上海市浦南西片防洪研究

石正寶

（上海市水利工程設計研究院有限公司，上海市 200061）

0 引言

太湖流域分湖西區、浙西區、太湖區、武澄錫虞區、陽澄淀泖區、杭嘉湖區、浦西區和浦東區八個水利分區。上海市境內劃分成浦南西片等14個水利控制片。太湖流域杭嘉湖區上海片即為上海市浦南西片，浦南西片總面積293 km2；片內流域分洪河道42條，其中金山區33條，松江區16條，青浦區2條，公共河道9條；河道總長202 km，堤防總長380 km。

1 防洪現狀分析

1.1 上海片防洪現狀

浦南西片地面高程全市最低，一般為2.2～3.5 m，最低處不到2.0 m。區域內河道寬闊，河網密布，主要河道有大泖港、掘石港、惠高涇、六里塘、茹塘、斜塘港、七仙涇、小泖港、胥浦塘、秀州塘、大茫塘等。浦南西片骨干河道防洪及除澇工程基本上是在1996—2000年間上海西部地區防洪除澇配套和2001—2004年間低洼圩區達標項目中實施建成，為確保區域防洪除澇安全起到了重要作用。防洪堤線涉及319座支河水閘，水閘主要建于20世紀90年代，且以單孔4 m的水閘為主。上海片的現狀防洪標準為5～10年一遇。大泖港、茹塘先后在2008年、2011年實施了應急除險加固工程，加固設計標準均為50年一遇防洪標準，堤頂高程為5.24 m。

防洪工程存在的主要問題有以下五個方面：

（1）沿線堤防防洪標準低，嚴重危及區域人民生命財產安全。

（2）現狀堤防結構單薄，部分岸段損壞較為嚴重。

（3）河道河槽以沖刷為主，部分河道岸段深泓逼岸，危及河道邊坡穩定。

（4）支河口水閘擋水高度不足，防洪標準低。

（5）缺少防汛道路，堤防巡查、抗洪搶險不便。

2 防洪標準研究

2.1 防洪保護范圍

防洪保護區主要為城市圩區和農村圩區，共35個，圩區土地面積229 km2，耕地面積28萬畝，分布人口18萬人。防護區內分布有金山區的楓涇鎮、朱涇鎮以及松江區的新浜鎮、泖港鎮政府所在地，并有滬杭鐵路、滬杭高速（A8）、G320國道、A30高速、A6高速、A7高速等穿過。

2.2 防洪標準

2.2.1 流域與區域防洪標準

近期（2015年）“流域能防御不同降雨典型的50年一遇洪水”，“區域防洪標準由10～20年一遇提高到20～50年一遇”；遠期（2025年）“流域達到防御不同降雨典型100年一遇的洪水標準”；“除山丘區等部分區域以外，有條件的區域達到防御50年一遇洪水標準”。

2.2.2 該工程防洪標準

2.2.2.1 浦南西片河道行洪標準

防御流域不同降雨典型100年一遇洪水和杭嘉湖區50年一遇洪水。

2.2.2.2 圩堤的防洪標準

鎮區聯圩或鎮區所在地防護堤防，由于常住人口小于20萬人，城鎮等級為Ⅳ級，防洪標準為50年重現期；其余圩堤由于所在圩區的人口小于20萬人，耕地面積小于30萬畝，鄉村防護等級為Ⅳ級，防洪標準為20年重現期。但該工程位于現代化國際大都市上海市的金山區、松江區內，工程區內社會經濟較為發達，且發展較快，采用20年重現期僅相當于上海市其他內河的設防標準，與該地區社會經濟發展不相稱，不利于地區發展和社會穩定，宜適當提高，故統一為50年重現期。

3 防洪水位研究

3.1 設計暴雨

《太湖流域防洪規劃》選取了1954年、1991年和1999年作為設計暴雨典型年，研究提出了流域不同降雨典型50年一遇及100年一遇設計洪水?！?9南部”型暴雨過程基本保持了1999年實況降雨的時空分布特性，按全流域面平均最大30 d、60 d和90 d降雨量分時段與南部降雨中心區域相應時段設計降雨量進行同頻率控制，其他分區為相應降雨過程按實況縮放，對流域下游地區，尤其是陽澄淀泖區、杭嘉湖區的防洪壓力都相對較大?！短饔蚍篮橐巹潯?00年一遇不同設計雨型的水利計算成果，“99南部”設計雨型太湖及淀山湖上下游地區的嘉興和米市渡水位均為最高。因此采用該設計雨型計算得到的相關水位、流量等對于下游地區的工程安全相對更有保障。本文選用“99南部”型100年一遇設計暴雨作為設計暴雨?！逗技魏貐^防洪規劃》《太湖流域防洪規劃》關于杭嘉湖區不同重現期雨量詳見表1。區域50年一遇暴雨與流域100年一遇暴雨基本接近。

表1 杭嘉湖區不同頻率暴雨對比表

3.2 設計洪水

《杭嘉湖地區防洪規劃》《太湖流域防洪規劃》關于杭嘉湖區不同重現期洪水詳見表2。區域規劃與流域規劃（“99南部”型）關于杭嘉湖區洪水量相差12%～22%。

規劃工況下，遇“99南部”型100年一遇設計洪水，造峰期（6月7日—7月6日）浙江省入上海市水量為7.86億m3。根據杭嘉湖區五項工程可研復核成果，在杭嘉湖區可研工程布局情況下，遇“99南部”型100年一遇設計洪水，造峰期（6月7日—7月6日）浙江省入上海市水量為7.18億m3。

表2 杭嘉湖區不同頻率洪水對比表

3.3 設計洪水位

3.3.1 潮位頻率分析

該地區高水位受上游洪水和下游潮汐雙重作用，根據多年實測資料分析，年最高水位多發生在風暴潮期間。根據浦南西片水位站多年的實測資料統計分析，該區域歷年最高潮位為4.48 m，出現于2013年10月8日，由2013年第23號熱帶風暴“菲特”引起。該區域歷年次高潮位為4.28 m，出現于2005年8月7日，由2005年第9號熱帶風暴“麥莎”引起。經頻率計算，泖港站50年、100年一遇最高水位分別為4.25 m、4.39 m；洙涇站50年、100年一遇最高水位分別為4.15 m、4.27 m；邱移廟站50年、100年一遇最高水位分別為3.91 m、4.02 m；楓圍站50年、100年一遇最高水位分別為3.92 m、4.04 m。

3.3.2 設計高潮位

實測資料反映了洪水和潮汐的雙重作用，較單一的洪水計算或風暴潮影響能反映更多的復雜因素，頻率水位是一個能較為全面體現自然不確定性的特征參數，相對也更安全，因此設計水位采用頻率統計成果。根據河道和水文站的相對位置，按“就近、安全”的原則，對頻率成果進行插值計算，求得浦南西片河道防洪設計水位。各河段不同頻率高水位見表3。

表3 杭嘉湖區上海片部分河道不同頻率水位成果表

4 防洪工程總體方案研究

4.1 方案特性

基于加堤與疏河的不同方法，提出兩種防洪總體方案，在整個太湖流域范圍內，分析不同方案各主要節點的水位、流域與區域的進出水量以及對流域與區域防洪排澇的影響，為防洪工程總體方案提供決策依據。

方案一：固堤方案。僅通過加高培厚堤防、新建防汛墻來抵御洪水、風浪與船行波，保護圩區和城鎮以及重要設施安全。

方案二：固堤+疏河方案。對河底高程相對較高的河道（段）適當疏浚，以期望減少阻水、降低水位，同時加高培厚堤防、新建防汛墻抵御洪水、風浪與船行波，保護圩區和城鎮以及重要設施安全。浦南西片河道從西南部向東北部輸水為主，因此疏浚方案主要考慮對西南部底高程較高的河道浚深至-2.0 m高程，疏浚河道包括張文蕩、潮里涇、施家庵港、范塘、后沙港、黃良浦港、三里塘、秀州塘八條。

4.2 論證方法

根據《太湖流域防洪規劃》提出的流域防洪標準和規劃工程布局，用太湖流域一維河網水動力學模型，考慮工程實施安排的各種可能性，設計流域其他工程與浦南西片河道整治工程不同組合工況，分析浦南西片不同防洪工程方案對流域及工程上下游相關區域的作用與影響。太湖流域河網（湖泊）概化情況如圖1所示。

圖1 太湖流域河網（湖泊）概化圖

考慮該工程與流域內其他規劃工程先后實施的可能性，該研究擬定了四種計算組合，詳見表4。其中流域內其他工程，現狀工況指一輪治理完成后的工況；規劃工況指防洪規劃、水資源綜合規劃、綜合規劃等提出的流域綜合治理骨干工程實施后的工況。組合1、3采用防洪規劃現狀調度，組合2、4采用防洪規劃規劃調度。

表4 計算組合列表

4.3 節點水位推求

流域規劃工程實施后，遇流域“99南部”型100年一遇設計洪水，浦南西片河道最高瞬時水位見表5?！肮痰?疏河方案”與“固堤方案”相比，骨干河道瞬時水位大部分相同，個別河道最高瞬時水位降低1.0 cm。

4.4 論證結果

（1）規劃工況條件下，與流域防洪規劃要求相比，大泖港及上游河道疏浚工程實施前后，造峰期浙江省入上海市水量較杭嘉湖區可研工程布局條件下略有增大，滿足流域防洪規劃要求。

（2）浦南西片部分河道疏浚工程對流域防洪除澇影響極小。

（3）浦南西片河道疏浚工程在流域現狀及規劃工況下對杭嘉湖區防洪除澇的影響不一致，但效果均并不明顯；對流域其他地區基本沒有影響。

（4）浦南西片河道疏浚工程可增強工程區域河道輸水能力，但上游來水增加對疏浚段下游部分區域防洪除澇有一定影響。

表5 杭嘉湖區上海片部分河道100年一遇最高瞬時水位表

4.5 總體方案推薦

工程位于平原區，設計洪水經黃浦江匯入東海，受潮水位頂托，區域各節點的水位變幅不大。加高加固堤防+局部疏河方案對太湖流域、杭嘉湖區及浦南西片相關河道有一定程度的作用或影響，但影響程度均極小，局部疏河后工程范圍內的河道堤防仍需進行基本同樣程度的加高，并且疏浚河段下游個別河道水位還略有升高。因此疏浚河道對降低設計洪水位與設計堤頂高程幾乎無作用，推薦采用單一的加高加固堤防方案。

5 防洪高程

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286—2013），設計堤頂高程應按設計洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高包括設計波浪爬高、設計風壅增水高度和安全加高。

浦南西片河道堤防防洪標準為50年一遇，建筑物級別為2級，安全加高值按堤頂允許越浪考慮取0.4 m。

根據各河道寬度和深度，分別計算相應的風區長度和水深。設計風速與設計水位同頻率，即采用重現期為50年的年最大風速，選用上海市金山氣象站風速資料。

在保證防洪安全與經濟合理的前提下，分段統一浦南西片流域泄洪通道堤頂高程，設計堤頂高程對計算堤頂高程保留一位小數，且計算堤頂高程第二位小數數字為非零時，向前進一。部分河道堤防防洪高程詳見表6。

表6 部分河道堤防防洪高程表

6 結語

（1）目前，浦南西片除大泖港、茹塘、小泖港、秀州塘、六里塘堤防防洪標準達到50年一遇外，其余均為5～10年一遇。

（2）大泖港及上游開敞河道行洪標準為防御流域不同降雨典型100年一遇洪水和杭嘉湖區50年一遇洪水。堤防的防洪標準為50年一遇。

（3）疏浚河道對降低設計洪水位幾乎無作用，本文推薦采用單一的加高加固堤防方案。

（4）針對“菲特”臺風期間出現的新水情，再次研究確定設計高潮位、設計防洪高程，浦南西片開敞式河道防洪水位由潮位控制，50年一遇水位為4.01～4.44 m。浦南西片行洪河道堤防設計防洪高程為4.70～5.45 m。