杭嘉湖平原河网地区防洪形势分析及对策研究

徐天奕，刘克强，单玉书，何 爽

(太湖流域管理局水利发展研究中心，上海 200434)

杭嘉湖区地处太湖流域南部平原河网区域，是太湖流域的重要组成部分[1]。近年来，随着杭嘉湖地区经济发展，城市化进程快速，下垫面较《太湖流域防洪规划》编制时采用的土地利用条件变化显著[2]。近年来，杭嘉湖区开展了圩区整治工程建设，圩区面积增加导致圩外水面率的降低，降低了河网洪水调蓄能力，加大了区域防洪压力[3]。为此，有必要深入研究杭嘉湖区的防洪形势，构建适合杭嘉湖区的水文水动力学模型，模拟分析土地利用变化对杭嘉湖区洪涝特性影响，制定满足杭嘉湖区防洪要求治理方案，保障地区地区经济社会的可持续发展。

1 水文水动力学模型

1.1 降雨径流模型

本次杭嘉湖研究区面积为7 436.1 km2，下垫面分为旱地、水面、水田、建设用地4大类。针对4类下垫面特征，采用不同的产流机制模拟杭嘉湖区降雨径流。

(1)水域产流。水域产流量根据水量平衡方程由降雨扣除水面蒸发可得。

(2)水田产流。水田产流过程按作物生长期的需水、水稻田适宜水深、耐淹水深及水稻灌排模式得出。为减小水田在生长期集中引水或排水导致计算水位波动，采用平均适宜水深和排涝能力上限。在无雨日，需从河道提水灌溉以抵消水田蒸散发量，保持水田的平均适宜水深；在有雨日，当水田超过耐淹水深时以排涝能力为上限排水。

(3)旱地及非耕地产流。杭嘉湖地区雨量丰沛，属典型的湿润地区，降雨形成径流的条件主要是降雨量超过土壤缺水量而产生径流量，这种降雨径流的特点适合采用蓄满产流模型来计算降雨产生的径流。因此，本次研究旱地及非耕地产流采用三层蒸发三水源新安江蓄满产流模型进行计算[4]。

(4)城镇产流。城镇下垫面分为透水和不透水2类面积进行产流计算。透水面积主要是城镇绿化带，根据霍顿下渗公式[5]采用超渗产流模式计算[6]；不透水面积包括道路、广场、屋顶等，产流即等于有效降雨。

1.2 平原河网水流模拟

平原河网水流模拟采用太湖流域河网水动力模型Hohy2[7]，Hohy2采用圣维南方程组模拟太湖流域一维河网非恒定流水流运动情况，并经过专家认可是太湖流域平原河网区最佳的水文水动力模型。Hohy2根据太湖流域平原河网的特点，将流域内影响水流运动的因素分别以零维模型(湖、荡、圩等零维调蓄节点)、一维模型(一维河道)和联系要素(堰、闸、泵控制建筑物等)3类要素进行模拟。

本次研究在太湖流域河网模型基础上，对杭嘉湖区河网进行了局部加密。河道断面依据近年来的河道实测资料根据高水位时过流能力相近的原则概化为棱柱形。经统计，总计概化杭嘉湖区河段数764个，河道总长3 089.7 km，入杭州湾闸站9座。河网概化见图1。

图1 河网概化Fig.1 Generalized graph of river network

2 防洪形势分析

21世纪以来，随着城市化进程加速，杭嘉湖区不透水面积大幅增加，水域面积总体减少。杭嘉湖区水田和水面面积大幅减少，较2005年分别减少了44%和25%；建设用地迅速增加，较2005年增加了33%[8]。土地利用的变化导致河网行洪排涝压力增大，加剧了洪水位易涨难消的矛盾[9]。

此外，根据《杭嘉湖区圩区整治规划》、《浙江省杭嘉湖区圩区整治十三五规划》等安排，圩区治理进程加快，据统计杭嘉湖圩区已达1 622座，圩区率为62.4%[8]。圩区建设、联圩并圩导致圩外可调蓄水面积减少，洪水调蓄能力降低，圩区排涝动力的快速增长，圩外河道洪水位上涨幅度加大。

为了分析杭嘉湖区洪涝特性的变化，采用太湖流域规划报告的“99南部型”100 a一遇设计暴雨，模拟计算了现状土地利用和水利工程情况下的杭嘉湖区洪水位，结果见表2。与太湖流域防洪规划杭嘉湖区2005年工况的结果对比表明，在现状土地利用和工况条件下，遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇设计暴雨时，杭嘉湖区平原河网代表性水位站最高洪水位将上涨7～29 cm，总体已经不能满足杭嘉湖区防洪要求。

表1 不同工况条件下主要代表站最高水位变化 m

3 防洪对策及模拟分析

基于杭嘉湖区严峻的防洪形势，可能的治理措施包括3个方面，第1类措施是加强海绵城市建设[10]，增加城市地区地面下渗和河湖调蓄能力，可以有效降低洪水位，但这是一个较为长期任务；第2类措施是退圩还河，减少圩区面积，增加圩外河网水面积，恢复自然的生态排洪体系，但这项措施涉及众多问题，在短期内目前难以实现，需制定长远的科学规划；第3类措施是通过水利工程加强水系沟通和排洪能力，结合流域和区域的水利规划和航运规划实施的防洪工程方案主要包括扩大杭嘉湖南排工程、平湖塘延伸拓浚工程、麻泾港排涝及乍浦塘排涝工程、嘉兴市中心河整治工程、畅通区域东排配套骨干河道工程等，可以在近几年内有效增加杭嘉湖区洪水南排能力，降低杭嘉湖区河网洪水位。基于上述对策措施，进行情景设计。情景设计见表2。

表2 情景设计Tab.2 Designed scenario

采用水文水动力模型进行模拟分析，得出各情景下杭嘉湖区主要代表站洪水位，见表3。模拟结果表明，近期防洪工程方案的实施将显著提升杭嘉湖区南排杭州湾能力，抵御洪水能力得到有效提升。与情景一(现状工况)相比，在遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇暴雨时，情景二主要代表站洪水位降低9～27 cm，主要是由于扩大杭嘉湖南排工程和平湖塘延伸拓浚工程等规划流域工程提升了嘉兴市南排杭州湾能力，区域防洪减灾效果明显，地区代表站造峰期最高水位降低明显。情景三在情景二的基础上新增了区域防洪措施，进一步加大了区域南排，东排能力也有所提升，各代表站造峰期最高水位有了进一步降低，较区域工程实施前降低了2～10 cm。情景四通过降低综合径流系数，增大圩外水面率，增加了河网调蓄能力，减小产流量，各代表站造峰期最高水位降低了2～4 cm。各项措施实施后，杭嘉湖区代表站最高水位均低于杭嘉湖区水利综合规划工况的水平[11]，满足杭嘉湖区域近期防洪标准要求。

表3 不同情景各代表站最高水位统计 m

4 结 语

(1)本文构建的杭嘉湖区水文水动力模型对降雨径流模块进行了改进细化，可更准确地模拟变化环境下对杭嘉湖区洪涝特性的影响，为该地区洪水模拟分析和防洪治理提供有效支撑。

(2)杭嘉湖区的城市化和圩区整治使得不透水面积增加和可调蓄水面积降低，防洪压力显著增大。模拟结果表明，在遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇暴雨时，代表性水位站点洪水位将上涨7～29 cm，难以满足区域防洪要求。

(3)杭嘉湖区近期防洪规划工程实施后，增强了杭嘉湖区内部水系连通，增加了洪水排除能力，与现状工况相比，在遭遇太湖流域“99南部型”100 a一遇暴雨时，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)加快海绵城市建设减少暴雨径流，制定退圩还河措施以增加河网调蓄能力，才能在保护生态系统的基础上降低洪水风险，保障杭嘉湖区域生态及防洪安全。