究所 （DHI） 开发的一维非恒定流水动力学MIKE11软件， 建立瑞平平原水利计算模型。瑞平平原模型计算上边界取山区产流过程， 以点入流形式进入各条河道；平原和围区的产水以旁侧入流的形式进入各自相应汇集河道；下边界根据涝水外排的方向， 相应选择飞云江与东海设计排涝潮型。整个模型概化河网总长225.9 km, 计算断面731个， 平均间距310.0 m.模型河网计算概化见图2.

图2 模型河网计算概化图

3 各因素排涝影响分析

3.1 调蓄低地面积对平原排涝影响分析

瑞平平原可调蓄低地 （指农田、林地、村庄等低于洪水位的区域） 面积74.7 km, 占平原面积的41.0%;水面面积17.4 km, 占平原面积的9.6%.合计可调蓄面积92.1 km, 占平原面积的50.6%.

随着城市化进程加快， 城市建成区面积扩大、下垫面硬化、水域占用的情况经常发生。本文分析了在现状水利工程工况下， 调蓄低地面积减少对瑞平平原的排涝影响 （见表1） .

表1 调蓄面积对洪水位的影响分析表 （20 a一遇）

不同调蓄面积比例水量平衡计算成果见表2.

表2 不同调蓄面积比例水量平衡计算成果表 （20 a一遇） 万m3

由表1可知， 当调蓄面积减少至40.0%, 各特征断面水位升高0.09~0.16 m.当调蓄面积占比减至30.0%, 昆阳镇断面排涝标准由现状的50 a一遇降低为20 a一遇， 其它断面排涝标准也降低至5~10 a一遇标准。随着调蓄面积的继续减小， 水位升高的幅度越来越大。当调蓄面积减少至10.0%时， 水位比现状升高0.70~1.00 m.

因此， 在现状水利工程条件下， 调蓄面积的比例对瑞平平原的排涝影响极大。在不实施其它水利工程， 且严格执行水域占补平衡的情况下， 为确保各镇区排涝标准不降低， 应确保平原内调蓄面积不少于55.0 km.

3.2 河道及水闸拓宽对平原排涝影响分析

拓宽骨干河道， 加大涝水输送能力；扩建口门水闸， 增大涝水外排能力， 是目前浙江省平原排涝最常用的工程措施之一。但由于涉及到征地、移民等政策性问题， 大范围扩大河道规模难度较大。

主要排涝河道有2条， 瑞平塘河向飞云江排水， 出口处河宽50.0 m, 口门水闸为南马道闸 （3孔×6 m） ;平宋塘河向东海排水， 出口处河宽20.0 m, 口门水闸为西湾中闸 （2孔×7 m） .

根据SL 265-2016《水闸设计规范》， 建议闸室总宽与河道宽度比例不低于0.60~0.75.为分析河道和水闸规模扩大对瑞平平原排涝的影响， 本文按闸室总宽与河道宽度比例0.60, 分析了2个措施。

措施1:瑞平塘河最小控制宽度50.0 m, 南马道水闸扩建至30.0 m;平宋塘河最小控制宽度20.0 m, 西湾中闸扩建至20.0 m.

措施2:瑞平塘河最小控制宽度80.0 m, 南马道水闸扩建至50.0 m;平宋塘河最小控制宽度50.0 m, 西湾中闸扩建至30.0 m.河道及水闸拓宽的影响分析见表3.

表3 河道及水闸拓宽的影响分析表 （20 a一遇）

由表3可知， 骨干排涝河道整治工程配合口门处水闸拓宽， 各特征断面水位均有一定程度降低。榆垟、宋埠断面水位下降4~10 cm, 农田淹没时间缩短10.0~28.0 h.因此， 河道及配套水闸的拓宽， 对降低卡口断面的水位和淹没时间效果比较明显， 其它断面效果不明显。现状河闸规模下南马道水闸内水位-外水位-流量对应见图3.由图3可知， 3日排水时间为19.0 h, 最大一潮排水时间为7.0 h.外海潮位顶托导致排水时间短也是影响水闸排涝效果的重要因素之一。

根据计算， 相同水利工况下， 调蓄面积降至40.0%后引起的水位壅高幅度， 略大于拓宽河道和水闸的水位降低幅度。也由此可知， 若因城市建设需要， 占用低地调蓄面积， 为了保证瑞平平原排涝标准不降低， 需要配套大量的水利工程措施。

图3 现状河闸规模下南马道水闸内水位-外水位-流量对应图

3.3 强排泵站对平原排涝影响分析

对于受外海潮位顶托的沿海平原来说， 泵站强排是经常采用工程措施之一。它的特点是在自排能力不强的.骨干河道入海口设置“口门泵”拉低水位， 通过以电能换动能、以动能换势能， 逐级增大水力坡降、加快水流速度、加大行进水头， 提高河道及口门引排水能力。

为了分析泵站强排对瑞平平原排涝的影响， 分别在骨干排涝河道口门处设置泵站。暴雨时开启泵站将水排入外海， 增加上游沿程水力坡降， 提高涝水输送能力， 泵站流量考虑50 m/s和100 m/s两个工况。泵站强排的影响分析见表4.

表4 泵站强排的影响分析表 （20 a一遇）

由表4可知， 在口门处建设泵站强排， 各特征断面最高洪水位降低0~9 cm, 淹没时间减少10.0~27.0 h.其中， 50 m/s泵站方案水位最高降低8 cm, 淹没时间最大减少25.7 h;100 m/s泵站方案水位最高降低9 cm, 淹没时间最大减少27.0 h.且主要影响区域位于泵站周边。因此， 设置强排泵站， 对降低泵站上游一定距离水位和淹没时间效果较为明显， 对于整个平原来说效果一般。

根据计算， 建设泵站对瑞平平原整体排涝影响较小。经分析， 主要原因是： （1） 集水面积大， 相对排涝模数变化小； （2） 调蓄面积较多， 水流汇集速度慢； （3） 大型集水排水河道较少， 难以快速集水和输送涝水。

3.4 降低水闸起调水位对平原排涝影响分析

瑞平平原现状正常水位为2.76 m, 水闸起调水位为2.76 m.考虑通过加强汛期调度管理， 根据天气预报提前降低起调水位， 增加河网容积。拟定2个调度措施。

措施3:正常水位2.76 m, 汛期提前进行预泄， 水闸起调水位2.50 m, 预泄时间约3.0 h.

措施4:正常水位2.76 m, 汛期提前进行预泄， 水闸起调水位2.20 m, 预泄时间约9.6 h.

降低起排水位的影响分析见表5.

表5 降低起排水位的影响分析表 （20 a一遇）

由表5可知， 通过对河网水位提前预泄， 各特征断面设计洪水位和淹没时间均有大幅度降低。降低起调水位至2.50 m后， 洪水位降低4~22 cm, 农田淹没时间减少18.0~50.0 h;降低起调水位至2.20 m后， 洪水位降低8~28 cm, 农田淹没时间减少30.0~50.0 h, 效果较为明显。

4 结论

通过以上对4个措施的定量化分析， 针对瑞平平原的排涝问题， 可以得出：

（1） 平原的低地和水域调蓄能力对排涝影响较大。有较大面积的调蓄低地和水域， 是瑞平平原排涝能力较强的主要因素。因此， 尽可能提高水域的调蓄能力应该是水利部门努力的一个主要方向， 主要包括扩大水面率和调蓄湿地及足够的农业保留区等。

（2） 合理的河道、水闸、强排泵站规模， 对提高平原排涝能力有一定作用。但根据计算结果， 影响程度较小， 且影响范围局限于工程区域。

（3） 合理的防洪排涝调度方式也可以提高水域的调蓄能力。计算表明， 根据天气预报推测降雨量和降雨时间， 提前开启闸门降低河网水位， 预留容积来承纳洪水实际上是增加水域调蓄能力的另一种方式， 对指导抗洪救灾具有十分重大的现实意义。

（4） 为了保护平原的水域面积， 当地政府部门应加强水域和低地保护， 保证平原内有足够的水域面积、农业保留区、生态保留区和水面率。同时， 合理控制城区地坪高程。

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