苍南县江南垟平原治涝措施的敏感性分析及优化方案研究

史奔骏，黄凯文，郭丽君

（浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

沿海平原地区防洪排涝主要思路是增加洪水外排能力和平原蓄滞洪能力，主要工程措施包括拓宽河道、增加调蓄低地、扩建水闸、新增或扩大强排能力，以上治涝思路和工程措施一般组合应用[1]。针对具体的水利工程项目，其投资包括工程部分投资、征地和环境部分投资，征地和环境部分投资中主要为建设征地与移民安置投资。在项目的前期论证中，对于河道、水闸、泵站等因素的不同组合方案，往往需要进行技术经济比较，以确定最为经济合理的排涝方案。河道、水闸、泵站的规模与排涝能力的提升、工程占地规模、工程部分投资、征地与移民安置投资、工程总投资等多个因素在排涝方案的拟定过程中相互交织在一起，使得难以获得最优的排涝方案[2]。

2 江南垟平原排涝工程简介

苍南县江南垟平原位于浙江温州苍南县东北部，为鳌江、横阳支江、西南部山体、东海合围的区域。平原区水系稠密，地势平坦，基本水面率约为9.14%（不含围垦区）。

江南垟平原现状骨干排涝河道宽度基本上集中在9～ 30m，平均宽度约19m。此外，江南垟平原城镇段现状民房距离河岸较近，如河道拓宽，征地拆迁量较大。江南垟现状平原区的涝水通过现有水闸北排入鳌江或者东排入海[3]。

江南垟流域位于浙南东海岸，受台风影响频繁，常遭受特大暴雨袭击，易发生洪涝灾害。缺乏骨干排涝河道、河道卡口数量大、河闸规模不配套等问题导致区域现状排涝能力较低[3]。

3 治涝措施的敏感性分析及方案优化

在苍南县江南垟平原规划水利工程现状用地基础上，重点研究新兰水闸、舥艚水闸与其闸前河道规模等相关因素的敏感性分析，其中模型计算时将新兰闸和舥艚闸前5km河道设置成统一宽度的规则河道。本次计算使用丹麦水力科学研究所（DHI）开发的一维非恒定流水动力学MIKE11模型建立水力计算模型。计算时间步长ΔS取10s，河道糙率取 0.025～ 0.028。

计算工况主要包括调整新兰闸和舥艚闸以及其闸前河道的规模，计算江南垟平原各特征点的最高洪水位和淹没时间以及2座水闸的排水量等，并分析各个计算工况下工程占地、工程部分投资、征地与移民安置投资、工程总投资等因素的变化，进行敏感性分析，进一步优化排涝方案[4]。计算工况共12种（见表1），计算特征点为新兰闸前、湖前社区、凰浦等，共计16个。

表1 各计算工况表（闸、河宽度） m

续表1

3.1 排涝效果敏感性分析

3.1.1 洪水位

固定新兰闸、舥艚闸规模，调整闸河宽度比为1:1、1:2、1:3，方案4为1:1、方案5为1:2、方案6为1:3，比较各地洪水位的增量，以探究洪水位对于闸河宽度比变化的敏感性。新兰闸宽6m、舥艚闸宽49m工况下，水闸规模不变，调整闸河宽度比，方案5与方案4、方案6与方案5比较最高水位差计算结果见图1。

图1 调整闸河宽度比，各方案比较最高水位差图

由图1可知，方案5与方案4相比，各地洪水位降低1～ 10cm，方案6与方案5相比，各地洪水位降低0～ 7cm。新兰闸前河道拓宽主要影响新兰闸前至龙港镇片区范围洪水位，舥艚闸前河道拓宽主要影响舥艚闸前至金乡镇片区范围洪水位。综合比较影响范围内各地洪水位增量，可以发现，相比于闸河宽度比由1:2调至1:3，由1:1调至1:2时洪水位降低量更大。因此可以得出结论，新兰闸宽6m、舥艚闸宽49m时，闸河宽度比在1:1～ 1:2范围内时，洪水位对于闸前河道规模的变化较为敏感。就洪水位单一因素来说，比较方案4、5、6，方案5也即闸河宽度比1:2最为适宜。比较方案1、2、3，方案7、8、9，方案10、11、12三种情况下，同样可以得出上述结论。

固定闸河宽度比为1:2，同时调整闸、河宽度，比较洪水位的增量，以探究洪水位对于闸宽以及闸前河道宽度变化的敏感性。各方案比较计算结果见图2。

图2 闸河宽度比为1:2，调整闸、河宽度，比较最高水位差图

由图2可知，新兰闸由3m加宽至6m、闸前河道由6m加宽至12m时，洪水位下降值最大，达3～ 9cm，继续加宽至9m、12m，洪水位仍有一定下降值，但下降幅度较小。可以得出结论：闸河宽度比1:2，新兰闸宽3～ 6m，范围内，洪水位对闸、河宽度变化较为敏感。就洪水位单一因素考虑，建议新兰闸宽设为6m左右，相应闸前河道12m。同样由图2可知，闸河宽度比1:2，舥艚闸宽42～ 63m范围内变化，洪水位降幅较小，每级增量仅0～ -2cm。但相对而言，在舥艚闸宽42～ 56m范围内，洪水位对闸、河宽度的变化较为敏感。就洪水位单一因素来说，建议舥艚闸宽最大设为56m左右，相应闸前河道112m。

3.1.2 淹没时间

固定新兰闸、舥艚闸规模，调整闸河宽度比为1:1、1:2、1:3，方案4为1:1、方案5为1:2、方案6为1:3，比较各地淹没时间的增量，以探究淹没时间对于闸河宽度比变化的敏感性。新兰闸宽6m、舥艚闸宽49m时计算结果见图3。

图3 调整闸河宽度比，比较淹没时间差图

由图3可知，在水闸规模不变的情况下，方案5与方案4相比，各地淹没时间减少0～ 11h，方案6与方案5相比，各地淹没时间减少0～ 4h。虽然各地淹没时间对闸河宽度比变化的敏感性差异较大，但综合比较可以发现，相比于闸河宽度比由1:2调至1:3，由1:1调至1:2时淹没时间减少量更大。因此可以得出结论，新兰闸宽6m、舥艚闸宽49m时，闸河宽度比在1:1～ 1:2范围内时，淹没时间对于闸前河道规模的变化较为敏感。就淹没时间单一因素来说，比较方案4、5、6，方案5也即闸河宽度比1:2最为适宜。比较方案1、2、3，方案7、8、9，方案10、11、12，同样可以得出上述结论。

固定闸河宽度比为1:2，同时调整闸、河宽度，比较各地淹没时间的增量，以探究淹没时间对于闸、河宽度变化的敏感性。计算结果见图4。

图4 闸河宽度比为1:2，调整闸、河宽度，比较淹没时间差图

由图4可知，闸河宽度比1:2，新兰闸由3m调整加宽至6m时，各地淹没时间减小值最大，达1～ 6cm；闸宽继续加至9m、12m，淹没时间仍有一定减小，但变化幅度较小。可以得出结论：闸河宽度比1:2，新兰闸宽3～ 6m范围内，淹没时间对闸、河宽度变化较为敏感。就淹没时间单一因素考虑，建议新兰闸宽为6m左右，相应闸前河道12m。同样由图4可知，闸河宽度比1:2，舥艚闸宽42～ 49m范围内，淹没时间对闸、河宽度的变化较为敏感。就淹没时间单一因素考虑，建议舥艚闸宽最大为49m左右，闸前河道98m。

3.1.3 排水量

各方案工况条件下新兰、舥艚2座水闸的排水量计算结果分析见图5、图6。

图5 排水量 — 河宽（固定闸宽）关系图

固定水闸规模，调整闸河宽度比为1:1、1:2、1:3，比较2座水闸闸前河道增加1m所对应的排水量增量，以探究排水量对于闸河宽度比变化的敏感性。根据图5可知，在水闸规模不变的情况下，相比于1:2～ 1:3，闸河宽度比在1:1～ 1:2范围内时，排水量对于闸前河道规模的变化较为敏感。就排水量单一因素考虑，闸河宽度比取1:2。

图6 排水量 — 河宽（闸河宽度比1:2）关系图

比较方案2、5、8、11，由图6可知：固定闸河宽度比1:2，随着闸、河规模的增加，排水量对其变化的敏感性有所下降，但下降幅度不大。因此，就排水量单一因素考虑，建议新兰闸宽可在3～ 12m范围内根据需要选择，舥艚闸宽可在42～ 56m范围内根据需要选择。

3.2 工程投资敏感性分析

根据3.1节中水闸及闸前河道规模变化对排涝效果的影响研究可以发现：新兰闸及闸前规模变化主要影响新兰闸前至龙港镇片区的洪水位与淹没时间，影响范围内闸前河道长度约2km；舥艚闸及闸前规模变化主要影响舥艚闸前至金乡镇片区的洪水位与淹没时间，影响范围内闸前河道长度约5km。据此计算两座水闸工程的占地面积以及总投资。本次研究工程投资主要考虑征地拆迁费用、河道工程建筑安装费用、水闸工程建筑安装费用3部分。为探究单方排水量投资（总投资/排水量）对闸河规模变化的敏感性，计算结果整理见图7、图8。

图7 单方排水量投资 — 河宽（固定闸宽）关系图

图8 单方排水量投资 — 河宽（闸河宽度比1:2）关系图

根据图7（a），比较方案1、2、3：固定新兰闸宽3m，调整闸河宽度比为1:1、1:2、1:3，单方排水量投资呈下降趋势，且闸河宽度比由1:1变为1:2时降幅较大，下降23% ，而由1:2变到1:3时单方排水量投资降幅微小，仅为2%左右，可认为基本不变。同样，据图7（a）比较方案4、5、6，7、8、9，10、11、12三组数据，均得出相似结论。因此可以发现：新兰闸规模固定时，闸河宽度比在1:1～ 1:2范围内时，单方排水量投资对于闸前河道规模的变化较为敏感，随河宽增加而减小。就新兰闸工程投资因素来说，闸河宽度比1:2较为适宜。

根据图7（b），比较方案1、2、3：固定舥艚闸42m宽，调整闸河宽度比为1:1、1:2、1:3，单方排水量投资呈上升趋势，且闸河宽度比由1:1变为1:2时增幅较小，增加5%，而由1:2变到1:3时增幅较大，为25%左右。同样，据图7（b）比较方案4、5、6，7、8、9，10、11、12三组数据，均得出相似结论。因此可以发现：舥艚闸规模固定时，闸河宽度比在1:2～ 1:3范围内时，单方排水量投资对于闸前河道规模的变化较为敏感，随河宽增加而增加。就舥艚闸工程投资因素来说，闸河宽度比定为1:1～ 1:2较为适宜。

根据图8（a），比较方案2、5、8、11：固定闸河宽度比1:2，同时调整闸、河规模，新兰闸宽3，6，9，12m范围内变化，单方排水量投资逐级下降35%、18%、9%。由此可见，新兰闸单方排水量投资对闸、河规模的变化较为敏感，且敏感性随着闸、河规模的增加有所下降。因此，就单方排水量投资单一因素来说，建议新兰闸宽可在6～ 9m范围内根据需要选择。

根据图8（b），比较方案2、5、8、11，固定闸河宽度比1:2，同时调整闸、河规模，舥艚闸宽42，49，56，63m范围内变化，单方排水量投资略微增加，增幅很小。由此可见，舥艚闸单方排水量投资对闸、河规模的变化不敏感。因此，就单方排水量投资单一因素来说，建议舥艚闸宽可在合理范围内根据需要选择。

此外，根据工程投资中各项所占比重的数据，可以发现：对于规模较小的新兰闸，闸前河道建筑安装费用在总投资中占绝对主要地位，比重达75% ～ 93% ；对于规模较大的舥艚闸，闸前河道建筑安装费用占工程总投资的1/2左右，其次是征地拆迁费用，同样水闸建筑安装费用占比最少。因此，排涝方案优化时，在满足防洪功能和排涝效果的前提下，应考虑尽量减小闸前河道宽度、减少工程占地面积，从而降低防洪排涝工程总投资。

3.3 排涝方案优化

汇总整理洪水位、淹没时间、排水量和单方排水量投资对治涝方案中水闸、河道规模变化的敏感性分析，得出结论见表2。

表2 治涝方案敏感性分析结果汇总表

综合考虑表2中各项分析，针对江南垟平原排涝方案可以提出如下优化建议：

首先是水闸与闸前河道宽度比适宜取为1:2左右，不宜小于1:2。在这一适宜范围内，随着河道宽度增加，洪水位降低、淹没时间减少、排水量增加、单方排水量投资减少，且各因素以及单方排水量投资对河道宽度的变化敏感性更高，通过河道宽度的增加，可以用相同的投资取得更优的排涝效果，排涝方案更为经济合理。

其次，在闸河宽度比1:2的前提下，新兰闸宽宜取为6m，相应闸前河道12m，舥艚闸宽宜取为49m，相应闸前河道宽98m。考虑到江南垟平原防洪排涝规划设计中排涝标准的要求，可在此基础上根据具体情况进行调整。新兰闸宽超过9m、舥艚闸宽超过56m后，增加闸、河规模对于排涝效果的提高作用甚微，而单方排水量投资有所增加。

此外，对于规模较小的新兰闸，闸前河道建筑安装费用在总投资中占绝对主要地位，比重达75% ～ 93%；对于规模较大的舥艚闸，闸前河道建筑安装费用占工程总投资的1/2左右，其次是征地拆迁费用，同样水闸建安费用占比最少。因此，在满足防洪功能和排涝标准的前提下，应考虑尽量减小闸前河道宽度、减少工程占地面积，从而降低防洪排涝工程总投资。

4 结 语

本文通过研究温州苍南县江南垟平原骨干排涝措施的敏感性分析，对其排涝方案进行了优化。并在此基础上，提出以下适用于浙江省沿海平原排涝措施规模合理性的评判标准：

（1）水闸总净宽与闸前河道平均宽度比适宜取1:2左右，且不宜小于1:2。

（2）对于不同地区、不同位置，排涝效果因素和工程投资对于闸、河规模的敏感性大小不尽相同，不具有统计规律。因此在具体排涝工程方案确定过程中，需要参考类似已建工程设定不同工况，进行方案比选以确定最合理规模。

（3）对于规模较小的水闸（如本研究案例中的新兰闸宽3～ 12m），闸前河道建安费用在总投资中占绝对主要地位，比重可达90%以上；对于规模较大的水闸（如本研究案例中的舥艚闸宽42～ 63m），闸前河道建安费用占工程总投资的1/2左右，其次是征地拆迁费用，同样水闸建筑安装费用占比最少。较宽的河道建设征地与移民安置投资往往较大，对现状城镇区往往建设征地与移民安置投资投资甚至超过工程部分投资，而且占用大量宝贵的耕地，地方政府占补平衡的压力巨大。因此，在排涝方案优化过程中，在满足防洪功能和排涝效果的前提下，可适当减小闸前河道宽度、减少工程占地面积，从而降低防洪排涝工程总投资。

[1] 王钧，曹命凯，杨晨霞，等.滨海平原感潮河网及湖泊地区排涝闸门规模研究[J].江苏科技信息，2013(13)：66- 69.

[2] 刘云，林登荣，王斌，等.瓯飞一期围垦工程排涝规模优化计算[J].水利水电科技进展，2012(4)：63- 65，69.

[3] 浙江广川工程咨询有限公司.苍南县江南垟平原骨干排涝工程可行性研究报告[R].杭州：浙江广川工程咨询有限公司，2016.

[4] 蔡毅，邢岩，胡丹.敏感性分析综述[J].北京师范大学学报(自然科学版)，2008(1)：9- 16.