陈竽舟，曹升起

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002)

太湖防洪设计水位对长兴平原回水影响及应对

陈竽舟，曹升起

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002)

太湖是长兴平原洪涝水唯一承泄区，太湖水位变化直接影响长兴平原行洪除涝能力.长兴平原洪涝灾害系水文、地质、人类多重因素影响而成.通过梳理太湖防洪设计水位变化过程，分析回水影响，建议对骨干泄洪入湖通道开展综合整治，通过行洪断面扩大、两岸堤防加高加固，支汊河道建闸控制等工程措施，形成防洪闭合圈，使长兴平原达到防御太湖百年一遇洪水的标准.

太湖；防洪设计水位；回水影响；防洪

太湖是流域河湖水系中最大的水体，是流域洪水和水资源的调蓄中心，是沿湖城市群经济社会不断发展的基础保障.环湖大堤是沿湖平原地区的重要防洪屏障，是太湖洪水安全蓄泄的关键.依据“西敞东控”的布局原则，环湖大堤分别以直湖港口(北)、长兜港口(南)为界，分为“西段”和“东段”，长兴平原所处的“西段”入湖口门基本敞开.近年来，长兴平原泄洪、除涝受太湖高水位顶托影响明显，2016年入汛以来，太湖流域累积面平均降雨量较常年同期偏多4成，太湖水位不断攀升至历史次高值，致使长兴平原发生严重洪涝灾害.太湖是长兴平原洪涝水的唯一承泄区，太湖水位变化与长兴平原防洪除涝能力密切相关[1].本文通过分析太湖防洪设计水位对长兴平原的回水影响，初步研究提出应对措施，完善长兴平原防洪减灾体系.

1 长兴平原洪涝灾害成因

1.1 水文气象因素

长兴平原属亚热带季风气候区，季风明显，由于地理位置所致，地区洪涝灾害呈现梅雨型和台风型洪涝灾害特征，其中尤以梅雨型洪涝灾害明显.锋面雨常在本区域上空停留而形成强度较大的梅雨暴雨，笼罩范围广，降雨集中，洪峰流量大，历时长，容易遭遇连续几次降雨过程，常造成流域性洪灾.建国以来的1957年、1984年、1999年以及2016年6～7月发生的洪涝灾害均为典型的梅雨型[2].

每年的7月底至10月初，天热雨少蒸发大，常出现伏旱，也是台风集中时期，台风经沿海登陆浙北地区后，受天目山阻挡抬升，暴雨中心集中于天目山一带，受台风外围影响带来的强风暴雨，也极易引发洪涝灾害，2000年以后发生的“罗莎”、“莫拉克”、“海葵”、“菲特”等台风[3]，对长兴平原同样造成了较大损失.

1.2 地形地貌因素

长兴平原山地多、平原少，山区面积约占区域总面积的60%，已建大中型水库控制了约43%的集雨面积，其他山区受地形地貌所限，缺乏控制性工程.山峰高程大多在300～500 m，河道上游纵坡陡，源短流急，暴雨时洪水迅速汇集，形成洪峰，宣泄而下.进入平原后，又受制于平缓的河道纵坡，较小的过流断面，行洪能力无法满足设防要求.而梅雨期间，下边界受太湖高水位顶托，致使洪水外排能力减弱，高水位持续时间延长.此外，区域南侧又受西苕溪洪水侵袭，造成河道洪水位迅速抬高.濒临太湖区块地势低洼，现状田面高程在1.7 m(85高程，下同)左右，局部低于1.2 m，现有圩堤高程不足，堤身单薄，排涝动力欠缺，在持续高水位运行下，易发生倒堤破圩、淹没农田村庄等险情.

1.3 人类活动因素

随着城乡一体化建设进程推进，不透水地面面积不断增大，使区域调蓄能力减弱[4]，降雨汇水速度加快，不可避免地加重了防洪除涝压力.随着经济社会和城乡一体化发展，规划建设用地规模将会进一步扩大，然而城镇防洪体系建设普遍滞后于城镇建设，大量新建城镇区块没有防洪工程保护，易受洪涝水袭击.再者非法占用河道水域等情况时有发生，建设项目水域补偿工程实施情况并不乐观，进一步增加了区域防洪风险.

圩区一直是长兴平原低洼区防洪除涝的有效措施，扩大圩区规模可以缩短防洪堤线，减轻区域防洪压力.但圩区整治是把双刃剑，圩区规模的扩大，势必将一部分圩外河道成为圩内水面，使圩外可调蓄容积相应减少；同时圩内城镇化建设和农业种植结构调整，对圩区排涝能力提出了更高的要求，圩区外排能力的增加使得同等暴雨条件下圩外河道洪水位增高，加大了圩外河道的行洪压力[5].

2 太湖防洪设计水位

新中国成立后，中央和地方十分重视太湖流域治理，进行了大量的水利基本建设，取得了显著成效，为保障太湖流域经济社会快速发展发挥了重要作用.随着沿湖城镇经济社会、水雨工情的不断变化，太湖防洪设计水位在治太过程也进行了相应的调整.

1987年由原国家计委批复的《太湖流域综合治理总体规划方案》(以下简称《总体规划方案》)对治理标准的阐述为：“选用1954年5～7月降雨过程作为确定流域性骨干工程规模的设计标准，其频率约为50年一遇”，流域平均雨量合计为890.8 mm.根据《总体规划方案》对设计典型年洪涝水的安排，流域洪涝水经太湖容蓄，并扩大外排能力后，控制太湖最高水位为2.82 m(吴淞4.66 m).

在《总体规划方案》实施过程中，流域经济社会同步高速发展，对防洪的要求不断提高；同时，流域下垫面及水雨工情也发生了较大变化.20世纪90年代以来，太湖流域连续发生了多次较大洪涝灾害，特别是1991年和1999年的两场流域洪水，与1954 年降雨相比，对流域防洪更为不利.为此，流域管理局组织编制了《太湖流域防洪规划》(以下简称《防洪规划》)，并于2008年由国务院批复实施.

《防洪规划》确定的防洪建设目标为：“近期流域能防御不同降雨典型的50年一遇洪水，重点工程建设与防御流域100年一遇洪水的标准相衔接”.远期“使流域达到防御不同降雨典型100年一遇的洪水标准；遇1999年实况洪水，能确保流域重点保护对象防洪安全”.其中50年一遇，全流域90 d降雨量为908.1 mm；100年一遇，全流域90 d降雨量为975.1 mm.鉴于不利降雨典型出现和防洪标准的提高，太湖防洪设计水位继续维持2.82 m较难实现，因此，《防洪规划》确定太湖防洪设计水位抬高至2.96 m(吴淞4.8 m).

3 回水影响分析

3.1 拟定分析方案

太湖防洪设计水位的抬高使本就受太湖回水影响的长兴平原防洪压力进一步增加.为分析太湖防洪设计水位对长兴平原回水影响范围及影响程度，采用控制变量法，分别拟定以下两种分析方案.

本底方案：长兴平原防洪除涝不受太湖防洪设计水位影响.即在长兴平原出现5年一遇降雨时，下边界遭遇太湖常水位的方案.根据2000年至今太湖(选用夹浦站作为长兴段代表站)年均水位统计，多年平均水位约为1.4 m，故以此作为本方案的下边界水位.

对比方案：长兴平原防洪除涝受太湖防洪设计水位影响.即在长兴平原出现5年一遇降雨时，下边界遭遇的太湖水位过程峰值为防洪设计水位.太湖湖区100年一遇防洪设计水位为2.96 m，考虑到长兴段太湖沿岸洪水位高于太湖湖区平均水位的因素，同时结合已建工程，长兴段太湖防洪设计水位采用3.1 m，故以此作为本方案的下边界水位峰值.

3.2 计算分析方法

天然河道回水曲线一般根据河流的水文、地形和纵横断面等因素，采用分段计算的方法推求[6].考虑到长兴平原河网纵横交错，平原圩区遍布，受山水和太湖双重影响，彼此间水量交换频繁，水文情势十分复杂.因此本文通过建立水力计算数学模型开展相关分析工作.

水力计算方法采用河网非恒定流方法[7]，其基本方程为圣维南明渠非恒定流偏微分方程组(见式(1)、式(2))，用隐式差分法化为差分方程，再与边界条件及初始条件构成非线性方程组，采用牛顿迭代及高斯列主元消去法求解，从而得出各计算断面的水位和流量过程.模型计算考虑山区河流、平原漫滩以及堰、闸、泵等工程对洪流演进的影响，逐时计算河网的洪水过程.

(1)

(2)

式中：Z—某一时刻t及在某一空间位置S断面的水位；

Q—某一时刻t及在某一空间位置S断面的流量；

F—某一时刻t及在某一空间位置S断面的相应过水断面积；

υ—某一时刻t及在某一空间位置S断面的断面平均流速；

K—某一时刻t及在某一空间位置S断面的流量模数；

q—单位河长旁侧入流量.

根据长兴平原河流水系分布，计算模型共概化骨干排水河道150多条，计算河道断面802个，概化河汊129个，闸汊51个，集中入流37个，流量边界18个，水位边界13个，概化湖泊114个.与河网相连通的大小湖荡，通过河汊调蓄节点加以概化.圩区等概化为湖泊，概化湖泊和排水河道之间根据实际情况，采用排水闸、排水泵站、堰三种形式连接.模型上边界入流采用流量过程，下边界采用水位过程.

3.3 回水影响分析

鉴于长兴平原现有横山港、杨家浦港、长兴港、合溪新港、沉渎港、夹浦港、常丰涧等多条骨干入湖河道，其回水影响情况大同小异.限于篇幅，本文以长兴港为例，对上述两个方案进行计算分析.

(1)对洪水位影响

根据模型计算成果，长兴平原在5年一遇降雨条件下，太湖防洪设计水位对长兴平原的回水影响可一直上溯至泗安水库坝下，且无明显水位尖灭点.由此初步判断，太湖防洪设计水位对长兴平原的回水影响涉及整个平原河网地区.通过绘制长兴港沿程水面线(见图1)可以看到，太湖防洪设计水位对长兴平原的回水影响程度有所不同.两个方案的水面线在杨湾节点有明显差异，其中杨湾至太湖口河段受太湖防洪设计水位影响较大，为太湖洪水控制河段；而杨湾以上，影响则逐步减弱，为长兴平原本地洪水控制河段.受回水影响程度较大的河段自太湖口往长兴平原内部延伸约7.2 km.

(2)对洪峰流量影响

洪峰流量方面，长兴平原防洪除涝受太湖防洪设计水位影响的方案，其长兴、杨湾、太湖口三个特征点的洪峰流量分别较不受影响方案下降4.9%、17.4%、23.0%；洪量方面，在受太湖防洪设计水位影响情况下，太湖口的七日入湖洪量较不受影响方案削减52.8%，减少的洪量将大部分滞蓄在平原低洼区块.

(3)对已建工程影响

长兴平原现有防洪工程可大致分为城防和农防两部分，其中城防工程主要采用地面抬高形式，将建城区地面高程控制在50年一遇洪水位以上，部分老城区则采用围圩筑堤形式，提高防洪能力.经水力计算，现状工况长兴平原在50年一遇降雨条件下，若遭遇太湖防洪设计水位3.1 m，长兴站的洪水位在平原圩区已大范围滞蓄的情况下，仍将达到3.8 m，逼近城防控制的地面高程，主城区内局部低洼区块将受淹，城市排水系统也将受制于外港的高水位，排涝能力锐减.

图1 长兴港不同方案沿程水面线

农防工程主要依靠圩区来抵御外部洪水的侵袭.据统计，长兴平原现有圩区229片，总面积约460 km2，其中洪桥镇、太湖街道、夹浦镇等滨湖区的圩堤平均高程在3.5 m左右，部分圩堤高程低至2.5 m，圩堤的平均宽度约2.0 m，最小宽度不足1.0 m.长兴平原在20年一遇降雨条件下，若遭遇太湖防洪设计水位3.1 m，现状圩区的圩堤高程在扣除安全超高(0.6 m)后，约有60%的圩堤达不到设防要求；此外，外港超警戒水位的持续时间也将相应延长，由此会带来圩堤决堤风险升高、内涝加剧、机排时间延长，受灾程度及运行成本相应增加等影响.

4 应对措施研究

依据已有的流域(区域)规划，长兴平原防洪治理贯彻“上拦、中固、下疏、外挡”的总体布局：“上拦”部分，定期对域内大中小型水库开展安全鉴定工作，并依据鉴定结果开展水库除险加固，控制山水有序下泄；“中固”部分，根据“嵌套设防、分级控制”的总体布局，因地制宜的实施圩区整治工程，通过加高加固圩堤、改扩建水闸、更新改造排涝泵站、梳理沟通内部河网，提高平原腹地的防洪除涝能力;“下疏”部分，统筹区域防洪减灾、水资源配置、水环境改善、航运能力提升等综合利用需求，开展相应的河道综合整治工程，通过拓浚河道、加高加固堤防，提高行洪过流能力，快速导引区域洪涝水入太湖；“外挡”部分，依据流域规划确定的百年一遇堤防设计标准，结合环湖大堤现状及存在问题，实施环湖大堤长兴段加高加固工程[8].

按照环湖大堤“西敞东控”布局原则，长兴平原骨干入湖河道口门基本处于敞开状态，属太湖湖区的一部分，受太湖回水顶托，普遍存在行洪不畅、底泥淤积、两岸堤防标准不达标等问题.因此，“外挡”工程在环湖大堤加高加固的基础上，亟需结合骨干入湖河道综合整治，兴建必要的回水堤工程，才能有效缓减太湖防洪设计水位对长兴平原的回水影响.结合已有规划成果，建议长兴平原保留杨家浦港、长兴港、合溪新港、沉渎港、夹浦港、常丰涧6 条骨干泄洪入湖通道，根据上文所述的回水影响分析方法，相应确定各入湖通道受太湖洪水控制的回水河段.有针对性的开展河道拓浚、底泥清淤、回水堤建设等工程措施.同时，对骨干泄洪入湖通道以外的沟通输水河道，通过新建闸、泵等交叉建筑物，实行全封闭控制.从而形成防洪闭合圈，使长兴平原达到防御太湖百年一遇洪水的标准.

5 结 论

随着环湖大堤后续工程的不断推进，太湖对水资源调配、水环境改善的条件将进一步优化，未来太湖高水位运行频次也将逐步增加.处于太湖湖区的长兴平原，受太湖防洪设计水位回水影响较大.以长兴港为例，入湖段(杨湾～太湖口)约7.2 km河段受太湖洪水控制，亟需采取有效应对措施.结合已有规划成果，本文建议对骨干泄洪入湖通道开展综合整治，通过行洪断面扩大、两岸堤防加高加固，支汊河道建闸控制等工程措施，形成防洪闭合圈，使长兴平原达到防御太湖百年一遇洪水的标准.

[1] 王中雅，闻余华，董家根.基于分形理论的太湖洪水分期研究[J].中国农村水利水电，2015(2)：118.

[2] 吴浩云.近40 年来太湖汛情的变化与防洪对策[J].湖泊科学，1998，10(1):37-41.

[3] 张祖鹏，张文斌.西苕溪流域沿线长兴区域防洪能力及对策分析[J].浙江水利科技，2015(1)：29.

[4] 尹义星，许有鹏，陈 莹.太湖最高水位及其与气候变化、人类活动的关系[J].长江流域资源与环境，2009，18(7)：610-611.

[5] 顾星雨，孙丽娜，陈巍莉.苏州圩区的治理思考[J].安徽农业科学，2010，38(26)：14610-14611.

[6] 邓建华.河道回水曲线计算研究[J].水路运输，2011(12)：85-88.

[7] 白玉川，万艳春，黄本胜，等.河网非恒定流数值模拟的研究进展[J].水利学报，2000(12)：43-46.

[8] 陈竽舟.长兴县水利综合规划[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计院，2016.

InfluenceandCountermeasuresofDesignLevelforTaihuLakeFloodControlonBackwaterinChangxingPlain

CHEN Yu-zhou, CAO Sheng-qi

(Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydro-electric Power, Hangzhou 310002, China)

Taihu Lake is the only drainage area in Changxing Plain. The changes of Taihu water level directly affect the control capacity of flood and water logging in Changxing Plain. The flood disaster in Changxing Plain is caused by multiple factors, such as hydrology, geology and human beings as well. By analyzing the causes of flood disaster in Changxing Plain, the changes of design level for flood control in Taihu Lake, and the relevant backwater effect, the comprehensive treatments are suggested in backbone discharge channel by enlarging flood draining section, heightening and strengthening the embankment and constructing controlled gate in tributaries, so as to form a closed circle, enabling Changxing Plain to obtain the resisting standard of “hundred-year flood”.

Taihu Lake; design level for flood control; backwater effect; flood control

2016-10-17

陈竽舟(1983-)，男，浙江舟山人，工程师，主要从事水利规划工作.

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