杭嘉湖平原河網地區防洪形勢分析及對策研究

徐天奕，劉克強，單玉書，何 爽

(太湖流域管理局水利發展研究中心，上海 200434)

杭嘉湖區地處太湖流域南部平原河網區域，是太湖流域的重要組成部分[1]。近年來，隨著杭嘉湖地區經濟發展，城市化進程快速，下墊面較《太湖流域防洪規劃》編制時采用的土地利用條件變化顯著[2]。近年來，杭嘉湖區開展了圩區整治工程建設，圩區面積增加導致圩外水面率的降低，降低了河網洪水調蓄能力，加大了區域防洪壓力[3]。為此，有必要深入研究杭嘉湖區的防洪形勢，構建適合杭嘉湖區的水文水動力學模型，模擬分析土地利用變化對杭嘉湖區洪澇特性影響，制定滿足杭嘉湖區防洪要求治理方案，保障地區地區經濟社會的可持續發展。

1 水文水動力學模型

1.1 降雨徑流模型

本次杭嘉湖研究區面積為7 436.1 km2，下墊面分為旱地、水面、水田、建設用地4大類。針對4類下墊面特征，采用不同的產流機制模擬杭嘉湖區降雨徑流。

(1)水域產流。水域產流量根據水量平衡方程由降雨扣除水面蒸發可得。

(2)水田產流。水田產流過程按作物生長期的需水、水稻田適宜水深、耐淹水深及水稻灌排模式得出。為減小水田在生長期集中引水或排水導致計算水位波動，采用平均適宜水深和排澇能力上限。在無雨日，需從河道提水灌溉以抵消水田蒸散發量，保持水田的平均適宜水深；在有雨日，當水田超過耐淹水深時以排澇能力為上限排水。

(3)旱地及非耕地產流。杭嘉湖地區雨量豐沛，屬典型的濕潤地區，降雨形成徑流的條件主要是降雨量超過土壤缺水量而產生徑流量，這種降雨徑流的特點適合采用蓄滿產流模型來計算降雨產生的徑流。因此，本次研究旱地及非耕地產流采用三層蒸發三水源新安江蓄滿產流模型進行計算[4]。

(4)城鎮產流。城鎮下墊面分為透水和不透水2類面積進行產流計算。透水面積主要是城鎮綠化帶，根據霍頓下滲公式[5]采用超滲產流模式計算[6]；不透水面積包括道路、廣場、屋頂等，產流即等于有效降雨。

1.2 平原河網水流模擬

平原河網水流模擬采用太湖流域河網水動力模型Hohy2[7]，Hohy2采用圣維南方程組模擬太湖流域一維河網非恒定流水流運動情況，并經過專家認可是太湖流域平原河網區最佳的水文水動力模型。Hohy2根據太湖流域平原河網的特點，將流域內影響水流運動的因素分別以零維模型(湖、蕩、圩等零維調蓄節點)、一維模型(一維河道)和聯系要素(堰、閘、泵控制建筑物等)3類要素進行模擬。

本次研究在太湖流域河網模型基礎上，對杭嘉湖區河網進行了局部加密。河道斷面依據近年來的河道實測資料根據高水位時過流能力相近的原則概化為棱柱形。經統計，總計概化杭嘉湖區河段數764個，河道總長3 089.7 km，入杭州灣閘站9座。河網概化見圖1。

圖1 河網概化Fig.1 Generalized graph of river network

2 防洪形勢分析

21世紀以來，隨著城市化進程加速，杭嘉湖區不透水面積大幅增加，水域面積總體減少。杭嘉湖區水田和水面面積大幅減少，較2005年分別減少了44%和25%；建設用地迅速增加，較2005年增加了33%[8]。土地利用的變化導致河網行洪排澇壓力增大，加劇了洪水位易漲難消的矛盾[9]。

此外，根據《杭嘉湖區圩區整治規劃》、《浙江省杭嘉湖區圩區整治十三五規劃》等安排，圩區治理進程加快，據統計杭嘉湖圩區已達1 622座，圩區率為62.4%[8]。圩區建設、聯圩并圩導致圩外可調蓄水面積減少，洪水調蓄能力降低，圩區排澇動力的快速增長，圩外河道洪水位上漲幅度加大。

為了分析杭嘉湖區洪澇特性的變化，采用太湖流域規劃報告的“99南部型”100 a一遇設計暴雨，模擬計算了現狀土地利用和水利工程情況下的杭嘉湖區洪水位，結果見表2。與太湖流域防洪規劃杭嘉湖區2005年工況的結果對比表明，在現狀土地利用和工況條件下，遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇設計暴雨時，杭嘉湖區平原河網代表性水位站最高洪水位將上漲7～29 cm，總體已經不能滿足杭嘉湖區防洪要求。

表1 不同工況條件下主要代表站最高水位變化 m

3 防洪對策及模擬分析

基于杭嘉湖區嚴峻的防洪形勢，可能的治理措施包括3個方面，第1類措施是加強海綿城市建設[10]，增加城市地區地面下滲和河湖調蓄能力，可以有效降低洪水位，但這是一個較為長期任務；第2類措施是退圩還河，減少圩區面積，增加圩外河網水面積，恢復自然的生態排洪體系，但這項措施涉及眾多問題，在短期內目前難以實現，需制定長遠的科學規劃；第3類措施是通過水利工程加強水系溝通和排洪能力，結合流域和區域的水利規劃和航運規劃實施的防洪工程方案主要包括擴大杭嘉湖南排工程、平湖塘延伸拓浚工程、麻涇港排澇及乍浦塘排澇工程、嘉興市中心河整治工程、暢通區域東排配套骨干河道工程等，可以在近幾年內有效增加杭嘉湖區洪水南排能力，降低杭嘉湖區河網洪水位?；谏鲜鰧Σ叽胧M行情景設計。情景設計見表2。

表2 情景設計Tab.2 Designed scenario

采用水文水動力模型進行模擬分析，得出各情景下杭嘉湖區主要代表站洪水位，見表3。模擬結果表明，近期防洪工程方案的實施將顯著提升杭嘉湖區南排杭州灣能力，抵御洪水能力得到有效提升。與情景一(現狀工況)相比，在遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇暴雨時，情景二主要代表站洪水位降低9～27 cm，主要是由于擴大杭嘉湖南排工程和平湖塘延伸拓浚工程等規劃流域工程提升了嘉興市南排杭州灣能力，區域防洪減災效果明顯，地區代表站造峰期最高水位降低明顯。情景三在情景二的基礎上新增了區域防洪措施，進一步加大了區域南排，東排能力也有所提升，各代表站造峰期最高水位有了進一步降低，較區域工程實施前降低了2～10 cm。情景四通過降低綜合徑流系數，增大圩外水面率，增加了河網調蓄能力，減小產流量，各代表站造峰期最高水位降低了2～4 cm。各項措施實施后，杭嘉湖區代表站最高水位均低于杭嘉湖區水利綜合規劃工況的水平[11]，滿足杭嘉湖區域近期防洪標準要求。

表3 不同情景各代表站最高水位統計 m

4 結 語

(1)本文構建的杭嘉湖區水文水動力模型對降雨徑流模塊進行了改進細化，可更準確地模擬變化環境下對杭嘉湖區洪澇特性的影響，為該地區洪水模擬分析和防洪治理提供有效支撐。

(2)杭嘉湖區的城市化和圩區整治使得不透水面積增加和可調蓄水面積降低，防洪壓力顯著增大。模擬結果表明，在遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇暴雨時，代表性水位站點洪水位將上漲7～29 cm，難以滿足區域防洪要求。

(3)杭嘉湖區近期防洪規劃工程實施后，增強了杭嘉湖區內部水系連通，增加了洪水排除能力，與現狀工況相比，在遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇暴雨時，主要代表站洪水位降低15～30 cm，抵御洪水能力得到有效提升。

(4)加快海綿城市建設減少暴雨徑流，制定退圩還河措施以增加河網調蓄能力，才能在保護生態系統的基礎上降低洪水風險，保障杭嘉湖區域生態及防洪安全。