不同暴雨等級下崇明島除澇能力評估

唐迎洲

(上海市水務規劃設計研究院,上海 200232)

不同暴雨等級下崇明島除澇能力評估

唐迎洲

(上海市水務規劃設計研究院,上海 200232)

為支持崇明生態島建設,在現狀崇明島水利控制工程的基礎上,研究選取不同等級暴雨雨型和不同特征潮型的組合對崇明島除澇排水能力進行計算,對預降能力、暴雨期間最高水位以及暴雨后排水時間等參數進行分析,并根據研究結果提出不同等級暴雨預報情況下調整水閘引排模式、預降水位的建議。

崇明生態島;暴雨強度;除澇能力;潮型;生態建設

1 概 述

崇明島地處長江口,三面環江,東臨東海,面積約1267km2。島內地勢平坦,地面高程一般在3.4～4.3m[1](吳淞基面,下同),但局部最低僅有3.0m。島內河網水系基本由人工開挖而成,形成了以環島河(由南橫引河、北橫引河以及團旺河構成)和28條南北向豎河為骨架,連接縱多橫河和泯溝,并與外圍24座水閘(沿長江口南支15座、沿長江口北支9座)共同構成了全島引排水系統(圖1)。

根據發展定位,生態建設是崇明島今后開發的主旋律[2],而獨特的地理位置導致其極易遭受臺風、暴雨、高潮等不利天氣的影響[3-4],生態島的發展定位對崇明島的防洪除澇能力提出了很高要求。為支持生態島建設、分析其除澇能力,筆者選取藍、黃、橙、紅4種顏色標記不同強度暴雨(簡稱“四色”暴雨)[5],并進行計算分析,“四色”暴雨的特征見表1。

2 不同等級暴雨下除澇能力分析

2.1 河網概化

采用數值模型進行計算分析,并采用2007年崇明島河道、水閘、下墊面等相關資料構建了崇明島水系水動力模型。其中概化河段486條(段),節點349個,閘門24座,如圖2所示。

2.2 數值計算基礎條件

a.“四色”暴雨典型雨型的選取。結合表1中“四色”暴雨特征,對崇明島5個雨量站2006—2008年的降雨資料進行統計分析:3年內5座雨量站共有18次降雨符合藍色暴雨特征,其中最大雨強在10～20mm/h,平均值為15.4mm/h;共有6次降雨符合黃色暴雨特征,其中最大雨強在25～30mm/h;共有5次降雨符合橙暴雨特征,其中最大雨強在30mm/h

左右;共有2次降雨符合紅色暴雨特征,但最大雨強差別較大,一次為55.5mm/h,另一次為108.5mm/h。崇明島為平原感潮河網地區,雨強是影響除澇安全的主要因素之一。按照“四色”暴雨危害程度遞增的原則,選取“四色”暴雨的代表雨型(表2)。

圖1 崇明島現狀主要河道及外圍水閘分布

表1 上海市“四色”暴雨特征

圖2 崇明島河道概化

表2 崇明島“四色”暴雨代表雨型情況

b.潮型的選取。為了研究不同潮型下崇明島的除澇能力,筆者除了選取暴雨同步潮型,另外選取了“63.9”和“2006.8大潮期”2個潮型。“63.9”潮型(1963年9月15日同步實測)為上海市除澇標準潮型。該潮型下的低潮位較高,不利于排水,譬如堡鎮站最低潮位高達2.23m。“2006.8大潮期”(2006年8月14日同步實測)潮型為長江枯水年型。該潮型下的低潮位較低,利于排水,譬如堡鎮站最低潮位為0.62m。

c.雨型與潮型的配對方式。高潮滯后雨峰1h,使內河高水位與長江口高潮位相遇。

d.初始水位。考慮到航運、水廠取水等要求,目前崇明島常規水位基本控制在2.6～3.0m,常水位一般為2.8m。取2.8m作為初始水位。

e.預降水位及預降時間。根據相關要求和崇明島實際情況,在藍色預警下島內船舶并不停航,通過多次試算,提出藍色預警下島內面平均預降水位為2.6m;黃色預警下預降水位可以低于2.6m;橙色和紅色預警下島內預降水位為2.3m(該水位為崇明島規劃預降最低水位)。預降時間為暴雨前24h。

f.水閘調度方式。由于崇明島外圍全為節制閘,沒有泵站,結合《上海市防汛防臺應急響應規范》以及近些年暴雨期間崇明島水閘調度方式,筆者提出表3中不同暴雨警報下水閘響應調度方式。

表3 暴雨防汛預警下崇明島水閘響應調度方式

2.3 不同等級暴雨與潮型下崇明島除澇計算分析

2.3.1 藍色暴雨

在藍色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應的調度方式,通過24h的預降,內河面平均水位可以降至2.600m。若暴雨如期發生,則島內河網面平均水位分別達到3.098、3.191和3.160m,詳見表4。除澇水位最高情況發生在“63.9”潮型下,且需要14h才能將全島面平均水位降至3.000m。

表4 藍色暴雨與不同潮型下崇明島預降及除澇最高水位

2.3.2 黃色暴雨

在黃色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應的調度方式,通過24h的預降,內河面平均水位可分別預降至2.574、2.566和2.495m。若暴雨如期發生,則島內河網面平均水位分別達到3.113、3.118和3.054m,詳見表5。除澇水位最高情況發生在“63.9”潮型下,最高水位出現在崇明中部地區,且需要7h才能將全島面平均水位降至3.0m。

表5 黃色暴雨與不同潮型下崇明島預降及除澇最高水位

2.3.3 橙色暴雨

在橙色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應的調度方式,通過24h的預降,內河面平均水位均可預降至2.300m。若暴雨如期發生,則島內河網面平均水位分別達到2.909、3.054和3.035m,詳見表6。除澇水位最高情況發生在“63.9”潮型下,最高水位出現在崇明中部地區,且需要5 h才能將全島面平均水位降至3.0m。

表6 橙色暴雨與不同潮型下崇明島預降及除澇最高水位

2.3.4 紅色暴雨

在紅色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應的調度方式,通過24h的預降,內河面平均水位均可預降至2.300m。若暴雨如期發生,則島內河網面平均水位分別達到3.432、3.604和3.530m,詳見表7。除澇水位最高情況發生在“63.9”潮型下,最高水位出現在崇明中部地區,且需要15h才能將全島面平均水位降至3.0m。

表7 紅色暴雨與不同潮型下崇明島預降及除澇最高水位

2.4 除澇能力評析

a.崇明島排水口門全部為閘門,排水方式是趁潮排水,故潮型成為影響排水能力的最重要因素,尤其是類似于“63.9”的潮型。

b.若全島發生藍色暴雨,局部區域會出現積水情況。為盡可能降低除澇水位,在不調整預降水位的情況下,降雨期間可以適當提高既有排水口門的排水力度或者增加排水口門數量。

c.若全島發生黃色暴雨,局部區域會出現積水情況。為盡可能降低除澇水位,可以根據雨情、潮位情況適當增加排水口門數量,以加大排水能力。

d.發生橙色暴雨時,內河除澇最高水位低于藍色暴雨以及黃色暴雨,原因之一在于橙色暴雨下外圍水閘全部開閘排水,提高了內河排水能力。這說明如果閘群調度合理,崇明島可以抵御橙色暴雨。

e.盡管外圍水閘全部參與排水,但由于紅色雨型下的短歷時暴雨強大過大,導致內河除澇最高水位為3.432～3.604m,島內部分地區出現淹水現象。這說明2.300m的預降水位以及水閘全排的方式尚不足以抵御紅色暴雨。

f.由于崇明島北沿中部水閘尚未建成,中部地區排水能力不足,導致地區除澇水位偏高。

3 說明和建議

a.筆者選取暴雨前24h開始預降內河水位,但限于氣象預報的精度,氣象部門有時只能提前2～3h發布暴雨警報,這導致內河水位無法充分預降,崇明防汛主管部門應根據暴雨和潮位情況,靈活開展閘群調度,并做好防汛預案,盡量降低暴雨所帶來的危害。

b.水安全是確保地區經濟社會發展的重要因素,為做好崇明國際一流生態島建設的支撐,應按照相關規劃積極開展河道達標整治以及外圍水閘的建設,以提高崇明島蓄排水的能力。

[1]陳樂天,王開運,鄒春靜,等.上海市崇明島區生態承載力的空間分異[J].生態學雜志,2009,28(4):734-739.

[2]徐祖信,黃沈發,王敏.崇明島生態建設與環境保護規劃研究[J].上海環境科學,2003,22(3):161-166.

[3]張榮斌.對實現崇明三島防汛聯動的思考[J].城市道橋與防洪,2007,4(4):56-59.

[4]莊怡,應榮弟.崇明島堡鎮站防汛最高潮位設計[J].吉林水利,2010(1):36-39.

[5]程曉陶,李娜,王艷艷,等.防汛預警指標與等級劃分的比較研究[J].中國防汛抗旱,2010(3):26-31.

Evaluation of waterlogging drainage capacity in different rainstorm conditions on Chongming Island

TANG Ying-zhou
(Shanghai Water Planning and Design Research Institute,Shanghai 200232,China)

In order to support the construction of Chongming eco-island,based on the current projects of water control,the waterlogging drainage capacity was calculated with the combinations of different type of rainstorms and tides.The parameterssuch as pre-lowering capacity,the highest water level during rainstorm,draining-time after rainstorm were analyzed.The suggestions of delivery and drainage patterns of sluice gates and pre-lowering water level under different types of rainstormswere proposed according to the calculated results.

Chongming eco-island;rainstorm intensity;waterlogging drainage capacity;type of tides;eco-construction

TV212.5+3

A

1004-6933(2011)03-0042-03

10.3969/j.issn.1004-6933.2011.03.010

上海市科季科技攻關項目(07DZ12051)

唐迎洲(1979—),男,江蘇泰州人,工程師,碩士,主要從事水務規劃設計與水環境數值模擬研究。E-mail:hhutyz@sina.com

(收稿日期:2010-09-26 編輯:徐 娟)