张家港市中心城区防洪安全与洪水资源化分析

顾克勤， 宋凯璇， 石永杰， 陆益忠， 徐沛力， 刘 俊

(1.张家港市天源水利设计院有限公司， 江苏 苏州 215600； 2.河海大学水文水资源学院， 江苏 南京 210098)

洪水灾害历来是我国危害最大、影响面最广、发生频率最高的自然灾害之一[1]。因此正确评估城市排水防涝的风险，准确预报城市洪水及其影响范围显得尤为重要[2]。目前，利用数值模拟技术，建立区域水文水动力模型，分析预测城市洪水风险，对解决城市防洪排涝问题具有重要意义[3]。近年来，随着治水思路的不断拓展，“洪水资源化”概念已逐渐成为学界共识[4]，科学开发利用洪水资源成为重要趋势[5]。在有效控制洪水风险的前提下科学合理地利用和调度流域水利工程，有效利用洪水，解决水资源短缺危机和提高洪水资源化利用程度越来越受到重视。

以张家港市中心城区为研究对象，分析计算超标准洪水条件下的河道风险以及可利用的洪水资源量，为张家港市中心城区防洪预报、洪水资源配置提供依据。

1 研究区域现状

论文研究区域位于张家港市中心城区，张家港市地处长江下游南岸，江苏省东南部，属长江流域太湖水系，北部长江水域宽阔，绝大部分是广袤的平原；境内降雨充沛，多年平均降水量约为1 025.7 mm；区域内水系发达，河网相互交织、贯通，水文条件复杂。中心城区位于张家港市二干河以西、朝东圩港以东、南横套以南、环城河以北的区域，总面积约为53 km2。区域内共有8条骨干河道，分别为朝东圩港、环城河、一干河、新市河、新沙河、南横套、东横河、二干河。

由于张家港市受长江风暴潮、武澄锡虞区域洪水和当地暴雨涝水的三重威胁，大大增加了张家港市中心城区的防洪排涝压力，且区域内多余过境洪水仍以排为主，未能在满足防洪安全的前提下科学合理地利用洪水资源。因此，有必要对中心城区的防洪风险以及洪水资源化利用进行研究，以增强张家港市中心城区防洪预警能力，缓解水资源短缺等问题。

2 模型构建

结合张家港市中心城区水文水利特性以及下垫面情况，以MIKE11为建模基础建立研究区水文水动力模型。主要采用MIKE11模型的水动力(HD)模块完成河网模型的建立，该模块主要包括河道长度、断面尺寸、水面率、河道糙率、断面形状、水工建筑物的规模和调度方式等。论文对张家港市中心城区的骨干河网、主要输水河道和主要水工建筑物特别是入江闸站进行了概化。

2.1 河网概化

河网概化以张家港市中心城区为范围，概化市级骨干河道，包括朝东圩港、一干河、南横套、沙漕交界河、东横河、环城河、新市河、新沙河、二干河、盐铁塘、三丈浦、奚浦塘、华妙河、西旸塘、新西河，加密概化二环范围内的中心城区河网并概化入江闸站。

2.2 参数率定

根据现状水利工程布设以及防洪调度规则，比较模型计算出的节点水位与设计水位。采用《张家港市城市防洪规划(2015—2030年)》报告中南横套、谷渎港、界罗港、芦浦塘4处典型断面的50年一遇和100年一遇设计水位值进行验证。率定与验证结果见图1、图2。

图1 50年一遇设计水位率定结果

图2 100年一遇设计水位验证结果

率定结果表明，与《张家港市城市防洪规划(2015—2030年)》中计算的现状条件下各断面最高水位相比，最大误差0.10 m，最小误差0.01 m，节点平均误差0.05 m，说明模型计算结果基本可以反映实际情况，模型所率定参数成果可靠。

3 中心城区防洪安全分析

3.1 长历时设计暴雨计算

张家港市河网水位计算所选用的雨量站包括张家港闸站、十一圩闸站和杨舍站等3个雨量站，资料系列长度为1965—2015年。采用年最大值法选样并进行频率计算，通过适线法得到不同时段的面雨量各统计参数及200年一遇设计面雨量。

对张家港市历年洪涝灾害情况分析表明，1954、1962、1991、2005、2011、2015年是张家港市城市洪涝灾害的代表性年份。基于对张家港市典型洪涝的分析，选择张家港市1991年7月1日至7月7日的逐日降雨作为典型暴雨过程，采用同频率法按1 d、3 d、7 d雨量缩放得到逐日设计面雨量过程，再采用同倍比法缩放获得张家港市7×24 h的200年一遇设计暴雨过程，作为模拟的降雨输入数据，设计暴雨过程见图3。

图3 张家港市7×24 h的200年一遇设计暴雨过程

3.2 潮位边界

张家港市域南部以张家港河水位为控制边界，北部以长江潮位为边界，采取较为不利的潮情组合，长江潮位边界条件采用1991年张家港市沿江闸边界实际逐时潮位过程。根据1991年江阴肖山站、常熟浒浦闸长江逐潮高低潮位资料插补推求1991年张家港市沿江闸边界逐时潮位过程，基本方法是根据各闸地理位置采用内插逐潮高低潮位及相应潮时。

3.3 骨干河道洪水位计算

在现状工况下，利用MIKE11模型模拟计算200年一遇降雨条件下张家港市中心城区骨干河网的设计洪水过程，得到200年一遇超标准洪水条件下各河道不同断面处的最高水位，城区主要河道节点的最高水位见表1。

表1 城区主要河道节点超标准洪水最高水位

3.4 洪水风险分析

从张家港市域超标准洪水计算模拟结果来看，中心城区在遭遇200年一遇超标准洪水时，河道水位均未超过5.5 m，现有堤防高度基本可以满足该标准的要求，城市现状防洪圈遇超标洪水漫顶决口的可能性较小。城区部分骨干河段超标准洪水最高水位可达5.45 m以上，接近现有的河道堤防高程，需注意加固堤防，防范防洪安全隐患。

环城河、东横河及新市河部分河段位于中部南片防洪分片内，在遭遇超标准洪水时，河道水位易接近堤防高程，且其靠近中心城区，一旦溃堤将造成较大损失，应着重对相关河道的险工险段进行加固。中心城区位于其他防洪分片内的河道，其堤防高程基本可以满足200年一遇超标准洪水的要求。

4 洪水资源化分析

4.1 洪水资源量计算

根据研究区域骨干河道的常水位和超标准洪水位，结合河长及断面等资料分别计算出2种水位条件下中心城区8条骨干河道的槽蓄量，从而推求出超标准洪水(200年一遇)条件下研究区域的洪水资源量。具体计算成果见表2。

根据表2可知，常水位条件下，研究区域骨干河道槽蓄量约为629.97万m3，而在超标准洪水(200年一遇)条件下的研究区域骨干河道槽蓄量约为963.60万m3。因此，在超标准洪水(200年一遇)条件下，研究区域可利的洪水资源量约为333.63万m3。

表2 超标准洪水(200年一遇)条件下研究区域洪水资源量

4.2 洪水资源化利用

基于上述超标准洪水下的洪水资源量，张家港市仍需加快转变传统水利思想，不断推进洪水资源化的深入研究，结合国内外研究成果与实践经验，立足自身区位优势，因地制宜开展洪水资源化工作，不断提高防洪减灾能力与洪水资源化管理水平，实现人水和谐。从工程措施和非工程措施两方面实现洪水资源科学有效利用。

4.2.1 工程措施

(1)推进河道水利工程的建设进程，利用拦河闸等水利设施，将河流分为若干段，逐段就地利用河流洪水资源，增强河道的拦蓄总量，提高对洪水的调蓄能力。

(2)在加快拦河闸建设的同时，修建引、蓄、排配套工程，增强控制洪水和利用洪水资源的能力。

4.2.2 非工程措施

(1)加快洪水资源开发利用决策支持系统建设，加强对洪水资源的科学管理和统一调度，充分利用现代科学技术手段管理和调度洪水资源，为建立洪水资源科学利用和调度信息系统奠定基础。

(2)强化洪水资源意识，优化洪水资源配置，能够发挥其最大的经济效益，推进法制建设的步伐，建立健全洪水资源利用与管理的运行机制。

5 结 论

张家港市中心城区在遭遇200年一遇超标准洪水时，河道水位均未超过5.5 m，现有堤防高度基本可以满足该标准的要求，城市现状防洪圈遇超标洪水漫顶决口的可能性较小。在超标准洪水(200年一遇)条件下，中心城区可利用的洪水资源量约为333.63万m3，可基于上述洪水资源量，提出洪水资源利用的相关措施。