平原河网地区汇水分区划分研究

陈留新

商丘市水利建筑勘测设计院，中国·河南 商丘 476000

1 引言

平原河网地区相较于其他地区而言，汇水机制较为复杂，具体表现为水系分布密集，并且城市建设和自然条件会对其造成影响，一般情况下，人们会通过设置圩堤和泵闸的方式，对水系进行调控，以降低洪涝灾害发生的概率。但在汇水分区划分时，容易受到多种因素的影响，平原河网地区汇水分区划分难度较高，因此采取有效的措施，确保汇水分区划分合理性至关重要。

2 现阶段平原河网地区汇水分区划分的常见方法

在地貌和水文条件等因素的影响下，平原河网地区汇水分区划分尚未形成统一的方法，当前所使用的方法，并不具备普适性。目前，常用的划分方法包括数字高程模型、DRLN 算法、SWAT 模型等，通过对地形数据的有效运用，实现划分汇水分区的目的。除上述算法外，使用系统对空间尺度、汇流机制和调控强度等维度进行分析，并在此基础上考虑内外部影响因素，遵循因地制宜的原则划分汇水分区，同样是行之有效的划分方法。论文以前人研究为基础，从理论和实践角度，通过运用水动力模型，对某平原河网地区汇水分区进行划分，将其作为治理水环境和调控水系的依据[1]。

3 平原河网地区汇水分区划分实例

3.1 划分地区概述

某平原河网地区位于中国河南省商丘地区，其形成方式为水文侵蚀，黄褐土是主要土质类型，区内地面起伏为东低西高，地区中心存在湖泊，湖泊西侧已经成为开发区，整体地势较高，平均海拔≥4m，而湖泊东部地区尚属于自然滩涂湿地，没有开发，平均海拔≤3.5m。在查阅文献资料后得知，平原河网地区的气候类型为温带季风气候，气候温暖潮湿，年均气温≤15℃，降雨量偏少，近十年的平均降雨量为500～900mm，但在降雨分配上存在明显的差距，其中6～8 月为雨季，其降雨量占全年降雨量的40%。该地区所采取的排水模式主要以雨污分流为主，目前，开发区内已经敷设了排水管道，道路和地块上的积水可通过管道排放至区内水系，而尚未开发的区域，属于排水设施的空白地带，雨水在形成地表积水后会缓慢下渗到地下水系之中[2]。

3.2 水动力模型概化过程

3.2.1 河网概化

结合上文可知，平原河网地区汇水分区的河网建设尚存在一定的不足，水系特点为西多东少，在划分汇水分区时需要将建设时序、用地布局、排水管网敷设和管理责任主体等因素作为考虑内容，通过统筹规划的方式，实现对全局的有效把控。有关部门决定在2020 年以DEM 为基础，对河网进行概化。

3.2.2 验证和率定模型

在查阅该地区多年降雨和洪涝资料后得知，该区域发生强降雨的概率较大，且在特定月份降雨频率较为集中，相隔时间较短，降雨情况相对特殊。然后，从中选择两场特殊降雨作为基准率定河网模型，在河网模型率定完成后，继续选择两场特殊降雨作为验证，将水闸管理处所提供的出海闸调整记录作为依据，对海闸启动闭合状态进行模型设计，在进行洪水演进计算后得知，四场独立降雨情况下的模型，其效率系数介于0.6～0.8 的范围内，与模型计算精度要求相符，这表明模型构建和参数取值均具有非常高的准确性，将该模型作为基准，开展后续研究，可以取得良好的效果[3]。

3.2.3 汇水分区划分降雨条件分析

就实际情况而言，在划分汇水分区时，需要对不同等级降雨条件下的流场和通量情况进行分析，不同等级降雨条件主要是指小雨、中雨、大雨、暴雨等。在结合现有资料筛选后得知，该地区近30 年降雨统计资料的平均值与2002 年的情况大致相符，因此在分析降雨条件时，决定将2002 年的降雨数据作为模型，统计结果表明，2002 年该地区的总降水量为800mm，降雨天数为87 天，以6 个小时为标准，对降雨场次进行划分，得知该地区全年降雨场次为60 场，将日均降雨量小于2mm 的降雨场次排除，全年降雨量由60 场缩减至30 场，包括1 场大暴雨、1 场暴雨、5 场大雨、10 场中雨和13 场小雨。

3.2.4 排水模式

平原河网地区位于城市水利区域内，属于典型的圩区，通过涵闸与圩外水系相结合，成为可以控制的水系，这里所说的控制是指可以分合，除引清调度外，涵闸在其他时段均不会开启，圩内涝水的排放方式为外排口水闸，在水闸开启后，涝水会快速汇入海中。平原河网地区的规划水系格局可以用一句话来形容，即一湖四环七射，所谓的一湖就是滴水湖，四环是指汇入湖泊的河道，其数量为四道，故称为四环，而七射是指贯穿于涟河的河道。

3.3 结果和讨论

3.3.1 计算结果

在分析模型计算结果后得知，在大暴雨工况条件下，降雨量多集中在中心区域，且这些降水会先流经湖泊，然后再排入黄河，而其他部分的降水会在汇入支流后进入黄河。在明确上述情况后，对各河流域湖泊交端面进入湖泊的总水量进行分析，在此基础上，获得该地区水体流向和入湖比例的分布规律。

模拟结果表明，入湖水量比例和流畅规律分布大致相同，这表明，降雨后的水体流动呈现出规律性的特征，将这种方法作为基础，对汇水分区进行划分，具有十分重要的意义。

3.3.2 划分汇水分区

在划分汇水分区的过程中，需要遵循以下原则：①对模型计算结果的合理性进行明确，以定性和定量分析方法为手段，准确分析和计算水系流程合理性与水量蓄排平衡性。②所划分的汇水分区，其尺寸应≤10km2，为后期管理和控制创造有利的条件。③水流进入湖泊或直接汇入河流排入黄河是划分汇水分区的依据，对于进入湖泊的水流区域，应加强治理的力度，避免湖泊水体生态环境遭到破坏。④将规划建设时序和用地类型作为依据，对当前建设用地、未来建设用地和用地性质进行划分。⑤针对存在水利工程的水体和调度方式不同的区域，应单独汇水分区的划分。

以上述五项原则为依据，将该地区分为了八个汇水分区。第一个分区的面积为11.5km2，主要用地类型为城市公园、科技城和生态保留区域，其中生态保留区域与海塘较为接近；第二个分区的面积为9.15km2，用地类型为未开发地带；第三个分区的面积为10.8km2，用地类型为骨架网络和水系建设用地；第四个分区的面积为11.52km2，用地类型为骨架路网和水系建设用地；第五个分区的面积为10.45km2，用地类型是社区和公园用地；第六个分区的面积为9.48km2，用地类型为绿地、商业区；第七个分区的面积为1.15km2，用地类型为大学用地；第八个分区的面积为5.75km2，用地类型是湖泊及周边岛屿。针对不同分区的特征，需采取有效的管理和控制技术，从而有效解决水体环境问题，确保水体生态的健康发展。

4 结语

综上所述，在社会经济高速发展的背景下，生态环境遭到了严重的破坏，尤其是水体生态环境遭到破坏，会导致城市内涝问题加剧，建议城市有关部门通过有效的技术手段，划分汇水分区，通过这种方式，强化水体环境治理效果，降低内涝和水污染问题的发生概率，从而为城市建设发展，创造有利的条件。