浙江省沿海平原排澇“高速水路”布局研究

張曉波，張 健，王文杰

（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

浙江沿海平原所處的地理位置易受臺風暴雨侵襲，地勢低洼，平原地面高程大多低于平均高潮位1.00 ～ 2.00 m，加上背山濱海，上承山洪傾泄、下受潮汐頂托，排澇條件先天不足[1]。造成浙江沿海平原排澇能力難以有效提高的主要原因，一是平原腹地排水距離長、流速慢，自然排水不暢；二是河道拓浚工程推進難，新增排水通道條件受限。

基于這樣的實際問題，浙江省提出沿排澇干河或分片節制，通過科學布局排水干河“側向泵”、干河主流“接力泵”和“口門泵”等強排工程，構建排澇“高速水路”，增大河道水力坡降、加快排澇速度，切實有效地提高沿海平原地區排澇能力[2]。本文對沿海平原排澇“高速水路”的布局方式、應用范圍等問題進一步深入探討，作為平原治澇工作的規劃參考。

2 “高速水路”的布局方式和應用范圍

2.1 布局方式

排澇“高速水路”規劃布局，不只限于口門建泵這種方式，也不限于局部低洼區的圩區泵站方式，而側重于針對平原整體的排澇任務采用的強排布局模式。

排澇“高速水路”規劃布局主要有2種模式:高排河節制電排方式和多級泵串聯接力方式。

高排河節制電排方式見圖1，類似于“高速公路”模式，指在主干排洪河道實行兩岸節制和干堤整治，形成“高排河道”，在平原河網與高排河的連接處設泵電排，翻水到高排河。

圖1 高排河節制電排方式示意圖

多級泵串聯接力方式見圖2，類似于“供水管網加壓”模式，指在縱深較長的骨干行洪通道關鍵節點逐級設置“接力泵”，通過以電能換動能、以動能換勢能，逐級增大水力坡降、加快水流速度、加大行進水頭，提高河道及口門引排水能力。

圖2 多級泵串聯接力方式示意圖

2.2 工程布置

2.2.1 泵站必須與節制閘配套建設

高排河節制電排方式，由于高排渠水位較高，為實現平原的擋洪功能，必須在平原與高排河交界處設置節制閘。沿高排渠泵站的運行，當平原澇水位高于高排河水位時（洪水前期或末期），開閘自排；當高排河水位高于平原澇水位時（洪水起漲或洪峰階段），關閘開泵。因此，高排河電排泵站須與節制閘配套建設。

多級泵串聯接力方式，泵站是為了提高河道過流能力人為設置的提水泵站，為防止電排水量回流，必須設置節制閘。接力泵與節制閘配合運用，一般暴雨較小時，仍開閘自流；只有在遭遇較大暴雨洪水時，才關閘開泵，以泵排代替自流。

2.2.2 泵站規模與輸水河道相配套

強排泵站的設計流量，必須有相當規模的輸水河道匹配，才能達到排澇效果。泵站設計流量大，而配套河道規模太小，會出現泵站水位拉得很低，河道上游水位依然很高，排澇效果有限的情況，且泵站河道流速過大，導致河底沖淘嚴重，護岸坍塌，甚至危及交通橋梁的安全。只有河道過流能力足夠，才不至于閘前水位很低，水力坡降不過陡，排澇效果更好。圖3為不同河道規模在相同的泵站流量下的水面線圖。

圖3 不同河道規模在相同的泵站流量下的水面線圖

2.3 高排河節制電排方式的應用范圍

高排河節制電排方案一般應用于承泄大量山區洪水，且山洪對平原排澇有頂托影響的平原。其應用范圍滿足以下2點。

2.3.1 洪澇分家的排水格局

平原承泄上游的山區洪水，由于山洪峰高量大，需建堤封閉山區洪水，“洪澇分家”，形成排洪高排渠道。山洪高排渠的洪水位高于平原澇水位，為沿高排渠建閘設泵提供條件。

在沒有山洪高排渠的平原，干河水位和支河水位相差不大，沒有必要建堤封閉，沿干流設泵強排。如杭嘉湖東部平原，排澇干河與支河縱橫交錯（見圖4），將骨干河道長山河66 km的河道沿線全部節制，沿線節制閘達100座，沿線泵站提水到長山干河，需人為修建堤防上百公里，同時對道路交通、水路航運造成極為不利的影響，高排河節制電排方案對缺乏山洪高排渠的區域是不合適的。

圖4 杭嘉湖東部平原長山河高排節制電排方案設想圖

2.3.2 高排渠洪水對平原排澇頂托影響大

“洪澇分家”、山洪有獨立的高排渠道是平原排澇采用“高排河節制電排方案”的必要條件，但非充分條件。在此基礎上，考察山區洪水對平原排澇的頂托影響，以決定是否在高排渠道兩岸設置強排泵站。

實際上，浙江省大多數山區河道在經過人口密集的城市、平原均建有堤防，事實上形成了“高排渠”，但卻并非“高排渠”，兩岸的平原還需建設強排泵站。這是因為平原排澇與干流洪水有時存在一定的時間差。在較大的流域，平原澇水遠早于干流洪水先排，盡管干流洪水對平原排澇造成頂托，但發生在平原排澇末期，這種情況下并不需要平原設泵強排。臨海城區靈江干流穿城而過，靈江建堤封閉，形成高排渠（見圖5），兩岸的大田平原、義城港平原是臨海城區人口的集中地，盡管在發生流域洪水時，靈江洪水對平原排澇造成頂托，但更多情況是大田平原、義城港平原澇水早于靈江洪峰15 ～ 22 h先排，靈江在平原排澇后期的頂托微不足道，這種情況下，高排河節制電排方案不是必要的。

圖5 臨海大田平原與靈江位置示意圖

但在有些區域，山洪“高排渠”的洪水經常高于平原澇水，平原排澇采用“高排河節制電排方案”是必要的，也是有效的手段。如永寧江流域，即使不考慮長潭水庫的泄洪影響，由于下游區間仍有元同溪、九溪等支流匯入，永寧江干流水位大大高于平原澇水位，平原排澇受干流洪水頂托，且由于流域面積小，很難有洪澇錯峰的時間差。這種情況下，高排河節制電排方案是必要的。

只有在“洪澇分家”、山洪有獨立的高排渠道，且高排渠洪水對平原排澇頂托影響大的條件下，平原排澇考慮采用高排河節制電排方案。

2.4 多級泵串聯接力方式的應用范圍

多級泵串聯接力方式，類似于“供水管網加壓”模式，指在縱深較長的骨干行洪通道關鍵節點逐級設置“接力泵”，通過以電能換動能、以動能換勢能，逐級增大水力坡降、加快水流速度、加大行進水頭，提高河道及口門引排水能力[2]。

但多級泵串聯接力方式并非適用于所有平原。考慮沿海平原的地形和排澇特點，接力泵站的應用范圍總結如下。

2.4.1 匯水、排水方向相對單一的區域

平原河網水系四通八達，而接力泵站一般只能布置在一條或幾條主干排澇河道上。若匯水范圍相對開放，排水路徑也有多個方向，在主干河道上布置的接力泵站，可能導致平原腹地范圍內的澇水轉移，從而導致泵站排水效率低下[3]。

以杭嘉湖東部平原為例，設想沿長山河干流設置4級泵站，泵站設計流量逐級加大，可以預見沿線的洲泉、新市、桐鄉等可擴大排澇能力，同時在沒有節制電排的條件下，原先通過運河北排太湖的澇水轉移南排，加重烏鎮、嘉興等地的洪澇風險（見圖6）。

圖6 杭嘉湖東部平原長山河多級泵串聯方案設想圖

實際上，對于區域面積較大的平原，排水有多個方向，且仍然存在地勢低平，排水過緩的問題，需要對平原“分片節制”，分片采用接力泵站的方式。

2.4.2 河道過流能力不足的區域

在滿足章節2.4.1的前提下，平原河道在自排條件下過流不足，可考慮采用接力泵站。這種情況一般表現為排水路徑長，水力坡降小，大部分位于沿海腹地較大的平原，如杭嘉湖平原、溫黃平原、姚江平原等。

對于某些排水距離短，或者河道坡降較大的區域，沒有必要采用接力泵站方式。如溫臺區域部分小平原（如椒北平原）排水距離短，即使侯潮排澇也非常快速；如上虞市的豐惠平原為匯水相對封閉的區域，但其由于是河谷平原，河道坡降較大，也無需采用接力泵站方式。

3 案例說明

本文分別對高排河節制電排方案和多級泵串聯接力方式進行實例說明。

3.1 黃巖西江平原高排河節制電排方案

3.1.1 基本情況

黃巖西江平原位于永寧江流域，流域面積197.50 km2。西江平原上游主要排水河道包括沙埠溪、西南中涇、東南中涇等，下游主要排水河道為西江、南官河、東官河等，正常水位控制在2.40 ～ 2.60 m。

西江平原地面高程在3.20 ～ 4.00 m，地勢低洼，而匯水面積相對較大，排澇原始動力不足。西江平原最大的河流（河寬只有20 ～ 38 m），西江閘（凈寬20 m）為西江平原的主要排澇出口；另外城西河閘、永裕河閘雖已建成，但河道尚未配套實施，少量澇水通過南官河、東官河排往椒江河口，因此西江平原排水出路偏少，導致西江排澇壓力增加；加上永寧干流高水位行洪對排澇河道有頂托作用，進一步加劇西江平原排澇壓力。

3.1.2 治理思路

西江平原的治澇方案，是典型的高排河節制電排方案。即永寧江承擔上游長潭水庫的泄洪和區間支流的山洪，西江平原的排澇通過沿永寧江干流設置節制閘和電排泵站，翻水到干流（見圖7）。強排泵站包括在西江閘設置泵站1座，設計流量80 m3/s；外東浦設置泵站1座，設計流量40 m3/s；城西閘上設置泵站1座，設計流量150 m3/s；永裕河閘上設置泵站1座，設計流量100 m3/s；西江平原外排泵站流量合計370 m3/s。

圖7 西江平原高排河節制電排方案圖

3.1.3 排澇效果

西江平原在實施高排河節制電排方案后，計算成果見表1和表2。黃巖城區最高水位降低0.40 ～ 0.60 m，外排水量增加4 247萬m3，城區排澇能力由不到5 a一遇提高到20 a一遇。

表1 工程前后平原最高水位對比表（P=5%） m

表2 工程前后平原4 d外排水量對比表（P=5%）萬m3

3.2 臨海桃渚平原多級泵串聯接力方案

3.2.1 基本情況

桃渚平原流域面積208.00 km2，其中平原100.00 km2，占48%，山區108 km2，占52%；平原地區平均高程約2.20 m，屬臨海桃渚鎮。桃渚平原共有河道324條，總長度294 km，常水位1.60 m。平原河流向東入海，主要水系有洞港和桃渚港，洞港發源于大嶺山和長大山，有北澗、山場2小支流在荷花塘會合后稱洞港，經洞港閘入東海，主流長20 km，干流長9 km，河寬30 ～ 50 m；另一條為桃渚港，發源于西北部的白巖山，稱雉溪，一部分洪澇水經天德閘、人民閘及和平閘由洞港出海，另一部分洪澇水經蒲蘭頭閘由紅腳巖閘出海。受地形地勢及外海潮位頂托影響，現狀桃渚鎮區排澇能力不足5 a一遇，桃渚片農田排澇標準遠低于5 a一遇，每遇臺風暴雨易形成嚴重洪澇災害，如2012年“海葵”臺風期間，桃渚田面受淹時間超過36 h，鎮區全面進水，倒塌房屋8間，嚴重威脅人們的生命財產安全。

3.2.2 治理思路

桃渚平原地勢低平、排水距離遠，洪澇期間河道水力坡降緩，因此解決桃渚內澇，單純依靠拓寬河道的措施效果非常有限，必須人為設置強排泵站，提高水流動力。

因此規劃的串聯接力泵站方案為:新建窯渡頭泵站和紅腳巖二級泵站，避免堤防建設影響區間排澇（見圖8），具體布置為:在窯渡頭附近新建泵站180 m3/s，同時在紅腳巖出口處新建二級泵站240 m3/s。

圖8 臨海桃渚平原多級泵串聯接力方案圖

3.2.3 排澇效果

桃渚平原在實施二級接力泵站工程后，計算成果見表3和表4。桃渚鎮區最高水位降低0.28 m，外排水量增加2 684萬m3，平原排澇能力由不到5 a一遇提高到10 ～ 20 a一遇。

表3 工程前后區域最高水位對比表（P=5%） m

表4 工程前后區域排海水量對比表（P=5%）萬m3

4 結 論

（1）沿海平原地勢低平，排澇能力先天不足。故設想沿排水干河構建排澇“高速水路”，增大河道水力坡降、加快排澇速度，是提高沿海平原地區排澇能力的有效途徑。

（2）排澇“高速水路”規劃布局主要有2種模式:高排河節制電排方式和多級泵串聯接力方式。

（3）高排河節制電排方案一般應用于“洪澇分治”的平原，且要求山洪對平原排澇有明顯頂托影響。

（4）多級泵串聯接力方案一般應用于地勢低平，自排條件下過流能力不足的平原，且要求區域匯水范圍相對封閉，排水方向相對單一。

（5）強排泵站必須同節制閘配套建設，聯合調度；同時，泵前河道規模必須同泵站流量相匹配。