钱塘江“20200707”洪水复盘及流域防洪风险研究

方 子 杰，仇 群 伊，陈 玮

(浙江省水利发展规划研究中心，浙江 杭州 310012)

0 引 言

洪水风险分析与评估作为一项非工程措施，是构建区域防洪减灾体系的重要组成部分，对洪灾损失评估、防洪救灾决策及防洪标准制定等具有重大意义[1-3]。目前，国内对流域洪水研究主要着重于洪涝调查评估、洪水预报计算方法提升优化等方面。在应对流域性强降雨与大洪水的对策措施方面，主要侧重于暴雨洪涝灾害的调查评估、洪灾防范及应急处置等研究[4-5]。灾害后的影响分析评估主要从暴雨特点、洪水总结分析、洪灾调查评估等方面进行研究总结，从而确定洪水量级，评估洪水风险，评价水库洪水调度与防洪效益[6-7]。

钱塘江是浙江省第一大河，河口环杭州湾经济区是浙江省政治、经济、文化中心以及人口与产业的集聚区，也是国家长三角一体化发展战略的“金南翼”。但钱塘江流域洪水多发，加上河口潮水顶托，水患不断。据统计1949年以来发生历史洪灾46次、历史潮灾40次，因此确保钱塘江流域防洪安全是浙江省防洪减灾工作的重中之重。对钱塘江流域的洪水分析研究，主要集中在典型暴雨洪水特点总结、洪水预报调度、灾害调查及暴雨分析等方面[8-9]。陶泉炜[10]、王超[11]等针对钱塘江流域“195506”暴雨洪水特点及洪水情况开展研究，分析洪水频率，通过构建水利计算数据模型，分析在现状工程条件下，应对特大洪水的防御方案及洪水风险；黄仕勇[12-13]对新安江流域“96·7”“99·7”特大暴雨及其洪水过程和洪水调度情况进行分析总结，重点对新安江水库入库洪水进行分析，并对水库洪水调度与防洪效益进行评价总结；万金红[14]、闵惠学[15]等对钱塘江某次洪水或者某场暴雨开展灾害调查分析。目前，对钱塘江流域典型场次洪水的系统性、全过程性的还原与分析评估，并且进行几种工况分析模拟与排查的研究较少。开展流域典型场次洪水复盘评估，有利于深入了解典型洪水的形成机理和发展过程，对于流域洪涝灾害预判与防范具有重要理论价值与现实指导意义。

2020年，浙江省经历了1949年以来历时第2长的梅汛期。钱塘江流域2020年5月29日入梅，梅雨期总共50 d，比常年偏长28 d，仅次于1954年的76 d，列历年梅雨期天数第2位。钱塘江北源新安江连续遭遇了9轮强降雨，在第8轮强降雨期间发生了“20200707”流域性大洪水。新安江水库发生建库61 a以来最大洪水，入库洪量最大、洪峰次高，同时出现建库以来最高水位108.39 m，首次9孔全开泄洪，这是钱塘江流域以及新安江水库的历史标志性事件。基于此，本文开展钱塘江“20200707”洪水复盘分析与流域防洪风险研究，鉴别防洪高风险区，摸清目前流域防洪薄弱环节及风险隐患点，有助于钱塘江流域防洪治理，提出针对性对策措施，确保流域“安澜无恙”。

1 研究区概况

钱塘江发源于安徽省休宁县，流域总面积55 491 km2，多年平均降水量在1 200～2 200 mm之间。钱塘江在浙江省建德梅城以上分南、北两源，南源兰江、北源新安江的流域面积分别为19 468，11 673 km2，各占全流域面积的35%，21%(见图1)。钱塘江流域浙江省境内分布有金衢盆地、杭嘉湖平原和萧绍宁平原，是浙江省人口及经济要素聚集地，防洪保护区人口约2 500万人，占全省50%，GDP约占全省58%。流域已建成大中型水库75座，总库容288.8亿m3，防洪库容26.9亿m3，初步形成以北源新安江、南源湖南镇等大型水库为骨干控制性工程，配以中小型水库与干支流堤防的防洪格局，基本构建了流域防洪减灾体系。目前，钱塘江流域主要防洪保护区防洪能力大部分为20～50 a一遇，流域内县级以上城市总体防洪能力在50 a一遇以上(含)，其中位于钱塘江河口的杭州市主城区为100 a一遇，新安江库区淳安县城及下游的建德、富阳城区为50 a一遇，桐庐县城约20～50 a一遇，但均还存在防洪薄弱环节。

图1 钱塘江流域水系

新安江水库是钱塘江流域最大的控制性枢纽工程，坝址位于钱塘江南北源汇合口建德市梅城镇上游32 km的北源新安江罗桐埠，控制流域面积10 442 km2，占新安江流域面积的88%。水库总库容216.3亿m3，防洪库容9.47亿m3，是一座具有多年调节性能的大(1)型水库。新安江水库原设计以发电为主，兼顾防洪供水等综合利用，可拦蓄洪水并与兰江进行错峰，对减轻下游洪涝灾害有着显著作用。富春江水库位于新安江水库下游的钱塘江干流富春江上，坝址在钱塘江南北源汇合口下游27 km处的芦茨埠，上游距新安江水库约60 km，下游距杭州市约100 km。富春江水库集雨面积31 645 km2，占全流域面积57%，总库容8.76亿m3，防洪库容仅0.78亿m3，属于日调节大(2)型水库，以发电为主，兼有航运灌溉等综合利用。

2 钱塘江“20200707”洪水概况

2020年梅汛期降雨及洪水主要发生在钱塘江流域北源新安江，以新安江与富春江(干流)两座大型水库的出入库洪水为例，剖析钱塘江“20200707”洪水并进行评估。

2.1 新安江水库出入库洪水

新安江水库控制北源90%洪量，此次最大3 d雨量227 mm，最大3 d洪量20亿m3；最大5 d雨量277 mm，最大5 d洪量26亿m3；最大7 d洪量41亿m3，超过50 a一遇设计洪量41亿m3。入梅以来，新安江水库入库水量约87亿m3，为建库以来最大。

新安江“20200707”洪水，入库洪水最大洪峰发生在2020年7月7日11：00，洪峰流量为22 100 m3/s，仅次于1969年7月5日最大洪峰23 350 m3/s，为新安江建库后次高。入库洪水还原为罗桐埠(新安江水库坝址)的天然洪水，洪峰流量约17 000 m3/s，洪峰频率约20～30 a一遇，位居历史大洪水第6，为建库后第2。经新安江水库调蓄，最大出库流量7 600 m3/s，削减洪峰14 500 m3/s，削峰率达到66%，发挥了巨大的蓄滞洪作用。新安江水库“20200707”入库洪水及优化调度后的出库流量过程线，如图2所示。

图2 新安江水库“20200707”洪水出入库流量过程线

2.2 富春江水库出入库洪水

富春江水库入库最大洪峰发生在2020年7月9日21：00，洪峰流量为15 500 m3/s，还原后的芦茨埠(富春江水库坝址)天然洪水洪峰约25 510 m3/s，重现期约50 a一遇，仅次于1955,1901年。富春江水库出库洪峰流量14 920 m3/s，通过上游新安江水库调蓄后比芦茨埠天然洪峰整整减少了10 000 m3/s左右，对下游河口地区的防洪安全起到了决定性的作用。富春江水库“20200707”洪水出入库流量过程线如图3所示。

图3 富春江水库“20200707”洪水出入库流量过程线

2.3 “20200707”洪水评估

钱塘江流域“20200707”梅汛洪水主要发生在北源新安江，新安江入库洪水洪量为建库以来最高，最大7 d洪量不仅超过了50 a一遇设计洪量，也超过了“19550618”洪水(主要发生在南源兰江)罗桐埠7 d洪量；新安江水库入库洪峰为建库以来次高，经洪水还原至未建库之前的天然工况，新安江罗桐埠洪水重现期约20～30 a一遇，库区上游渔梁梅汛洪水约50 a一遇。南北源汇合叠加后的下游富春江芦茨埠天然洪峰约25 510 m3/s，重现期约50 a一遇，仅次于1955,1901年。河口闻家堰与之江水文站洪水重现期大于50 a一遇。从钱塘江流域整体来看，“20200707”钱塘江洪水从自然属性上可界定为大于50 a一遇的流域性大洪水。

3 钱塘江流域防洪风险分析

钱塘江流域自1949年以来出现过两次标志性的历史洪水，一次是1954年的长梅汛，梅雨期长达76 d，累计面雨量1 666 mm，创历史记录；另一次是次年1955年发生的“19550618”特大洪水，干流富春江芦茨埠以及南源兰江兰溪均出现100 a一遇洪峰与100 a一遇7 d洪量。

浙江省成功防御钱塘江“20200707”流域大洪水，一方面得益于精细调度并全面发挥新安江水库防洪作用，另一方面也是因为新安江、兰江流域后续均未如气象所预报的持续强降雨。为科学研判钱塘江流域防洪风险，以钱塘江“20200707”洪水现状本底为基础，模拟遭遇1954年量级的流域强降雨，或者南源兰江再次发生“19550618”型历史洪水洪峰的境况，按照以下3种情况进行洪水风险模拟研究。

3.1 北源新安江洪水风险分析

本次洪水风险分析参考新安江九孔全开后还有300 mm左右持续强降雨的气象预报，以及1954年流域梅汛期强降雨累计降雨量1 666 mm的历史记录，以现状面雨量1 099.4 mm、库水位108.39 m为本底，按照50 mm面雨量递增，逐级模拟新安江流域后续持续50～500 mm强降雨的洪水风险，分析水库出入库洪量、下泄流量及库水位变化，评估库区与下游洪水风险，结果如表1和图4所示。

表1 新安江流域持续强降雨加大泄洪风险分析

图4 新安江流域持续强降雨水库加大泄洪风险

表1中最大下泄流量Q采用实用堰水力学公式计算：

式中：Q为水库下泄流量，m3/s；m为流量系数；ε为侧收缩系数；b为出流宽度，m；H0为计入行近流速的堰上水头，m。

通过10级持续强降雨(50～500 m)风险模拟可知，在现状新安江水库已9孔全开水位涨至108.39 m的情况下，流域持续强降雨如只增加50 mm面雨量，库水位上涨尚未超过移民水位，整体风险尚可控；若降雨再上一个台阶(100 mm)以上，库水位上涨就超过了水库20 a一遇移民水位线108.80 m，接近水库自由泄洪区控制线109.00 m，库区需要转移人口越来越多，整体风险开始失控，调度决策难以制定；在自由泄流状态下，当流域持续强降雨达到450 mm面雨量时，新安江水位超过了库区淳安县城50 a一遇防洪控制高程110.00 m线0.05 m，县城成为高风险区。

最不利情况(风险模拟10)，就是新安江库区持续强降雨再增加500 mm面雨量，累计降雨量达到1 599.4 mm，接近1954年累计降雨量1 666.0 mm，导致库水位涨至110.15 m，超过县城50 a一遇防洪控制高程0.15 m，县城成为极高风险区，主要道路受淹，局部低洼区水淹膝盖甚至水深齐腰，千岛湖镇变成一片汪洋，库区淹没损失加大；同时，新安江水库扩大泄洪，最大下泄流量9 773 m3/s，比现状增加了2 000 m3/s以上泄流量，加剧了下游富春江及河口地区防洪压力，水库洪水调度将面临“上下两难”，可能出现上下游同时受淹的被动局面，也无法实现与兰江洪水的进一步错峰，更无主动为下游削峰的能力，风险将变大失控。

3.2 南源兰江洪水风险分析

兰江“20200707”洪水洪峰频率不高，兰溪断面洪水过程线出现双峰，后峰8 260 m3/s，小于前峰10 900 m3/s。因新安江9孔全开下泄洪峰避开了兰江前峰，钱塘江南北源洪水汇流后的富春江实况洪水洪峰频率仅5～10 a一遇，还原为芦茨埠天然洪峰频率约50 a一遇，低于钱塘江“19550618”洪水100 a一遇洪峰。

以“20200707”兰江洪水现状为本底，以“19550618”兰江兰溪站最大洪峰19 000 m3/s为上限，新安江洪峰按照9孔全开最大泄流量7 600 m3/s控制不变，分别对兰江洪峰加大不同量级进行模拟，借此研判富春江下游及河口地区的防洪风险，结果如表2和图5所示。

表2 兰江洪峰加大后下游富春江洪水风险分析

图5 兰江洪峰加大后下游富春江洪水风险

通过以上6种风险模拟，可见兰江洪峰量级加大导致下游防洪风险逐步加大恶化。新安江最大下泄流量如遭遇兰江洪水前峰10 900 m3/s(风险模拟2)，则富春江水库洪峰就超过了流域规划要求的富春江水库2%控制下泄流量18 000 m3/s，预计闻家堰与之江断面洪峰超过20 000 m3/s量级，富春江下游及河口地区，特别是桐庐老城区与富阳等局部地方就会出现险情；如新安江最大下泄流量遭遇兰江50 a一遇控制流量15 300 m3/s(风险模拟5)，富春江洪峰将近23 000 m3/s，预计闻家堰与之江断面洪峰超过25 000 m3/s量级，兰溪及富春江下游河口地区成为高风险区，防洪压力剧增，风险较大；考虑最不利的极端情况(风险模拟6)，如新安江最大下泄流量遭遇“19550618”兰江洪峰19 000 m3/s，富春江洪峰26 600 m3/s超过了50 a一遇频率，预计闻家堰与之江断面洪峰接近30 000 m3/s大关。此时，因新安江水库已经畅泄，上游其他水库亦已饱和，现有工程措施与调度手段有限，仅能依靠沿江堤防工程抵御洪水，兰溪和流域下游地区将面临非常高的防洪风险，局部薄弱地方将会产生极大风险。

3.3 南北源洪水叠加风险分析

前面单独分析了钱塘江流域南北源新安江与兰江的洪水风险，若干流富春江叠加上游南北源新安江与兰江汇流洪水风险，“南北夹击”，富春江及下游河口地区就会再次遭遇100 a一遇的流域特大洪水，风险快速跃升，兰溪及富春江下游杭州主城区属于极高风险区。这是最不利情况，需要对洪水叠加风险加以深入研究与防范，结果如表3和图6所示。

图6 钱塘江流域新安江与兰江洪水风险叠加组合

表3 钱塘江流域南北源新安江与兰江洪水风险叠加组合分析

新安江流域持续强降雨，若再增加面雨量100,200,300 mm，同时分别遭遇兰江洪水前峰10 900 m3/s与兰江洪峰增加4 000,6 000 m3/s等3种不同组合(风险模拟1，2，3)，则富春江叠加洪峰分别为19 237,21 097,23 480 m3/s(相当于“19550618”芦茨埠洪峰的66%,73%,81%)，分别超出流域规划要求的富春江水库2%控制下泄流量的7%,17%,30%，预计闻家堰与之江水文站洪峰分别超过21 000,23 000,26 000 m3/s。

最不利极端组合(风险模拟5)，就是新安江流域持续强降雨再上一个台阶，即增加400 mm面雨量，同时与“19550618”历史洪水兰江洪峰组合，这种工况相当于“19550618”钱塘江洪水重演以及新安江未建库情况。在该工况最不利组合下，富春江叠加洪峰为28 519 m3/s，超出富春江水库流域规划2%控制下泄流量的58%，已接近“19550618”洪水芦茨埠洪峰29 000 m3/s，预计闻家堰与之江水文站洪峰突破30 000 m3/s大关，甚至超过31 000 m3/s，为百年一遇流域性特大洪水。兰江以及钱塘江整个下游河口地区将承受巨大的防洪潮压力，兰溪市与杭州市都将成为高风险区，流域防洪形势将全线吃紧，局部薄弱地方将会险象环生，风险极大。

4 科学认识流域防洪风险

钱塘江流域洪涝灾害主要由梅雨引发，具有梅期特别长、梅雨总量特别大、强降雨区域重叠、“多峰”等特征，梅雨洪水具有累积效应，防洪风险大。1949年以来，钱塘江流域发生的最大洪水是“19550618”特大洪水，也是有据可查的历史最大洪水(超过了1901年)，干流富春江芦茨埠以及南源兰江兰溪断面均出现100 a一遇洪峰与100 a一遇7 d洪量。自从新安江大型水库建成之后，至“20200707”洪水发生之前，60 a来钱塘江干流未发生50 a一遇以上的流域性大洪水。因此，流域防洪前几年一直聚焦在中游的兰溪市以及个别未达标的防洪保护区等防洪薄弱环节。

经复盘与还原，“20200707”钱塘江洪水属于大于50 a一遇的流域性大洪水。通过进一步的洪水风险研究，若新安江流域持续强降雨达到1954年梅雨期累计面雨量1 600 mm以上的量级，或者兰江遭遇“19550618”型洪水100 a一遇洪峰，则富春江芦茨埠均会出现“19550618”量级洪峰，闻家堰与之江水文站洪峰将是此次洪水实际洪峰的1.72倍，将面临100 a一遇的流域性特大洪水灾害。目前，钱塘江流域尚不具备整体防御50 a一遇流域性大洪水的能力，只能基本保障县级以上城市城防安全；若进一步遭遇100 a一遇的流域性特大洪水，杭州市主城区防洪安全也将面临严重挑战，其他县级以上城市将不设防。

通过“20200707”洪水还原及风险研究，充分暴露出钱塘江下游地区的防洪薄弱环节与短板，需高度重视梅雨洪水累积效应所带来的防洪风险，充分认识流域中下游地区的防洪短板。钱塘江中下游地区是全流域乃至浙江省的人口与产业集聚区，城市化程度高、社会经济发达，现状防御能力仍然存在较大甚至极大的防洪风险。钱塘江流域除防洪高风险地区兰溪和兰江富春江库区外，还要高度重视富春江大坝下至杭州闻家堰河段防洪安全。

5 防洪风险对策及建议

钱塘江流域发生50 a一遇流域性大洪水是客观存在的，河口特大城市杭州市遭遇100 a一遇特大洪水的风险也是长期存在的。目前整个防洪体系尚存在防洪薄弱环节，流域防洪工作不能“高枕无忧”，不仅需要严密防范50 a一遇流域性大洪水，更要认真研究河口特大城市防御100 a一遇特大洪水事件。流域防洪是一项长期性、艰巨性、复杂性的系统工程，要加快流域系统治理，工程措施与非工程措施并重，其中非工措施在应对流域超标准洪水风险中能起“事半功倍”作用，要更加注重非工程措施的应用。

5.1 从源头到河口完善流域工程体系

加快流域系统治理，构建从源头到河口“江河湖海”一体化防御的流域防洪减灾工程体系。其中，上游源头地区要加快开化水库等流域规划的防洪控制性枢纽工程建设；中游重点实施钱塘江治理工程，开展钱塘江干堤加固与城市防洪提标建设，补强城市扩展区防洪排涝薄弱环节，县级以上城市防洪标准整体提升到50 a一遇以上，确保城市防洪保护圈闭合，预留应对超标准洪水应急措施；下游河口地区实施“海塘安澜千亿工程”，钱塘江河口环杭州湾区杭州、嘉兴、绍兴、宁波等沿海沿线中心城市防洪(潮)标准整体提升到300 a一遇。

5.2 加快研究新安江水库功能调整

新安江水库是钱塘江流域控制性大型水利枢纽工程，是流域防洪的中流砥柱、重中之重。水库原规划设计以发电为主，兼顾防洪、供水等综合利用，前后两轮流域综合规划与防洪规划，均明确要充分发挥新安江等已建大中型水库的防洪作用，增强其防洪功能。

经过62 a的运行，新安江水库上下游社会经济条件与需求均已发生重大变化。目前，库区108.00 m高程以下移民搬迁政策已基本落实，淳安县城和主要乡镇驻地已搬迁至108.80 m以上高程，同时千岛湖库区临湖地带实施了综合整治，保证了水库高水位运行的可能。下游河口环杭州湾经济区社会经济快速发展，对防洪与水资源利用提出了更高的要求，对标对表“重要窗口”建设新目标新定位，杭州市防洪潮标准需要提高到300～500 a一遇，同时新一轮浙江省水资源总体规划与钱塘江河口水资源配置规划均对优质水资源需求提出了更高更好的要求。随着流域经济社会的发展，水库承担的功能与任务已发生重大变化，新安江水库的功能应以保障上下游防洪安全、保障环杭州湾经济区供水为主，其承担的发电任务可由电网综合调整、结合发挥。因此，建议流域综合规划中对新安江水库功能任务作出明确调整，以防洪、供水为主，结合发电等综合利用。同时，进一步优化提升新安江水库洪水调度决策程序与调度机制，建议赋予浙江省级对新安江水库防洪相机调度的权限，增强防汛和水资源调度主动权和优先权，充分发挥水库综合效益。

5.3 研究提升大中型水库防洪能力

在当前不具备大规模建设防洪水库的条件下，需要进一步研究提升大型及重要中型水库防洪能力的可能性。对于浙江省湖南镇、碗窑等部分大中型水库，上一轮防洪规划就明确要调整汛限水位，以增加防洪库容提升防洪能力，但因涉及水资源综合利用、政策处理与利益协调等诸多问题，至今未落实到位。对湖南镇等部分原规划移民标准未达标的大中型水库，要加快库区政策处理，提高移民标准至规划的20 a一遇，进一步提升水库防洪能力。同时，研究制订大中型水库防洪能力提升措施及配套政策，探索研究防洪水库洪水保险，开展可行性研究与试点工作，研究制订洪水保险基金。

今后防洪调度中，要持续提升钱塘江流域防洪减灾数字化平台作用，以提高水库防洪调度的精准性与智能化；同时，可考虑汛期运行水位动态控制，在水库汛限水位不变的情况下，预报有大洪水或连续强降雨过程时，可提前采取水库预泄措施，腾出更多调节库容以调节将要发生的洪水。例如浙江省宁波市的甬江流域亭下、横山、周公宅、皎口、四明湖、双溪口、梁辉、陆埠等8座主要大中型水库拟通过增设泄洪洞与放空洞，在台汛期可提前48 h预泄水库水量，设计50 a一遇预泄总水量为19 635万m3，总规模将近2个亿的预泄水量可大幅度提升甬江流域防洪能力[16-17]。

浙江省梅汛期往往具有多轮降雨的特点，要研究优化梅汛期水库调度方案，尽可能增大第一波梅雨洪水的拦蓄能力；抓住梅雨各轮降雨间隔期，当河道主要控制断面水位在警戒水位以下时，尽快腾库，尽可能降到汛限水位，为下一轮降雨及大洪水提前腾空防洪库容，增强水库调度的灵活性。如衢江、兰江，2020年9场降雨各有16，13 d降雨间歇期，宜密切观测兰溪等控制断面水位变化，当低于警戒水位时，紧紧抓住有限的降雨间歇期，尽快腾空上游湖南镇、碗窑等大中型水库防洪库容。

6 结 语

本文基于钱塘江“20200707”洪水复盘与风险模拟，分析了梅雨洪水累积效应所带来的流域防洪风险，评估了当前钱塘江流域防洪体系存在的薄弱环节。研究表明：钱塘江流域仍存在发生50 a一遇大洪水甚至100 a一遇特大洪水的风险，新安江库区、兰江兰溪及富春江下游杭州市是流域防洪高风险区，需高度重视梅雨洪水累积效应所带来的防洪风险。研究成果已在新安江水库控运计划制订、钱塘江流域洪水调度方案修编、钱塘江流域防洪减灾数字化平台中应用，为科学防御钱塘江流域洪水提供了技术支撑。

防御流域超标准洪水，除进一步完善流域硬件基础设施，更好发挥新安江等大型水库“防洪重器”作用外，还要更加注重软件基础设施建设，发挥数字化平台作用。后续应按照水利部数字孪生流域建设总体部署要求，以钱塘江防洪减灾数字化平台为基础，升级打造“数字孪生流域”，更好应对流域特大洪水。