酈宇琦,王春連

1 北京大學建筑與景觀設計學院, 北京 100871 2 北京大學景觀設計學研究院, 北京 100871 3 華盛頓大學城市設計與規(guī)劃學院, 西雅圖 98105 4 北京土人城市規(guī)劃設計股份有限公司, 北京 100080

近一個世紀,全球氣候持續(xù)變暖。在全球變暖背景下,極端天氣事件頻發(fā)[1],引發(fā)了地震、泥石流、旱災、洪災等自然災害,造成巨大的經(jīng)濟損失[2- 3]。在由不同自然災害造成的全球經(jīng)濟損失中,洪災成為困擾人類的首要自然災害[4- 6]。

人類防治洪水災害可采取水利工程和生態(tài)護堤兩種措施。水利工程措施如修筑、加固堤防通常被視作抵御洪水的最終方案,然而,這些防御措施不僅建設成本高、維護費用昂貴[7- 8],并且降低河岸對洪水的自適性能力,使其喪失本應具備的天然防洪能力[9-12]。生態(tài)護堤能夠彌補水利工程產(chǎn)生的諸多生態(tài)、環(huán)境問題,是一種更可持續(xù)的防洪戰(zhàn)略。近期在歐洲的實踐表明,與傳統(tǒng)堤防的防洪效果相比,采取生態(tài)護堤具有更高的可持續(xù)性與成本效益,并具有額外的優(yōu)勢和較少的負作用[9]。又如紐約市構(gòu)建的沿海綠色基礎設施-有生命的防洪堤,能夠在保護或拓寬海灘的同時削弱風浪,降低沿海風暴潮風險,并減少建筑物和基礎設施的破壞[13]。

生態(tài)護堤依據(jù)生態(tài)工法思路,采用天然材料、人工材料或混合材料構(gòu)筑沿河護堤,既能發(fā)揮自然堤岸的生態(tài)系統(tǒng)作用,又能抵御洪水災害、防止堤岸侵蝕[10, 14-15]。生態(tài)護堤依據(jù)河道斷面形式及承接河流類型的不同,可分為立式,斜式和階式[16-17]；或可依據(jù)護堤材質(zhì)的差異,分為自然原式,自然式與人工自然式[18]。在生態(tài)護堤防洪效應方面,國內(nèi)外研究多以定性描述其防洪功能為主,僅少數(shù)學者對生態(tài)護堤相較水泥堤防的防洪效果進行對比研究。在定量對比研究中,Acreman等對現(xiàn)狀河道、經(jīng)恢復河道和渠化河道三種情景進行洪峰削減量的計算,得出相較現(xiàn)狀河道,洪峰在經(jīng)恢復河道內(nèi)削減了10%,而洪峰在渠化河道內(nèi)增加了50%—150%[19]。劉靜[20]研究了河道糙率對河道水位、流速的影響,并分別建立水位、流速與河道糙率的擬合公式。結(jié)果表明,河道內(nèi)植被越密集,糙率越大,植被對流水的阻力越大,水流流速越低、水位越高[20]。定性對比研究方面,僅Temmerman等對沿海傳統(tǒng)工程堤防和生態(tài)護堤分別進行了優(yōu)劣分析與案例綜述,提出沿海建設生態(tài)護堤的可行性與潛在價值[9]。綜上,國內(nèi)外研究多以定性探討生態(tài)護堤類型、防洪效果為主[14,16,18,21],較少定量對比研究不同生態(tài)護堤相較水利工程措施的洪水削減能力。

在生態(tài)護堤的防洪設計實踐方面,位于金華市金華江流域出口的燕尾洲公園打破了公園傳統(tǒng)設計手法,提出以可淹沒的梯田式生態(tài)護堤替代傳統(tǒng)水泥防洪堤方案。這一方案不僅能有效緩解防洪壓力,更使得公園成為兼具防洪功能與休憩娛樂的美麗景觀[22]。

為探究不同設計模式生態(tài)護堤的防洪效應,研究以燕尾洲公園生態(tài)護堤設計手法為依據(jù),選擇以燕尾洲公園所屬金華江流域為研究區(qū),通過單獨或同時改變護堤植被覆蓋、坡度和改造護堤所占面積比例三個護堤設計參數(shù),設計流域尺度不同生態(tài)護堤模式。利用SWAT流域水文模型,模擬研究流域不同生態(tài)護堤模式的流量調(diào)控、洪峰削減與水位調(diào)節(jié)效應。研究深入揭示了護堤模式變化下的洪水響應機制,為流域尺度推廣燕尾洲護堤模式提供理論依據(jù)。同時,在全國探索建設海綿城市、推進河長制背景下,研究河流生態(tài)護堤取代水泥堤防有重要的實踐意義。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究以燕尾洲公園所在流域——金華江流域為研究區(qū)(圖1)。金華江流域位于浙江省最大的金衢盆地東部,流域地勢南北高,中間低,屬于亞熱帶季風氣候,四季分明,雨熱同季,光溫互補[23]。流域降水受地形影響,空間分布不均,年平均降水量1458 mm,年降水量變化范圍1300—2000 mm[24]。流域4—6月和7—9月分別受梅雨和臺風控制,全年存在兩個雨季[25]。流域汛期為5—9月,汛期降水量可達年降水量的55%[26]。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 The study site

燕尾洲公園位于金華市多湖片區(qū)東市街以西,三江國際花園以北,義烏江和武義江匯合處,面積約75萬m2。公園將場地原有的硬質(zhì)駁岸改造為具有不同安全級別的可淹沒的防汛堤,采用梯田形式,并在臺地上種植鄉(xiāng)土植物,從而實現(xiàn)洪水削減與生態(tài)多樣性的恢復[22]。

1.2 SWAT模型與數(shù)據(jù)預處理

SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是由美國農(nóng)業(yè)部(USDA)開發(fā)的新一代分布式流域水文模型。SWAT模型待輸入數(shù)據(jù)包括DEM、土壤類型圖、土地利用類型圖、氣象數(shù)據(jù)(降水、氣溫數(shù)據(jù)等)、水庫出流數(shù)據(jù)(月尺度)等。本研究通過實地調(diào)研、文獻獲取和相關部門數(shù)據(jù)庫查詢等獲取數(shù)據(jù)資料,后用Matlab、ArcGIS等軟件進行預處理,編入數(shù)據(jù)庫。預處理后數(shù)據(jù)如圖2。

圖2 SWAT模型預處理后數(shù)據(jù): (A) 研究區(qū)土地利用類型圖; (B) 研究區(qū)土壤分布圖; (C) 研究區(qū)水文站分布圖; (D) 研究區(qū)子流域劃分圖Fig.2 Preprocessed data in SWAT model: (A) land use map; (B) soil map; (C) hydrographic station distribution map; (D) sub-watershed division map

1.3 模型校正與驗證

SWAT模型在初次運行完畢后,需要對模型進行校正與驗證。本文在SWAT-CUP模型中,利用拉丁超立方體抽樣和多元回歸方法進行SWAT模型參數(shù)敏感性分析,并利用金華站和對家地站的實測月流量數(shù)據(jù),對模型進行參數(shù)率定與模型校準。選取納什系數(shù)NS(Nash-Sutcliffe efficiency)和偏差百分比(PBIAS)兩個指標來評價模型的適用性,相關研究認為NS>0.5、|PBIAS|<25%時模擬結(jié)果良好[27-28]。模型校正期與驗證期結(jié)果見表1和圖3。

表1 模型校正期與驗證期評價結(jié)果對比

圖3 水文站月徑流量實測值與模擬值對比圖Fig.3 Comparison of observed and simulated monthly flow in two hydrological station

由表1和圖3可知,模型校正期、驗證期NS系數(shù)均大于0.65,PBIAS絕對值均小于25%(表1),模型驗證期模擬值與實測值吻合度高(圖3),模型模擬效果很好,可被用于情景模擬。

2 生態(tài)護堤模式設計及模型模擬

2.1 燕尾洲公園生態(tài)護堤設計模式

燕尾洲公園位于東陽江和武義江的交匯之處,占地面積約為75萬m2。生態(tài)護堤將原有水泥堤防拆除,替以梯田式生態(tài)護堤,減緩護堤坡度的同時,于梯田臺地上種植鄉(xiāng)土植物(池衫、水杉、吉祥草等),將護堤改造為可被洪水淹沒的梯田種植帶,實現(xiàn)與洪水為友的彈性防洪。這一生態(tài)護堤模式不但能夠增加行洪斷面、緩解對岸城市一側(cè)的防洪壓力,同時滿足了人們的日常休閑活動和對景觀美的需求。

燕尾洲公園的生態(tài)護堤模式包括以下兩類：1)護堤材質(zhì)由水泥改為梯田種植帶,2)護堤形態(tài)由直壁改為梯田式緩坡。前者包括拆除水泥堤防,種植鄉(xiāng)土植物,修復河堤自然生境,建立群落層次；后者指減緩護堤坡度,改斜式堤防為階梯式。公園生態(tài)護堤改造概念圖如圖4所示。

圖4 公園生態(tài)護堤改造概念圖Fig.4 The conceptual graphic of Yanweizhou Ecological Embankment

2.2 流域尺度生態(tài)護堤模式設計

以燕尾洲公園生態(tài)護堤設計模式為參照(圖4),通過單獨或同時改變護堤植被覆蓋、坡度和改造護堤所占面積比例3個護堤設計參數(shù),設計流域尺度不同生態(tài)護堤模式。研究提取河道覆被參數(shù)(C)、河道形態(tài)參數(shù)(S)和面積比例參數(shù)(A)三組參數(shù)進行護堤模式設計與情景模擬。

2.2.1河道覆被參數(shù)設定

生態(tài)護堤與水泥堤防在植被覆蓋度、土壤下滲性能上均存在明顯差異。研究選取河道覆被參數(shù)(C)——主河道曼寧系數(shù)與主河道有效水力傳導率兩個參數(shù),共同表達不同護堤的植被覆蓋差異。

主河道曼寧系數(shù)(又名糙率)是當河道內(nèi)的水通過過流邊界表面時所受的綜合阻力[20]。不同表面的曼寧系數(shù)值可通過查閱美國霍爾頓編制的河渠與天然河道糙率表[29]獲得。參照糙率表,結(jié)合燕尾洲生態(tài)護堤植被類型,與SWAT用戶手冊建議曼寧系數(shù)取值范圍[30],設定研究流域曼寧系數(shù)取值。選取0.014(模型默認值)作為水泥堤防的曼寧系數(shù)值,0.050(植被稀疏,伴以拋石)作為植被覆蓋率低的生態(tài)護堤曼寧系數(shù)值,0.100(植被茂密,伴以拋石)作為植被覆蓋率高的生態(tài)護堤曼寧系數(shù)值。

主河道有效水力傳導率指單位水力梯度下,單位時間內(nèi)流經(jīng)單位面積土壤剖面的水量,反映土壤下滲性能。參考SWAT用戶手冊中主河道有效水力傳導率取值范圍[30],可得研究區(qū)14種土壤對應有效水力傳導率值。

2.2.2河道形態(tài)參數(shù)設定

燕尾洲公園將原本硬質(zhì)堤防拆除,以緩坡梯田式生態(tài)護堤替代,河道岸線后退,坡度減緩。研究沿用燕尾洲生態(tài)護堤設計思路,改變河道斷面形態(tài),設定河道形態(tài)參數(shù)(S)。研究選取3個坡度梯級：90°(垂直護堤),45°(高坡護堤),和18°(緩坡護堤)進行情景模擬。

在確定護堤坡度后,需要相應在SWAT模型中調(diào)整該坡度下河道溢出時齊岸寬度。在護堤坡度為90°時,河道溢出時齊岸寬度等于河底寬度；坡度為45°時,河道溢出時齊岸寬度=河底寬度+2×河道深度；坡度為18°時,河道溢出時齊岸寬度=河底寬度+2×3×河道深度。

2.2.3面積比例參數(shù)設定

研究同時考慮上述河道覆被因子、形態(tài)因子在不同空間尺度上的應用效果。換言之,研究設定面積比例參數(shù)(A),在東陽江、武義江的32個子流域中,從上游至下游逐步增加參與生態(tài)護堤情景模擬的子流域個數(shù),兩條江同步開始增加。A取值為1—16。A值每增加1，代表兩條江上各有1個子流域進行生態(tài)護堤改造。A=16代表兩條江32個子流域全部完成生態(tài)護堤改造。

2.2.4護堤模式設計小結(jié)

考慮原始情景與三組因子(C、S、A)的單一及組合效果,設計不同生態(tài)護堤模擬情景共計129種(如表2)。在SWAT模型中,在流域尺度,對每種生態(tài)護堤情景進行水文過程模擬,模擬次數(shù)共計129次。結(jié)合燕尾洲建成時間(2014年5月),與所獲氣象資料(日尺度,截止至2016年12月31日),研究設定情景模擬時間為2012年1月1日—2016年12月31日,模擬精度為日。

3 流域尺度燕尾洲不同護堤模式防洪效應

3.1 不同護堤模式流量過程分析

研究以初始情景(垂直水泥堤防模式)作為基準情景,在此基礎上改變參數(shù)C、S和A進行2012—2016年日流量過程模擬。模擬方案共計129種。按照表2,將除初始情景0之外的128種情景,每16種情景分為一組,共計8組,分別對應于參數(shù)A由小至大變化下：情景1—16:只改變參數(shù)C,植被稀疏,伴以拋石；情景17—32:只改變參數(shù)C,植被茂密,伴以拋石；情景33—48:只改變參數(shù)S,45°坡度；情景49—64:只改變參數(shù)S,18°坡度；情景65—80:同時改變參數(shù)C、S,45°坡度,稀疏生態(tài)護堤,伴以拋石；情景81—96:同時改變參數(shù)C、S,45°坡度,茂密生態(tài)護堤,伴以拋石；情景97—112:同時改變參數(shù)C、S,18°坡度,稀疏生態(tài)護堤,伴以拋石；情景113—128:同時改變參數(shù)C、S,18°坡度,茂密生態(tài)護堤,伴以拋石。加之初始情景,9種生態(tài)護堤模式設計下的流量過程線見圖5。

由圖5可知,a為初始情景,b—f為在某種C、S設定值下,由小至大改變參數(shù)A取值時,流域出口斷面的流量。b—f中曲線簇的最低流量過程線代表A取值最小時的日尺度流量過程線；曲線簇的最高流量過程線代表A取值最大(即所有子流域均參與生態(tài)護堤改造)的日尺度流量。圖中陰影面積代表在退水過程中,A的不同取值對同場降水的洪峰削減。由圖5可明顯看出在A取值變化下,退水曲線變化對河流水量的影響：生態(tài)護堤相較水泥堤防而言,能夠減小洪峰流量,增加退水過程時洪水流量,從而使洪水過程線更平緩。對于初始情景(水泥垂直堤防模式,圖5a),五年日尺度最大洪峰流量發(fā)生于2013年10月,接近5a一遇最大洪量；在只改變參數(shù)C,A取最大值時,隨著主河道曼寧系數(shù)由0.050(圖5b)增加至0.100(圖5c),退水過程時的流量增加值由67.96 m3/s增加至83.70 m3/s,五年最大洪峰削減率由70%增至87%。植被覆蓋率越高(C值越大),洪水過程線越平緩；在只改變參數(shù)S,A取最大值時,隨著護堤坡度由90°減為45°(圖5d)和18°(圖5e),流量過程線與初始情景一致,退水過程流量和洪峰流量未發(fā)生明顯改變。說明改變參數(shù)S對河道洪峰流量與洪水過程線均無明顯影響。

同時改變參數(shù)C與S,A取最大值,逐漸增大C值(增大植被覆蓋率)：曼寧系數(shù)由初始情景0.014逐漸增為0.050(圖5f,h)和0.100(圖5g,i)時,退水過程時的流量增加值明顯增加約15 m3/s,退水過程平均流量增加值變化率介于19.27%—23.16%。結(jié)果顯示對于退水過程流量的增加,兩組參數(shù)同時改變較單獨改變某一組參數(shù)的效果更明顯。其中以退水過程平均流量增加值為評價指標,在控制S一定,逐漸增大C值,參數(shù)C對退水過程增加的貢獻率在97%以上,且在S取1時減小(99.88%→99.52%),在S取3時增大(97.80%→99.02%)。

表2 研究區(qū)不同護堤模式情景設定

CH_N：主河道曼寧系數(shù) Manning′s "n" value for the main channel；CH_K：主河道有效水力傳導率 Effective hydraulic conductivity in main channel alluvium；CH_SIDE：護堤坡度 Channel Side Slope；CH_W：河道溢出時齊岸寬度 Average width of main channel at top of bank

圖5 研究流域9組情景日尺度流量過程線(2012—2016年)Fig.5 The daily flow hydrography of 9 scenarios in 2012—2016a):初始情景；b):情景1—16；c):情景17—32；d):情景33—48；e):情景49—64；f):情景65—80；g):情景81—96；h):情景97—112；i):情景113—128

同時改變參數(shù)C與S,A取最大值,逐漸增大S值(減緩護堤坡度)：坡度由垂直90°,逐漸變?yōu)槎钙?5°(圖5f,g)和緩坡18°(圖5h,i)時,退水過程流量增加值變化率介于0.08%—2.2%,變化率不如逐漸增大C值時的退水過程流量增加值的變化效果明顯。以退水過程平均流量增加值為評價指標,在控制C一定,逐漸增大S時,參數(shù)C對退水過程增加的貢獻率在97%以上,但逐漸減小(99.88%→97.80%；99.52%→99.02%)。

3.2 不同護堤模式洪峰削減

研究繪制8組情景洪峰流量箱線圖(圖6)和洪峰流量削減表(表3)。圖6中每個子圖的第一列為初始情景。

圖6 研究流域8組情景洪峰流量箱線圖Fig.6 The flood peak discharge of 8 groups in study area a):情景1—16；b):情景17—32；c):情景33—48；d):情景49—64；e):情景65—80；f):情景81—96；g):情景97—112；h):情景113—128；橫坐標中，0為初始情景，1-16為A取不同值

由圖6和表3可知,在單獨改變參數(shù)C、S,或組合改變C與S情況下,逐漸增大A值,洪峰流量逐漸降低,年變化范圍逐漸減小,當流域內(nèi)全部采用燕尾洲梯田式生態(tài)護堤時,洪峰削減率最大可達53%—63%。參數(shù)貢獻率分析表明,流域范圍內(nèi)全部以生態(tài)護堤替代水泥堤防時,河道覆被參數(shù)對年最大一日洪峰削減率的貢獻率在84%以上,且隨植被覆蓋率增大、坡度減緩而減小。

對于圖6a—d：(1)只改變參數(shù)C時,隨著主河道曼寧系數(shù)由0.050(圖6a)增加至0.100(圖6b),洪峰年最大削減率分別為55%和53%,均在50%以上,C的不同取值對應年最大洪峰削減值較為接近(2%以內(nèi))；中間模式(6—14)年平均洪峰削減量增大,但全年50%洪峰流量(四分位距內(nèi))變化幅度增加,河道調(diào)蓄能力增大,不穩(wěn)定性同時增加。在只改變參數(shù)C,A取最大值時,河道調(diào)蓄能力增強,且能夠在相同雨強下,將流域洪峰流量變化范圍嚴格控制在1550 m3/s以內(nèi)。(2)在只改變參數(shù)S時,隨著護堤坡度由90°減為45°(圖6c)和18°(圖6d),洪峰流量未發(fā)生明顯改變,故改變水泥堤防坡度對河道洪峰流量削減無明顯作用。

對于圖6e—h：(1)在同時改變參數(shù)C與S,曼寧系數(shù)由初始情景0.014逐漸增為0.050(圖6e,g)和0.100(圖6f,h)時,結(jié)果顯示,除C=0.014時洪峰流量未有明顯削減,C取值為0.050和0.100時,洪峰流量變化趨勢相同,對應年最大洪峰流量削減率分別為58%、57%(CH_SIDE=1),和61%、63%(CH_SIDE=3)?？梢奡取值一定,逐漸增大C時(C≠0.014),年最大洪峰削減率在2%范圍內(nèi)波動,但均在57%以上。(2)在同時改變參數(shù)C與S,坡度由垂直90°逐漸變?yōu)槎钙?5°(圖6e,f)和緩坡18°(圖6g,h)時,洪峰流量變化趨勢相同,對應年最大洪峰流量削減率分別為55%、58%、61%(CH_N=0.050),和53%、57%、63%(CH_N=0.100)?？梢奀取值一定,逐漸增大S時,年最大洪峰削減率逐漸增大,且均在50%以上。

若考慮生態(tài)護堤改造成本,則可根據(jù)所需洪峰削減率目標值或洪峰流量設定值,參考表3,減少被改造護堤數(shù)量。

表3 不同護堤設計情景下洪峰削減表

3.3 不同護堤模式洪水水位調(diào)節(jié)

研究進一步利用金華江洪峰流量—水位擬合公式,計算129種不同生態(tài)護堤情景下流域出口水位。研究區(qū)流域出口斷面的洪峰流量—水位經(jīng)驗擬合公式如下[31]：

H=35.6888+0.0006F

式中,H為水位(m),F為洪峰流量(m3/s)。根據(jù)識別后洪峰流量值,參照上述公式,計算不同情景下流域出口最高水位。研究時段選取洪水頻發(fā)的汛期(5—9月),可得汛期洪峰流量對應最高水位(表4)。

表4 情景1—128汛期最高水位表

由表4可知,在初始情景下,流域出口斷面洪峰水位最大值為37.64 m,大于金華站危急水位37.00 m[32]。當以生態(tài)護堤逐步替代水泥堤防時,流域出口洪峰水位最大值可減小至36.42 m,小于危急水位。

4 討論

4.1 生態(tài)護堤較水泥堤防的洪水削減優(yōu)勢

洪水退水過程時流量計算結(jié)果表明,在研究流域內(nèi)利用生態(tài)護堤代替水泥堤防,洪水過程線更為平緩(圖5b,c,f—i),經(jīng)生態(tài)護堤處理過的洪峰流量較水泥堤防更低。隨著流域范圍內(nèi)全部以生態(tài)護堤替代水泥堤防,日尺度退水過程的洪水流量增加值介于67.96—83.70 m3/s,即生態(tài)護堤能在洪水退水過程時蓄積更多雨水,從而利于修復自然生境,恢復河堤自然系統(tǒng)。此外,河道覆被參數(shù)(C)對退水過程平均流量增加值的貢獻率在97%以上,調(diào)節(jié)該參數(shù)對控制退水過程更為有效。

洪水流量削減結(jié)果表明,在流域內(nèi)沿用燕尾洲生態(tài)護堤模式代替水泥堤防,可顯著削減年最大一日洪峰流量。在研究流域內(nèi),相較水泥堤防,采用生態(tài)護堤的洪峰削減率最高可達63%,說明燕尾洲公園護堤模式較水泥堤防有極好的洪水削減作用。Acreman等人的研究結(jié)果也表明,相較生態(tài)護堤,洪峰在渠化河道內(nèi)增加了50%—150%[19]。本研究結(jié)果與Acreman等人的研究結(jié)果相似。此外,流域范圍內(nèi)全部以生態(tài)護堤替代水泥堤防時,河道覆被參數(shù)(C)對年最大一日洪峰削減率的貢獻率最高,可達84%,且隨植被覆蓋率增大、坡度減緩而減小。因此,可通過調(diào)控C參數(shù)來顯著減小流域洪峰流量。

圖7 不同情景下燕尾洲公園淹沒范圍圖 Fig.7 The submerged area of Yanweizhou Park under 129 scenarios

4.2 汛期燕尾洲公園水位調(diào)節(jié)驗證

在獲得129種護堤情景下的汛期流域最高水位后,研究參考燕尾洲生態(tài)護堤的DEM,結(jié)合模擬水位結(jié)果,繪制以生態(tài)護堤替代水泥堤防的水位調(diào)控效果。燕尾洲公園位于流域出口,其在不同情景下的淹沒范圍可由研究流域出口水位估算得出。不同情景下燕尾洲公園(即流域出口)淹沒范圍如圖7所示。

如圖7,以燕尾洲公園紅線為邊界,其內(nèi)淹沒區(qū)可分為三類：(1)一級淹沒區(qū)：該區(qū)域會被所有情景下研究時段內(nèi)最大洪水淹沒。表明公園生態(tài)護堤及內(nèi)部場地在所有情景的最大洪峰下均保持完好,僅洲頭濕地被淹沒；(2)二級淹沒區(qū)：該區(qū)域會被108種情景下研究時段內(nèi)最大洪水淹沒。此時僅有第四層梯田和洲頭被淹沒,內(nèi)部場地和其余梯田臺地保持完好；(3)三級淹沒區(qū)：該區(qū)域在所有情景下均不會被淹沒。即護堤第三級以上及所圍合中心區(qū)在所有情景下均不會被淹沒。該結(jié)果表明,燕尾洲公園生態(tài)護堤能夠成功抵御模擬年份內(nèi)所有場次洪水,且能夠有效避免河道的硬化和白化,具有較強的推廣應用價值。

5 結(jié)論

本研究以金華江流域為研究區(qū),以燕尾洲公園生態(tài)護堤設計模式為典型,自行設計流域不同生態(tài)護堤模式,運用SWAT模型模擬不同護堤模式下退水過程的流量改變、洪峰削減與水位調(diào)節(jié)效果。研究結(jié)果表明,利用生態(tài)護堤代替水泥堤防,洪水過程線更為平緩,流域內(nèi)年最大一日洪峰削減率最高可達63%,燕尾洲公園生態(tài)護堤模式較水泥堤防有良好的洪水削減作用。在未來研究中,如何模擬燕尾洲護堤形態(tài)外其他護堤模式的流域防洪效應,需要進一步探討。這方面的研究成果將為“生態(tài)治水”和“國土海綿”建設提供科學依據(jù)[33,34]。