南方山区城市防洪规划要点探讨

官云飞，陈竽舟，赖东亮，叶林，吴德成

(1.浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002；2.杭州市临安区水利水电局，浙江 杭州 311300)

城市是一个地区的政治、经济、文化中心，是区域人口、产业、资源高度集聚的核心载体，在推动国民经济和社会发展中起主导作用[1]。随着我国城市化进程的持续推进，城市规模快速扩张，社会资源进一步聚集，同时受水雨工情、下垫面、水文气象、边界条件等因素的变化影响，使得同频率洪水受灾风险及其损失程度增加[2- 3]。另一方面，人民生活水平不断提高，人民群众对除水害兴水利的需求与水利工程能力不足的矛盾，逐步转变为人民群众对水资源水生态水环境的需求与水利行业监管能力不足的矛盾[4]，城市建设对河道及沿岸景观、环境、文化等综合利用的需求逐步凸显。

山区城市域内多山，河流多为山溪性河流，坡陡流急，洪水暴涨暴落，具有汇流快、预测预报难度大、峰高量大、破坏性强、地质地貌复杂、易诱发山地灾害等特点[5]。传统城市防洪工作关注重点是大江大河及大中型水库建设与管理，目前已形成较为完善的洪水灾害防御体系，但是山区城市中小流域在开发建设过程中，由于水土流失、河道水域侵占、涉水工程建设以及特定地形与气候影响下，遭遇暴雨洪水时更容易出现灾害。

目前很多城市总体规划已近本轮规划期末，正在开展新一轮的城市总体规划编制，防洪规划作为其中特别重要和相对独立的专项规划，应充分结合城市发展的动态及需求，为城市防洪建设提供指导，确保城市防洪安全。基于上述分析，对新形势新常态下的山区城市防洪规划要点进行探讨具有重要的现实意义。

1 研究方法

山区性河道河底纵坡陡，水利要素变化大，因此本次研究采用一维恒定非均匀流计算方法为主，堰坝、桥梁等交叉建筑物采用宽顶堰公式概化计算。

恒定非均匀流基本方程如下：

(1)

式中，Z1、Z2—上下游断面水位；V1、V2—上下游断面平均流速；Q—断面间流量；ΔS—断面间距离；ζ—局部阻力系数；α—流速系数；K—平均流量模数。

通过实测断面构建一维恒定流水利计算模型。根据已知的下断面水位、流速、断面间距离、流量、与断面形状有关的局部阻力系数、流速系数、流量模数，以及上断面水位与流速的关系，利用试算法逐步寻优求解。

由于城区河段涉及桥梁等交叉建筑物较多，桥墩形状、角度、数量、过水面积、桥梁间距等都会对桥梁上游壅水产生影响，且密集多桥时壅水影响会向上游累积，产生叠加效应[6]，因此反映桥梁壅水情况是研究重点之一。目前河道中交叉建筑物的模型参数选取研究成果较少，本次采用桥孔水力公式[7]、桥涵水文公式[8]等经验公式进行桥梁壅水计算，并将经综合比选后确定的壅水计算成果及相应交叉建筑物参数代入一维恒定流水利计算模型中。

桥孔水力公式如下：

(2)

桥涵水文公式如下：

(3)

式中，Δz—桥前最大壅水高度；K—壅水系数；vM—冲刷后桥下平均流速；v0M—建桥前桥孔部分的平均流速。

2 研究区概况

临安区位于浙江省西部，东苕溪流域上游，东邻杭州市余杭区，是杭州西部重要的工贸城市和以山水风光为特色的旅游城市，总面积3126.8km2。本次重点研究临安区东部片区，土地面积、人口、GDP、工业增加值分别占整个临安区的30%、65%、56%、73%，是临安区的政治经济文化中心。

流域内地形西北高东南低，差别悬殊，地处天目山脉，地形变化复杂，低山丘陵和宽谷盆地相向排列，交错分布，三面环山，向杭州湾开口，形成一个东南向的马蹄形屏障。流域地处东南沿海地区，每年7—10月间易受热带风暴或台风的侵袭，每当台风过境或受台风边缘影响时，挟带大量水汽受地势抬升作用，易形成降水过程，尤其是在9、10月间，北方有冷空气南下时，加速冷凝，往往形成强烈的台风暴雨。

流域内主要水系有南苕溪及中苕溪，属典型的山溪性河流，源短流急，洪水暴涨暴落。南苕溪临安区境内长55km，流域面积686.5km2，沿途汇入南溪、马溪、锦溪、横溪、灵溪、双林溪等中小河流，集雨面积12.4～128km2，间有东苕溪流域及杭州市重要防洪大型水库-青山水库，位于临安主城区及青山科技城之间。中苕溪临安区境内长31.5km，流域面积186.6km2，沿途汇入仇溪、白水溪等中小河流，集雨面积40～42km2。研究区域水系如图1所示。

图1 研究区域水系图

3 规划要点探讨

3.1 防洪现状及存在问题

规划区洪水灾害成因一方面是受地形气候影响，河流多为山溪性河流，坡陡流急，洪水暴涨暴落，在特定的地形和气候条件下，洪水漫溢，极易成灾。另一方面是城市建设设施布局与城市防洪工程体系不匹配，主要表现在河道内桥梁、堰坝等建筑物布置不尽合理，部分河段存在淤积问题，河道过流能力欠缺，泄流不畅；同时内部排水体系与市政排水系统不匹配，城市建设的快速推进打破原有的排水系统，导致部分区块稍有降雨就发生内涝。

本流域目前已初步形成“上蓄、中疏、下泄、内排”的防洪减灾体系，其中上蓄包括里畈水库、青山水库、水涛庄水库，中疏下泄包括固堤顺溪、堤防提标改造、阻水桥梁拆除等，内排主要是地势低洼区块新建排涝泵站，使临安城市防洪能力得到了显著提高，在历年防洪减灾中发挥了重大作用。目前临安主城区防御南苕溪、锦溪、马溪洪水能力尚未完全达到50年一遇；青山片防御南苕溪干流洪水能力基本达到20年一遇，内部排涝能力5～10年一遇；中苕溪片防御中苕溪干流洪水基本达到20年一遇，仇溪、白水溪则防洪能力不足5年一遇。

目前临安城市防洪主要存在以下方面的问题：一是流域洪水源头控制能力仍显不足，城区防洪压力较大。南苕溪临安站以上集雨面积288km2，50年一遇3d洪量为0.85亿m3。目前南苕溪上游已建有里畈水库，坝址以上集雨面积83.0km2，占南苕溪青柯堰以上流域面积的36%，占临安站以上流域面积的29%，占长桥以上流域面积的24%；水库设有防洪库容789万m3，占50年一遇3d洪量的9.3%。现有防洪水库控制面积的占比不大，防洪库容占比较低，加之水库下游河道过流能力相对有限，使得南苕溪流域洪水源头控制能力仍显不足。此外，里畈水库1993年扩建工程实施时，考虑主城区防洪标准仅为20年一遇，与目前50年一遇防洪标准已不相适应。此外，锦溪、马溪、横溪、灵溪规划范围以上流域面积分别占全流域面积的24%、75%、34%、57%，目前河道上游均无控制性工程。中苕溪上游已建有水涛庄水库，坝址以上集雨面积58.0km2，也仅占临安区中苕溪集雨面积的31%。主城区及周边待开发地区均位于青山水库库尾，受青山水库回水顶托影响，易造成排水不畅。综上所述，临安城区现状防洪压力仍然较大。

二是河道过流能力欠缺，行洪排涝不畅。历史上临安城区河道由于防洪堤标准不高或者无堤防，且防洪堤质量较差，屡遭洪水掏空决堤，河道卡口众多，蜿蜒曲折，也易造成行洪不畅。随着经济社会的发展，河道经过逐年整治，防洪堤标准有所提高，但是部分河段现状过水断面仍然偏窄，且河道内桥梁、堰坝等建筑物布置不尽合理，洪水期存在较大的阻水问题。同时部分堰前河段存在淤积，导致行洪面积缩减，泄流不畅。

三是防洪工程功能单一，与城市建设协调性不足。南苕溪、锦溪、马溪、横溪、灵溪、中苕溪、环青山湖是临安城市滨水景观的主轴线，位于临安城市发展的核心区块，其沿线区块是未来临安的重点景观地带。近年来临安城区快速发展，对河流治理提出了防洪、景观、环境、文化等综合功能要求。根据调查了解，目前城区河道及防洪工程存在设施陈旧，堤顶路与绿化分界线不明显，阻水建筑物较多，堰坝布置不尽合理，橡胶坝老化严重，景观较为生硬单一，亲水性不足等问题。

3.2 防洪分区及规划标准

城市防洪标准的确定除与城市规模、社会经济地位和城市洪灾类型组合相关外，还与城市历史洪灾成因、自然与技术经济条件等相关。城市因受山地或河流自然地形分隔为若干设防分区时，可根据各防护区的重要性选用不同的防洪标准[9]，不能一概而论。本次根据防洪保护对象所处的地理位置、地形条件、洪水组成等因素，以封闭包围圈划分防洪保护分区，如图2所示。GB 50201—2014依据《防洪标准》，各分区常住人口一般小于20万，当量经济规模一般小于40万，防洪标准应采用20～50年一遇。根据防护区的重要性、经济社会发展趋势、规划用地布局、常住人口及当量经济规模、现状

防洪能力、可行工程措施等方面综合考虑，从而确定各分区规划标准，如图2所示。

图2 规划分区设防标准图

3.3 规划工程总体布局

城市防洪规划方案以城市总体规划和所在流域防洪规划为指导，从政治、社会、经济、环境、技术等各类指标加以分析比较，从中选择最优方案，为城市防洪工程建设提供科学决策依据[10- 11]。南苕溪、锦溪、马溪、中苕溪现有堤线已基本定型，两岸堤防及堤身外侧均为已建城区或正处于开发建设中，向两岸拓宽的余地不大，青山湖岸线已经划定，横溪、灵溪、双林溪目前则开发程度较低。受上游控制性工程不足、交叉建筑物阻水、河道过流能力欠缺、区间洪水占比高、青山水库回水顶托等因素影响，城区防洪压力仍然较大。根据规划防洪标准及现状存在问题，拟采取 “上蓄”、“中疏”、“固堤”、 “地面高程控制”相结合的治理措施，制定如下治理方案：

“上蓄”：通过里畈水库加高扩容、青山水库防洪能力提升，以及仇溪上游新建高家头水库等措施，进一步增加上蓄工程拦蓄能力，提升水库对源头洪水的控制。

“中疏”：以河道整治为主，包括河道拓宽疏浚，增加行洪过水面积，确保排水通畅，提高区域水面率及雨洪滞蓄能力；阻水建筑物改造，增加过流能力；沿线堤防型式调整优化，减少行洪影响；局部河段清淤疏浚，恢复过流能力。

“固堤”：堤防加固改造，结合现状岸段情况及治理需求，进行城区堤防修建、老堤防的固脚防冲和加固加高，以及堤防生态化改造等。

“地面高程控制”：结合城市开发建设，居住用地、工业用地、公共设施用地等重要区块填高地面，城市绿地、公园广场等一般区块适当降低地面高程，改善城市环境面貌以及提高内涝防治能力。

3.4 非工程措施研究

山区城市防洪非工程措施除了建立完善防洪应急预案、水情监测与数据采集系统、防洪减灾指挥决策系统等常规措施外，还应从全社会整体角度出发建立“政府主导、部门联合、公众参与”，具备调控性、适应性及应急性的防洪减灾应急体系[12]。针对超标准洪水要做好组织、物资、思想上的准备，并科学、合理地规划建设一批城市防洪避难安置点，使洪水灾害减轻至最低程度[13]。

另外根据临安区城市防洪形势及特点，非工程措施还应重点关注：

(1)加强海绵城市建设，统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节[14]。结合市政排水部门，加强城市排水管网整治，对城区内部排水渠系、排水管网进行延伸及清淤疏浚，保障城市防洪排涝安全。对局部地区由于地势低洼，且受到河道洪水顶托、市政雨水管网排水能力不足的影响，通过设置临时排涝设施，抢排强排城市积水，缓解城市内涝点压力[15]。

(2)境内河流多为山溪性河流，坡陡流急，地表侵蚀与河床冲刷产生的泥沙往往容积淤积在堰坝等建筑物上游，逐年累积导致河道过流能力减小，需建立河道轮疏机制，定期不定期开展河道轮疏，确保河道行洪安全。

(3)由于临安区所处的特殊地理位置，其主城区城东滨湖区块及环青山湖大部分区域都位于青山水库校核洪水位以下，考虑到青山水库防洪的重要性，从保证水库防洪功能出发，今后涉及库岸周边回填区块的开发建设，岸线布置必须严格遵循《杭州市青山水库管理和保护范围划定方案》确定的管理控制线坐标点以及边坡设置的要求，堤顶或挡墙高程31.7m，地坪控制高程不得高于31.2m。其余区块结合城市开发建设，按照控规合理控制地面标高，居住用地、工业用地、公共设施用地等重要区块可以适当提高地面标高，城市绿地、公园广场等一般区块适当降低地面标高，改善城市环境面貌以及提高内涝防治能力[16]。

(4)加强河道上建设桥梁、堰坝等涉河建筑物的管理，建议现状存在阻水影响的建筑物有条件的按照要求进行改造。规划范围内河道多为山溪性河道，建议少建不建实体堰坝，多采用气盾坝、翻板坝等型式，以减少堰坝壅水影响，同时应加强气盾坝维修养护及标准化管理，确定洪水期间安全调度运行，洪水来临前气盾坝挡水板置于水平。

(5)青山片南苕溪两岸保护对象包括省科创基地、青山湖科技城、青山湖街道老镇区，是临安区重点开发建设中心区之一，也是杭州城西科创大走廊的重要组成部分。根据青山水库现状实际运行调度来看，青山片南苕溪基本达到20年一遇防洪标准，虽然能够满足现阶段防洪要求，但随着杭州市经济发展逐步向西推进，城西科创大走廊产业带不断扩大，青山片作为临安区科技城中心，其重要等级将进一步提升，保护范围和人口也不断增加。因此建议尽早开展青山水库调度优化、青山片南苕溪防洪治涝标准与社会经济发展的匹配性及防洪排涝能力提升研究。

(6)加强城市规划建设与管理，协调城市防洪与城市建设的关系，开展雨洪资源化利用[17]、洪水保险[18]等相关研究。

4 结语

本文以新一轮临安区城市总体规划格局为背景，采用一维恒定非均匀流水力计算模型，全面系统梳理了防洪现状及存在的问题，按照分区设防原则明确了防洪分区及相应的规划标准，在此基础上对工程总体布局进行安排，并针对临安区实际情况提出了相应的规划工程及非工程措施。相关成果可作为临安区今后一段时期内城市防洪减灾体系建设的依据，亦可为其他山区城市防洪规划提供一定的参考。