王 斌，韓曉維，劉 云

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問(wèn)題的提出

在沿海丘陵及平原地區(qū)，大部分干流河道兼具上洪下潮的孕災(zāi)機(jī)理，即流域上游地勢(shì)高、落差大，洪水匯集時(shí)間較短，中下游為廣袤平原，地勢(shì)平坦、落差小，易受外海潮水頂托，不利于洪水排泄[1]。為提高區(qū)域防洪能力，各條河流均結(jié)合自身特點(diǎn)制定相應(yīng)的洪澇治理對(duì)策，如長(zhǎng)江在20世紀(jì)就制定了“蓄泄兼籌，以泄為主”和“上蓄下疏，標(biāo)本兼治”的綜合治理方針指導(dǎo)[2]，浙江省的浦陽(yáng)江一直貫徹著“上蓄、中分、下排”的治理理念[3]，鰲江也按照“上蓄、中疏、下排、外擋”的治理思路積極開(kāi)展規(guī)劃建設(shè)[4]。具體落實(shí)到工程可進(jìn)一步歸納為上游建庫(kù)削峰[5]，中下游筑堤固防、裁彎取直、分洪引流、河道拓寬疏浚等達(dá)到擴(kuò)排目的[6-8]，河口則通過(guò)建閘以防止潮水頂托及上溯，降低風(fēng)暴潮等災(zāi)害影響[9-10]。潮流界是感潮河道漲潮流上溯的最遠(yuǎn)區(qū)域，洪水期同時(shí)受上游洪水過(guò)境及下游潮水頂托影響，是防洪能力薄弱、洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的區(qū)域之一[11-12]。該區(qū)域一般隸屬河道中段或中下游，常以分洪、疏浚、裁彎、拓堤等方式開(kāi)展整治，部分工程甚至開(kāi)展多措并舉的綜合整治方案，但由于該區(qū)域上下游邊界及水動(dòng)力條件復(fù)雜，土地城鎮(zhèn)等限制因素眾多，若整治目標(biāo)不清晰，對(duì)建設(shè)條件預(yù)判不足，往往難以達(dá)到預(yù)期效果[13]。

文章以鰲江干流水頭段防洪治理工程為例[14]，通過(guò)物理模型及平面二維數(shù)學(xué)模型，對(duì)工程的總體效果及各單項(xiàng)整治措施開(kāi)展分析。該工程地處鰲江干流中部，為鰲江感潮河段的潮流界區(qū)域，建設(shè)內(nèi)容包括河道拓寬、筑堤、疏浚、裁彎、分洪、建閘、切灘等多個(gè)措施，整治任務(wù)艱巨，建設(shè)條件復(fù)雜，前期論證時(shí)，有必要進(jìn)一步厘清各單項(xiàng)工程的貢獻(xiàn)，分析工程的總體效益，為下階段可行性決策及建設(shè)時(shí)序優(yōu)化等提供依據(jù)，研究成果也可為類(lèi)似的潮流界區(qū)域防洪整治提供借鑒。

2 河道現(xiàn)狀及整治方案

2.1 河道現(xiàn)狀

鰲江自西向東流經(jīng)水頭鎮(zhèn)區(qū)，于龍巖處分南北兩汊，至小南橋處匯合，潮流界位于麻園大橋附近。其中南汊現(xiàn)為鰲江干流，河寬50 ~ 80 m；北汊穿越鎮(zhèn)區(qū)，河寬20 ~ 40 m，中段另有鳳臥溪匯入。受兩岸建筑物及河道地形、水系等影響，鰲江干流水頭段防洪能力嚴(yán)重不足，河道現(xiàn)狀過(guò)流能力不到500 m3/s，再加上下游潮水頂托及支流鳳臥溪來(lái)流影響，洪水期鎮(zhèn)區(qū)高水不退，實(shí)際達(dá)到了1 a多遇的洪澇現(xiàn)狀，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 治理方案

為提升水頭段防洪能力，鰲江干流水頭段防洪治理工程提出，將西北側(cè)的鳳臥溪洪水通過(guò)分洪隧洞直接西排進(jìn)入鰲江干流主河道中，即支流客水不再入城，而鰲江干流水頭段（南汊至顯橋水閘）則實(shí)施拓寬疏浚、裁彎取直及筑堤固防等河道整治措施，旨在提高河道的行洪能力，實(shí)現(xiàn)“北分南擋”的防洪格局。

其次，規(guī)劃提出治理工程將分為近期及遠(yuǎn)期2個(gè)階段，近期包含鳳臥溪分洪工程、裁彎取直、以及干流段河道疏浚拓寬等措施，實(shí)施后水頭鎮(zhèn)區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)從現(xiàn)狀的不足2 a一遇提高至10 a一遇；遠(yuǎn)期是在近期整治的基礎(chǔ)上，考慮拓寬疏浚后的泥沙回淤、小南段右岸建堤以及南湖分洪工程等河道自然演變及相關(guān)規(guī)劃工程，實(shí)施后防洪標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)20 a一遇，布置見(jiàn)圖1。

圖1 治理工程布置圖

3 研究方法及洪潮組合

3.1 研究方法

研究采用大范圍平面二維數(shù)學(xué)模型與河工物理模型相結(jié)合的方法開(kāi)展，其中數(shù)模的主體功能是為物模提供邊界，并作相互印證；物模平面比尺1:160，垂直比尺1:80，變率2，上邊界至埭頭水文站以上1.0 km（其下1.2 km建有蒲潭墻堰，頂高程約11.00 m，中小洪水時(shí)呈跌流流態(tài)），下游則至顯橋以下2.0 km，涵蓋南湖分洪工程出口位置，模型模擬干流總長(zhǎng)約15.5 km（見(jiàn)圖2）。

模型采用2009年“莫拉克”臺(tái)風(fēng)及2013年“菲特”臺(tái)風(fēng)期間洪水的洪痕及水文站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證，邊界均采用非恒定流控制。其中“莫拉克”臺(tái)風(fēng)期間洪水洪峰流量2 630 m3/s，相當(dāng)于現(xiàn)狀10 a一遇洪水，“菲特”的洪峰流量較小，約1 458 m3/s。經(jīng)驗(yàn)證，各測(cè)站最高洪水位及洪水位過(guò)程線(xiàn)均與實(shí)測(cè)資料吻合較好，最高洪水位誤差在0.20 m以?xún)?nèi)的驗(yàn)證點(diǎn)占80%以上，誤差在0.10 m以?xún)?nèi)的占50%以上，驗(yàn)證見(jiàn)圖3。

圖2 物理模型及數(shù)學(xué)模型圖

3.2 洪潮組合

鰲江為獨(dú)流入海河道，受洪潮共同控制，通過(guò)對(duì)鰲江干流埭頭站洪水及下游高潮位的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為埭頭站2 a一遇以上暴雨雨峰與鰲江站高潮位碰頭的概率較大。結(jié)合工程河段現(xiàn)狀及流域整體防洪規(guī)劃，上游洪水考慮埭頭10 a一遇洪水洪峰流量，下邊界潮位則采用鰲江站多年平均偏不利潮型，相當(dāng)于2 ~ 5 a一遇高潮位。洪潮組合見(jiàn)圖4。

圖3 “莫拉克”臺(tái)風(fēng)期間洪水位驗(yàn)證圖

圖4 設(shè)計(jì)工況10 a一遇洪潮組合過(guò)程線(xiàn)圖

4 效益分析

4.1 措施組合

根據(jù)規(guī)劃思路及分析中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，將整治措施分為鳳臥溪分洪工程、裁彎取直、鰲江干流拓寬疏浚、河道行洪卡口斷面破除、近期實(shí)施后的沿程泥沙回淤后、小南段右岸河道建堤、南湖分洪工程實(shí)施等7個(gè)單項(xiàng)，并開(kāi)展8組工況的最高洪水位降低效果分析，以判別各治理措施或演變對(duì)工程整體效益的貢獻(xiàn)情況，為項(xiàng)目決策及建設(shè)時(shí)序等提供技術(shù)依據(jù)。其中組次6為近期最終方案，組合見(jiàn)表1。

表1 各方案整治措施一覽表

4.2 近期效益分析

結(jié)果見(jiàn)表2及圖5，分析表明：

（1）工程實(shí)施后，鰲江干流蒲潭墻堰至小南橋段（鎮(zhèn)區(qū)段）水位降低明顯，最大降幅達(dá)0.89 m，能夠有效降低鎮(zhèn)區(qū)外圍堤防及村莊的防洪壓力。

（2）小南橋以下河段洪水位降幅甚微，究其原因一是工程河段處于鰲江感潮河段，下游高潮位頂托是導(dǎo)致其高水不退的主體原因；二是下游青岙村附近存在行洪卡口斷面，將該斷面約200 m的過(guò)水卡口面積拓寬40%左右后（破卡口），小南橋以上河段的最高洪水位還能降低0.10 ~ 0.17 m。

（3）從單項(xiàng)工程影響分析可以看出，鳳臥溪分洪工程實(shí)施后，支流客水由穿鎮(zhèn)而過(guò)改為通過(guò)分洪隧洞匯入鎮(zhèn)區(qū)上游側(cè)的鰲江干流內(nèi)，該方案抬高了分洪洞出口至麻園大橋段的最高洪水位，從傳統(tǒng)的最高洪水位指標(biāo)看是不利的，但該措施卻有效地避免鳳臥溪客水進(jìn)入鎮(zhèn)區(qū)，能夠降低鎮(zhèn)區(qū)的防洪壓力，社會(huì)效益顯著。

（4）裁彎取直也未能降低其上游側(cè)的最高洪水位。初步分析，裁彎段現(xiàn)狀右岸以灘地為主，高程普遍為6.50 ~7.50 m，洪水期漫灘，中小水歸槽。當(dāng)遭遇10 a一遇時(shí)洪水時(shí)，漫灘流約占斷面總過(guò)流量的50%以上，因此裁彎建堤反而束窄了過(guò)流通道，對(duì)行洪不利。但同時(shí)，裁彎后下小南村及堤外大片農(nóng)田劃入鎮(zhèn)區(qū)的防洪閉合圈，社會(huì)效益顯著。

（5）拓寬及疏浚是改善河道行洪能力的有效措施，實(shí)施后最高洪水位的降幅可達(dá)1.33 m；而破除青岙段的卡口斷面則是投入小而效益顯著的一項(xiàng)整治措施。

（6）通過(guò)分洪、建閘（泵）及筑堤工程后，鰲江干流及鳳臥溪客水不再進(jìn)入水頭鎮(zhèn)，洪水期間鎮(zhèn)區(qū)將形成獨(dú)立的封閉區(qū)片，僅需通過(guò)泵站將澇水外排，不再對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活產(chǎn)生明顯影響。

綜上，近期治理能夠有效改善鎮(zhèn)區(qū)附近的防洪能力，體現(xiàn)為最高洪水位降低及鎮(zhèn)區(qū)形成防洪閉合圈，社會(huì)效益良好，其中前者效益主要源于沿程河道的拓寬與疏浚，后者依托于鳳臥溪分洪、裁彎工程及相關(guān)堤防閘站形成的客水不入城。但由于下游潮汐頂托，小南橋以下河段的最高洪水位降幅相對(duì)有限。

表2 各方案實(shí)施前后沿程洪水位變幅表 單位：m

圖5 各方案沿程洪水位一覽圖

4.3 遠(yuǎn)期效益分析

遠(yuǎn)期首要考慮的是近期方案中河道拓寬疏浚后的運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題，其次為進(jìn)一步完善防洪閉合圈及配套措施，探索全線(xiàn)筑堤及南湖分洪的可行性，結(jié)果表明：

（1）鰲江干流以海相來(lái)沙為主，筑堤后灘地必然存在回淤，經(jīng)實(shí)測(cè)資料分析，其淤積率為1 ~ 2 cm/d，回淤速率隨著時(shí)間的推延而降低，最終發(fā)展到各自的高潮位附近。為此，也對(duì)近期工程實(shí)施后的回淤影響進(jìn)行分析，回淤程度考慮灘地及拓寬部分回淤至平均高潮位。結(jié)果表明，回淤后青岙村以上洪水位整體呈抬高趨勢(shì)，較近期整治后增幅0.46 ~ 0.75 m，其中麻園大橋至青岙段超過(guò)現(xiàn)狀0.37 ~0.54 m，不利于行洪，再次印證河道疏浚是保障行洪能力的關(guān)鍵措施，因此有必要開(kāi)展常態(tài)化的清淤維護(hù)工作。

（2）龍巖至青岙段右岸以護(hù)坡加固為主，高程至現(xiàn)狀地面6.00 ~ 8.00 m。由于區(qū)片內(nèi)有多個(gè)村莊及學(xué)校等防洪保護(hù)對(duì)象，遠(yuǎn)期考慮取消右岸小南行洪通道，通過(guò)筑堤使干流水體全線(xiàn)歸槽。分析表明，實(shí)施后青岙段以上水位整體呈抬高趨勢(shì)，且主要集中在麻園大橋及以上河段，壅高值為0.25 ~ 0.47 m。

（3）遠(yuǎn)期南湖分洪工程通過(guò)隧洞及渠道的方式直接將水頭鎮(zhèn)上游的洪水引至顯橋以下，從而削減進(jìn)入鎮(zhèn)區(qū)的洪水，規(guī)劃分洪流量700 m3/s。實(shí)施后，小南橋以上河道洪水位降幅可達(dá)0.43 ~ 0.83 m，接近近期綜合治理效果，降幅顯著，該方案效益與鳳臥溪分洪單項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果截然相反，經(jīng)分析其主要原因?yàn)榉趾槌隹谖恢玫牟煌?/p>

5 結(jié) 語(yǔ)

水頭段隸屬鰲江干流中上游的潮流界區(qū)域，受洪潮雙重影響，為防洪能力薄弱區(qū)域。通過(guò)物理模型及大范圍平面二維數(shù)學(xué)模型，對(duì)綜合治理中的多個(gè)單項(xiàng)措施及總體效益開(kāi)展分析。結(jié)果表明，近期階段通過(guò)分洪、裁彎、拓寬疏浚等治理措施，能夠有效提高鎮(zhèn)區(qū)的綜合防洪能力，其中河道拓寬與疏浚工程能夠有效降低鎮(zhèn)區(qū)附近的洪水位，但具回淤風(fēng)險(xiǎn)，需開(kāi)展常態(tài)化的清淤維護(hù)工作；鳳臥溪分洪及裁彎取直工程雖未能降低鎮(zhèn)區(qū)附近鰲江干流河道的最高洪水位，但通過(guò)形成封閉防洪圈，避免客水進(jìn)入鎮(zhèn)區(qū)，從而達(dá)到防洪效果，社會(huì)效益顯著。遠(yuǎn)期則考慮小南段右岸建堤和南湖分洪工程，兩者均能進(jìn)一步改善水頭段的防洪形勢(shì)，前者使右岸區(qū)片形成防洪封閉區(qū)的同時(shí)，導(dǎo)致干流河道的最高洪水位有所壅高，后者則能顯著降低區(qū)域的最高洪水位，為削弱建堤的不利影響，建議可同時(shí)實(shí)施。

因此，在復(fù)雜河道中開(kāi)展防洪治理時(shí)，有必要厘清各整治措施特點(diǎn)，傳統(tǒng)的最高洪水位降幅不一定作為唯一的評(píng)價(jià)分析標(biāo)準(zhǔn)，最終決策的依據(jù)是能否能為當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉa(chǎn)生活提供保障，即形成有效的防洪閉合圈，必要時(shí)可權(quán)衡利弊，多管齊下。