莊麗金，崔婷婷

(1.浙江中水工程技術有限公司，浙江 杭州 310016；2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

舟山群島位于中國長江口南側、杭州灣外緣的太平洋海域，是我國第一大群島，海洋資源豐富，但海島地區(qū)與大陸分離，除舟山本島外，其余多為面積較小的島嶼，加之島嶼本身地形的影響，島內河流多為獨流入海，水系結構相對簡單，梅雨、臺風雨造成短歷時強降雨，易形成河道水位陡漲陡落，同時也易受潮位頂托形成澇水難排，進而導致區(qū)域內澇頻發(fā)[1- 4]。隨著近年來國家對海洋經濟的不斷強化，臨港產業(yè)快速集聚，城市化進程推進，島內區(qū)域開發(fā)建設顯著改變了島內水系結構，導致河湖水系調蓄容積銳減、行洪能力減弱，從而加重了島內洪澇災害形勢[5- 6]。

本文針對岱山島東部平原智慧生態(tài)港城(雙峰新城)[7]區(qū)域，該項目建設區(qū)域現(xiàn)狀為鹽田，地面高程多在1m以下，可用于澇水調蓄，新城建成后，地面高程將抬高到3m以上，對區(qū)域原有的洪澇調蓄格局影響顯著，暴雨洪澇風險增大[8]，因此需要研究城市開發(fā)建設過程中如何科學規(guī)劃區(qū)域水域面積、閘站建設規(guī)模及閘站調度規(guī)則，使其能夠在滿足區(qū)域開發(fā)的基礎上同時保障區(qū)域排澇要求，以期為海島地區(qū)開發(fā)建設與區(qū)域防洪排澇相協(xié)調提供借鑒和參考。

1 研究區(qū)概況

舟山市是我國第一個以島立市的城市，城市河流具有典型的海島流域特征，流量小，受暴雨影響明顯，獨流入海等特點。岱山島是舟山群島第二大島，研究區(qū)岱東小流域位于岱山島東部，岱東小流域現(xiàn)狀水系圖如圖1所示，岱東小流域集雨面積20km2，流域三面環(huán)山，地勢西、北高東低，西北部為山區(qū)，東部為平原地區(qū)，主要以鹽田和養(yǎng)殖塘為主。岱東小流域現(xiàn)狀有出海口門共3座，北峰大閘(5m×2.8m)、北峰中閘(2m×2.8m)、北峰南閘(2m×2.8m)，無強排泵站。

雙峰新城規(guī)劃實施后岱東小流域水系如圖2所示，雙峰新城規(guī)劃在現(xiàn)有水系基礎上新開挖岱東橫河、雙峰西河、北峰河、板井潭河、中央河、南峰河、黃官泥岙河，并在岱東橫河增加了一處出?？陂T，為保證海堤閉合性，該出口處新建南峰閘(3m×3m)，建成后總閘寬34.2m，最終雙峰城將形成“五橫三縱”的骨干河網格局。如圖1—2所示。

圖1 岱東小流域水系圖

圖2 雙峰新城規(guī)劃水系圖

2 計算方法與方案

2.1 計算方法

雙峰新城水流條件較為復雜，且排水受潮位頂托影響，需要構建水力學模型全面、真實地模擬洪水演進過程。本次采用丹麥DHI研發(fā)的MIKE11軟件水動力模塊(HD)建立研究區(qū)水動力模型。模型計算原理如下：

模型采用為Saint-Venant方程組為控制方程，用Abbott六點隱式差分格式求解Saint-Venant方程。

(1)

(2)

式中，B—水面寬；z—水位；Q—流量；q—旁側流量；v—斷面平均流速；g—重力加速度；F—過水斷面面積；K—單位過水斷面面積的流量模數(shù)。

2.2 排澇標準

根據《舟山市群島新區(qū)治澇規(guī)劃》，雙峰新城的治澇標準確定為20年一遇。

2.3 模型概化

模型概化內容包括現(xiàn)狀河道、規(guī)劃建設河道、閘泵等水利工程，模型概化結果如圖3所示。

圖3 一維模型概化圖

2.4 邊界條件

模型計算的上邊界條件為雙峰新城以上山區(qū)20年一遇設計洪水，雙峰新城區(qū)間入流采用岱東小流域20年一遇設計暴雨作為模型輸入條件。

下邊界條件為潮位過程，潮型選擇以影響該區(qū)域排澇的多年平均潮汐要素為控制，且要略高于該區(qū)域平均值的設計潮型。經分析，選用2005年9月3—6日潮位過程作為平均偏不利設計潮型。為更好的進行分析，根據岱東小流域產匯流及潮汐特征，洪潮遭遇采用錯峰3～4h的組合。

2.5 計算方案

雙峰新城規(guī)劃中僅對河道平面進行了布置，河道水面率則根據DB 33/T614—2016《浙江省河道建設規(guī)范》和GB 50513—2009《城市水系規(guī)劃規(guī)范》(2016年版)要求確定，“新建開發(fā)區(qū)(工業(yè)園區(qū))或城市新區(qū)進行規(guī)劃建設時，應先行或同步進行河道布局。沒有圩區(qū)的河網地區(qū)規(guī)劃控制水面率應達到8%以上”，因此雙峰新城水域面積應保證水面率控制在8%以上。由于海島流域的特點，內部洪澇水只有在低潮、平潮期才能自排，如遭遇外海潮位高漲，水閘的自排能力受制約，造成排澇可靠性不高、排水量不足，閘站建設是保障區(qū)域防洪排澇安全的需要?；谏鲜隹紤]，設置5種計算方案進行分析，各計算方案見表1。

表1 計算方案

3 結果分析

3.1 不同水域面積對流域排澇的影響

方案一水面率為8%，方案二在方案一的基礎

上加大水域面積，水面率增大到10%。以北峰大閘閘前斷面為代表斷面，對比圖4中方案一和方案二北峰大閘的閘前設計水位過程線，方案一最高設計洪水位為2.45m，24h達到最高水位，方案二閘前最高水位為2.29m，25h達到最高水位。由此可知，水域面積加大可明顯降低河道水位，且可延遲峰現(xiàn)時間。

圖4 方案一、二水位過程線圖

3.2 強排泵站對流域排澇的影響

結合現(xiàn)場條件，方案三在方案一的基礎上在北峰大閘處新增10m3/s泵站，對比圖5中方案一和方案三北峰大閘的閘前設計水位過程線，方案一設計洪水位為2.45m，方案三新增強排泵站后，閘前最高水位降低為2.36m，水位整體有一定的降低，方案三水位隨時間變化過程與方案一基本一致。泵站在高潮位時可增大排澇流量，泵站規(guī)模增大對排澇的效果主要表現(xiàn)在高水位時可明顯降低河道水位。

圖5 方案一、三水位過程線圖

3.3 閘站調度對流域排澇的影響

洪水前，如果閘前底水位過高，將人為抬高洪峰水位，加大排澇壓力，根據氣象預報、流域防洪排澇需求和潮水漲落規(guī)律，在降雨前實施閘上河道槽蓄水量預泄，可降低河道和相關區(qū)域水位[9]，加大河道有效調蓄容積。

為分析閘站調度規(guī)則對區(qū)域排澇的影響，對比圖6中方案一、四、五北峰大閘的閘前設計水位過程線。方案四在方案一的基礎上，設置預泄河道水位至0.5m，且閘前水位高于0.5m時起排，閘前設計水位由2.45m降低至2.42m，影響較小；方案五在方案四的基礎上增設強排泵站，且預泄河道水位至0.5m，閘前水位高于0.5m時起排，閘前設計水位由2.45m降低至2.32m，最高水位降低較為明顯。水閘提前預泄及降低起排水位，在僅水閘排水情況下對水位影響較??；有泵站情況下，預泄騰空的河道庫容可作為泵站調蓄容積，且起排水位降低增加了泵站運行時間，水位變化相對明顯。

圖6 方案一、四、五水位過程線圖

3.4 結果分析

各方案北峰大閘閘前設計水位見表2，水域面積擴大、閘站規(guī)模加大、閘站起排水位降低均可有效降低河道的水位，水域面積增加的效果優(yōu)于泵站建設，閘站起排水位降低結合泵站建設可達到更優(yōu)效果。結合規(guī)劃區(qū)域實際情況及可操作性，推薦規(guī)劃采用方案五。

表2 計算結果 單位：m

4 結語

模型不同方案計算結果表明，水域面積、強排泵站、閘站調度規(guī)則均均影響區(qū)域設計澇水位，其中水域面積相關性最為明顯，新城建設中應保證最低水面率以控制內澇風險。海島地區(qū)由于受高潮位頂托影響，水閘自排能力有限，泵站建設可增加高潮位排水流量，降低最高排澇水位；降低閘站起排水位，預泄水量，騰空河道庫容作為泵站調蓄庫容，可加大泵站的作用，提高區(qū)域排澇能力。由于河道低水位會影響河道景觀效果，閘站調度應結合水雨情預報、閘站規(guī)模等因素確定，應兼顧與景觀的銜接。