官云飛，陳竽舟，賴東亮，葉林，吳德成

(1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002；2.杭州市臨安區(qū)水利水電局，浙江 杭州 311300)

城市是一個地區(qū)的政治、經濟、文化中心，是區(qū)域人口、產業(yè)、資源高度集聚的核心載體，在推動國民經濟和社會發(fā)展中起主導作用[1]。隨著我國城市化進程的持續(xù)推進，城市規(guī)模快速擴張，社會資源進一步聚集，同時受水雨工情、下墊面、水文氣象、邊界條件等因素的變化影響，使得同頻率洪水受災風險及其損失程度增加[2- 3]。另一方面，人民生活水平不斷提高，人民群眾對除水害興水利的需求與水利工程能力不足的矛盾，逐步轉變?yōu)槿嗣袢罕妼λY源水生態(tài)水環(huán)境的需求與水利行業(yè)監(jiān)管能力不足的矛盾[4]，城市建設對河道及沿岸景觀、環(huán)境、文化等綜合利用的需求逐步凸顯。

山區(qū)城市域內多山，河流多為山溪性河流，坡陡流急，洪水暴漲暴落，具有匯流快、預測預報難度大、峰高量大、破壞性強、地質地貌復雜、易誘發(fā)山地災害等特點[5]。傳統(tǒng)城市防洪工作關注重點是大江大河及大中型水庫建設與管理，目前已形成較為完善的洪水災害防御體系，但是山區(qū)城市中小流域在開發(fā)建設過程中，由于水土流失、河道水域侵占、涉水工程建設以及特定地形與氣候影響下，遭遇暴雨洪水時更容易出現(xiàn)災害。

目前很多城市總體規(guī)劃已近本輪規(guī)劃期末，正在開展新一輪的城市總體規(guī)劃編制，防洪規(guī)劃作為其中特別重要和相對獨立的專項規(guī)劃，應充分結合城市發(fā)展的動態(tài)及需求，為城市防洪建設提供指導，確保城市防洪安全?；谏鲜龇治?，對新形勢新常態(tài)下的山區(qū)城市防洪規(guī)劃要點進行探討具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究方法

山區(qū)性河道河底縱坡陡，水利要素變化大，因此本次研究采用一維恒定非均勻流計算方法為主，堰壩、橋梁等交叉建筑物采用寬頂堰公式概化計算。

恒定非均勻流基本方程如下：

(1)

式中，Z1、Z2—上下游斷面水位；V1、V2—上下游斷面平均流速；Q—斷面間流量；ΔS—斷面間距離；ζ—局部阻力系數(shù)；α—流速系數(shù)；K—平均流量模數(shù)。

通過實測斷面構建一維恒定流水利計算模型。根據(jù)已知的下斷面水位、流速、斷面間距離、流量、與斷面形狀有關的局部阻力系數(shù)、流速系數(shù)、流量模數(shù)，以及上斷面水位與流速的關系，利用試算法逐步尋優(yōu)求解。

由于城區(qū)河段涉及橋梁等交叉建筑物較多，橋墩形狀、角度、數(shù)量、過水面積、橋梁間距等都會對橋梁上游壅水產生影響，且密集多橋時壅水影響會向上游累積，產生疊加效應[6]，因此反映橋梁壅水情況是研究重點之一。目前河道中交叉建筑物的模型參數(shù)選取研究成果較少，本次采用橋孔水力公式[7]、橋涵水文公式[8]等經驗公式進行橋梁壅水計算，并將經綜合比選后確定的壅水計算成果及相應交叉建筑物參數(shù)代入一維恒定流水利計算模型中。

橋孔水力公式如下：

(2)

橋涵水文公式如下：

(3)

式中，Δz—橋前最大壅水高度；K—壅水系數(shù)；vM—沖刷后橋下平均流速；v0M—建橋前橋孔部分的平均流速。

2 研究區(qū)概況

臨安區(qū)位于浙江省西部，東苕溪流域上游，東鄰杭州市余杭區(qū)，是杭州西部重要的工貿城市和以山水風光為特色的旅游城市，總面積3126.8km2。本次重點研究臨安區(qū)東部片區(qū)，土地面積、人口、GDP、工業(yè)增加值分別占整個臨安區(qū)的30%、65%、56%、73%，是臨安區(qū)的政治經濟文化中心。

流域內地形西北高東南低，差別懸殊，地處天目山脈，地形變化復雜，低山丘陵和寬谷盆地相向排列，交錯分布，三面環(huán)山，向杭州灣開口，形成一個東南向的馬蹄形屏障。流域地處東南沿海地區(qū)，每年7—10月間易受熱帶風暴或臺風的侵襲，每當臺風過境或受臺風邊緣影響時，挾帶大量水汽受地勢抬升作用，易形成降水過程，尤其是在9、10月間，北方有冷空氣南下時，加速冷凝，往往形成強烈的臺風暴雨。

流域內主要水系有南苕溪及中苕溪，屬典型的山溪性河流，源短流急，洪水暴漲暴落。南苕溪臨安區(qū)境內長55km，流域面積686.5km2，沿途匯入南溪、馬溪、錦溪、橫溪、靈溪、雙林溪等中小河流，集雨面積12.4～128km2，間有東苕溪流域及杭州市重要防洪大型水庫-青山水庫，位于臨安主城區(qū)及青山科技城之間。中苕溪臨安區(qū)境內長31.5km，流域面積186.6km2，沿途匯入仇溪、白水溪等中小河流，集雨面積40～42km2。研究區(qū)域水系如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域水系圖

3 規(guī)劃要點探討

3.1 防洪現(xiàn)狀及存在問題

規(guī)劃區(qū)洪水災害成因一方面是受地形氣候影響，河流多為山溪性河流，坡陡流急，洪水暴漲暴落，在特定的地形和氣候條件下，洪水漫溢，極易成災。另一方面是城市建設設施布局與城市防洪工程體系不匹配，主要表現(xiàn)在河道內橋梁、堰壩等建筑物布置不盡合理，部分河段存在淤積問題，河道過流能力欠缺，泄流不暢；同時內部排水體系與市政排水系統(tǒng)不匹配，城市建設的快速推進打破原有的排水系統(tǒng)，導致部分區(qū)塊稍有降雨就發(fā)生內澇。

本流域目前已初步形成“上蓄、中疏、下泄、內排”的防洪減災體系，其中上蓄包括里畈水庫、青山水庫、水濤莊水庫，中疏下泄包括固堤順溪、堤防提標改造、阻水橋梁拆除等，內排主要是地勢低洼區(qū)塊新建排澇泵站，使臨安城市防洪能力得到了顯著提高，在歷年防洪減災中發(fā)揮了重大作用。目前臨安主城區(qū)防御南苕溪、錦溪、馬溪洪水能力尚未完全達到50年一遇；青山片防御南苕溪干流洪水能力基本達到20年一遇，內部排澇能力5～10年一遇；中苕溪片防御中苕溪干流洪水基本達到20年一遇，仇溪、白水溪則防洪能力不足5年一遇。

目前臨安城市防洪主要存在以下方面的問題：一是流域洪水源頭控制能力仍顯不足，城區(qū)防洪壓力較大。南苕溪臨安站以上集雨面積288km2，50年一遇3d洪量為0.85億m3。目前南苕溪上游已建有里畈水庫，壩址以上集雨面積83.0km2，占南苕溪青柯堰以上流域面積的36%，占臨安站以上流域面積的29%，占長橋以上流域面積的24%；水庫設有防洪庫容789萬m3，占50年一遇3d洪量的9.3%?，F(xiàn)有防洪水庫控制面積的占比不大，防洪庫容占比較低，加之水庫下游河道過流能力相對有限，使得南苕溪流域洪水源頭控制能力仍顯不足。此外，里畈水庫1993年擴建工程實施時，考慮主城區(qū)防洪標準僅為20年一遇，與目前50年一遇防洪標準已不相適應。此外，錦溪、馬溪、橫溪、靈溪規(guī)劃范圍以上流域面積分別占全流域面積的24%、75%、34%、57%，目前河道上游均無控制性工程。中苕溪上游已建有水濤莊水庫，壩址以上集雨面積58.0km2，也僅占臨安區(qū)中苕溪集雨面積的31%。主城區(qū)及周邊待開發(fā)地區(qū)均位于青山水庫庫尾，受青山水庫回水頂托影響，易造成排水不暢。綜上所述，臨安城區(qū)現(xiàn)狀防洪壓力仍然較大。

二是河道過流能力欠缺，行洪排澇不暢。歷史上臨安城區(qū)河道由于防洪堤標準不高或者無堤防，且防洪堤質量較差，屢遭洪水掏空決堤，河道卡口眾多，蜿蜒曲折，也易造成行洪不暢。隨著經濟社會的發(fā)展，河道經過逐年整治，防洪堤標準有所提高，但是部分河段現(xiàn)狀過水斷面仍然偏窄，且河道內橋梁、堰壩等建筑物布置不盡合理，洪水期存在較大的阻水問題。同時部分堰前河段存在淤積，導致行洪面積縮減，泄流不暢。

三是防洪工程功能單一，與城市建設協(xié)調性不足。南苕溪、錦溪、馬溪、橫溪、靈溪、中苕溪、環(huán)青山湖是臨安城市濱水景觀的主軸線，位于臨安城市發(fā)展的核心區(qū)塊，其沿線區(qū)塊是未來臨安的重點景觀地帶。近年來臨安城區(qū)快速發(fā)展，對河流治理提出了防洪、景觀、環(huán)境、文化等綜合功能要求。根據(jù)調查了解，目前城區(qū)河道及防洪工程存在設施陳舊，堤頂路與綠化分界線不明顯，阻水建筑物較多，堰壩布置不盡合理，橡膠壩老化嚴重，景觀較為生硬單一，親水性不足等問題。

3.2 防洪分區(qū)及規(guī)劃標準

城市防洪標準的確定除與城市規(guī)模、社會經濟地位和城市洪災類型組合相關外，還與城市歷史洪災成因、自然與技術經濟條件等相關。城市因受山地或河流自然地形分隔為若干設防分區(qū)時，可根據(jù)各防護區(qū)的重要性選用不同的防洪標準[9]，不能一概而論。本次根據(jù)防洪保護對象所處的地理位置、地形條件、洪水組成等因素，以封閉包圍圈劃分防洪保護分區(qū)，如圖2所示。GB 50201—2014依據(jù)《防洪標準》，各分區(qū)常住人口一般小于20萬，當量經濟規(guī)模一般小于40萬，防洪標準應采用20～50年一遇。根據(jù)防護區(qū)的重要性、經濟社會發(fā)展趨勢、規(guī)劃用地布局、常住人口及當量經濟規(guī)模、現(xiàn)狀

防洪能力、可行工程措施等方面綜合考慮，從而確定各分區(qū)規(guī)劃標準，如圖2所示。

圖2 規(guī)劃分區(qū)設防標準圖

3.3 規(guī)劃工程總體布局

城市防洪規(guī)劃方案以城市總體規(guī)劃和所在流域防洪規(guī)劃為指導，從政治、社會、經濟、環(huán)境、技術等各類指標加以分析比較，從中選擇最優(yōu)方案，為城市防洪工程建設提供科學決策依據(jù)[10- 11]。南苕溪、錦溪、馬溪、中苕溪現(xiàn)有堤線已基本定型，兩岸堤防及堤身外側均為已建城區(qū)或正處于開發(fā)建設中，向兩岸拓寬的余地不大，青山湖岸線已經劃定，橫溪、靈溪、雙林溪目前則開發(fā)程度較低。受上游控制性工程不足、交叉建筑物阻水、河道過流能力欠缺、區(qū)間洪水占比高、青山水庫回水頂托等因素影響，城區(qū)防洪壓力仍然較大。根據(jù)規(guī)劃防洪標準及現(xiàn)狀存在問題，擬采取 “上蓄”、“中疏”、“固堤”、 “地面高程控制”相結合的治理措施，制定如下治理方案：

“上蓄”：通過里畈水庫加高擴容、青山水庫防洪能力提升，以及仇溪上游新建高家頭水庫等措施，進一步增加上蓄工程攔蓄能力，提升水庫對源頭洪水的控制。

“中疏”：以河道整治為主，包括河道拓寬疏浚，增加行洪過水面積，確保排水通暢，提高區(qū)域水面率及雨洪滯蓄能力；阻水建筑物改造，增加過流能力；沿線堤防型式調整優(yōu)化，減少行洪影響；局部河段清淤疏浚，恢復過流能力。

“固堤”：堤防加固改造，結合現(xiàn)狀岸段情況及治理需求，進行城區(qū)堤防修建、老堤防的固腳防沖和加固加高，以及堤防生態(tài)化改造等。

“地面高程控制”：結合城市開發(fā)建設，居住用地、工業(yè)用地、公共設施用地等重要區(qū)塊填高地面，城市綠地、公園廣場等一般區(qū)塊適當降低地面高程，改善城市環(huán)境面貌以及提高內澇防治能力。

3.4 非工程措施研究

山區(qū)城市防洪非工程措施除了建立完善防洪應急預案、水情監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、防洪減災指揮決策系統(tǒng)等常規(guī)措施外，還應從全社會整體角度出發(fā)建立“政府主導、部門聯(lián)合、公眾參與”，具備調控性、適應性及應急性的防洪減災應急體系[12]。針對超標準洪水要做好組織、物資、思想上的準備，并科學、合理地規(guī)劃建設一批城市防洪避難安置點，使洪水災害減輕至最低程度[13]。

另外根據(jù)臨安區(qū)城市防洪形勢及特點，非工程措施還應重點關注：

(1)加強海綿城市建設，統(tǒng)籌自然降水、地表水和地下水的系統(tǒng)性，協(xié)調給水、排水等水循環(huán)利用各環(huán)節(jié)[14]。結合市政排水部門，加強城市排水管網整治，對城區(qū)內部排水渠系、排水管網進行延伸及清淤疏浚，保障城市防洪排澇安全。對局部地區(qū)由于地勢低洼，且受到河道洪水頂托、市政雨水管網排水能力不足的影響，通過設置臨時排澇設施，搶排強排城市積水，緩解城市內澇點壓力[15]。

(2)境內河流多為山溪性河流，坡陡流急，地表侵蝕與河床沖刷產生的泥沙往往容積淤積在堰壩等建筑物上游，逐年累積導致河道過流能力減小，需建立河道輪疏機制，定期不定期開展河道輪疏，確保河道行洪安全。

(3)由于臨安區(qū)所處的特殊地理位置，其主城區(qū)城東濱湖區(qū)塊及環(huán)青山湖大部分區(qū)域都位于青山水庫校核洪水位以下，考慮到青山水庫防洪的重要性，從保證水庫防洪功能出發(fā)，今后涉及庫岸周邊回填區(qū)塊的開發(fā)建設，岸線布置必須嚴格遵循《杭州市青山水庫管理和保護范圍劃定方案》確定的管理控制線坐標點以及邊坡設置的要求，堤頂或擋墻高程31.7m，地坪控制高程不得高于31.2m。其余區(qū)塊結合城市開發(fā)建設，按照控規(guī)合理控制地面標高，居住用地、工業(yè)用地、公共設施用地等重要區(qū)塊可以適當提高地面標高，城市綠地、公園廣場等一般區(qū)塊適當降低地面標高，改善城市環(huán)境面貌以及提高內澇防治能力[16]。

(4)加強河道上建設橋梁、堰壩等涉河建筑物的管理，建議現(xiàn)狀存在阻水影響的建筑物有條件的按照要求進行改造。規(guī)劃范圍內河道多為山溪性河道，建議少建不建實體堰壩，多采用氣盾壩、翻板壩等型式，以減少堰壩壅水影響，同時應加強氣盾壩維修養(yǎng)護及標準化管理，確定洪水期間安全調度運行，洪水來臨前氣盾壩擋水板置于水平。

(5)青山片南苕溪兩岸保護對象包括省科創(chuàng)基地、青山湖科技城、青山湖街道老鎮(zhèn)區(qū)，是臨安區(qū)重點開發(fā)建設中心區(qū)之一，也是杭州城西科創(chuàng)大走廊的重要組成部分。根據(jù)青山水庫現(xiàn)狀實際運行調度來看，青山片南苕溪基本達到20年一遇防洪標準，雖然能夠滿足現(xiàn)階段防洪要求，但隨著杭州市經濟發(fā)展逐步向西推進，城西科創(chuàng)大走廊產業(yè)帶不斷擴大，青山片作為臨安區(qū)科技城中心，其重要等級將進一步提升，保護范圍和人口也不斷增加。因此建議盡早開展青山水庫調度優(yōu)化、青山片南苕溪防洪治澇標準與社會經濟發(fā)展的匹配性及防洪排澇能力提升研究。

(6)加強城市規(guī)劃建設與管理，協(xié)調城市防洪與城市建設的關系，開展雨洪資源化利用[17]、洪水保險[18]等相關研究。

4 結語

本文以新一輪臨安區(qū)城市總體規(guī)劃格局為背景，采用一維恒定非均勻流水力計算模型，全面系統(tǒng)梳理了防洪現(xiàn)狀及存在的問題，按照分區(qū)設防原則明確了防洪分區(qū)及相應的規(guī)劃標準，在此基礎上對工程總體布局進行安排，并針對臨安區(qū)實際情況提出了相應的規(guī)劃工程及非工程措施。相關成果可作為臨安區(qū)今后一段時期內城市防洪減災體系建設的依據(jù)，亦可為其他山區(qū)城市防洪規(guī)劃提供一定的參考。