鐘 栗，汪院生，王子建

（江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇蘇州 215006）

太湖流域地處長(zhǎng)三角南翼，北抵長(zhǎng)江，東臨東海，南濱錢(qián)塘江，西以天目山、茅山為界，流域面積36 895 km2，行政區(qū)劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽三省一市，根據(jù)流域地形地貌、河流水系分布及治理特點(diǎn)等，分為八大水利分區(qū)。其中，江蘇境內(nèi)涉及湖西區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽(yáng)澄淀泖區(qū)、浦南區(qū)（屬杭嘉湖區(qū)）和太湖區(qū)，總面積19 385 km2，約占太湖流域面積的52%，行政區(qū)劃涉及蘇州、無(wú)錫、常州市的全部、鎮(zhèn)江和南京市的部分地區(qū)。流域內(nèi)江湖相連、河網(wǎng)如織、湖泊棋布，總水面積達(dá)5 293 km2，水面率為14.3%，河湖密布的水網(wǎng)在帶來(lái)豐富水資源［1］的同時(shí)，也存在著巨大的洪澇災(zāi)害隱患，歷史上頻發(fā)的洪澇災(zāi)害對(duì)廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展都產(chǎn)生了極大的影響［2-4］。針對(duì)這種現(xiàn)象對(duì)太湖流域開(kāi)展了多輪治理［5-6］，取得了極大的成就［7-8］，為了更好地評(píng)估治太工程所取得的防洪效益［9］，同時(shí)為以后的治太工作提供參考，對(duì)近70 年以來(lái)江蘇省太湖流域治理取得的防洪效益進(jìn)行分析是十分必要的。

1 研究范圍

太湖水系防洪保護(hù)區(qū)主要為平原地區(qū)，流域平原地區(qū)面積為29 557 km2，扣除河湖水面積和部分高地，防洪保護(hù)區(qū)面積為23 664 km2，是本次洪澇效益計(jì)算的范圍。根據(jù)地形差異和暴雨洪澇分布的不同特點(diǎn)，防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)各區(qū)域遭受的淹澇既有本地強(qiáng)降雨直接造成的澇災(zāi)，也有流域（太湖）高水位造成的洪災(zāi)或洪澇災(zāi)害。分別按湖西區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽(yáng)澄淀泖區(qū)（含濱湖區(qū)，下同）進(jìn)行計(jì)算，浦南區(qū)面積小且不屬于獨(dú)立分區(qū)，本次未考慮。

1.1 湖西區(qū)

湖西區(qū)地形復(fù)雜，西、南部分別為茅山、宜溧山丘；北部為運(yùn)河高亢平原，地面高程一般為6～7 m，沿江有少量的自排區(qū)；腹部洮滆地區(qū)、南河地區(qū)和東部沿湖地區(qū)高程相對(duì)較低，且高低相間，多低洼圩區(qū)，地面高程一般為4～5 m。區(qū)域地勢(shì)總體呈西北高，東南低，逐漸向太湖傾斜。山丘區(qū)河道源短流急，并直接與平原河道相銜接；平原地區(qū)河湖相連，圩區(qū)間隔其間，且上承山丘區(qū)洪水、下受太湖高水位頂托，洪澇水外排困難。多年來(lái)，湖西區(qū)已基本形成了上游依靠大中型水庫(kù)攔蓄、中部依靠洮滆湖調(diào)蓄、下游通過(guò)拓浚入湖入江河道和沿江建站排水的防洪除澇工程體系，現(xiàn)狀區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)總體上為20年一遇。

1.2 武澄錫虞區(qū)

武澄錫虞以白屈港東控制線(xiàn)為界，又分為東部澄錫虞高片和西部武澄錫低片。全區(qū)地形相對(duì)平坦，地勢(shì)總體上四周較高，腹部低洼，形似“鍋底”，平原地區(qū)地面高程一般在5～7m。區(qū)域遭遇暴雨后，東、西兩側(cè)高片洪水侵襲武澄錫低片，而區(qū)域北部入江河道又受長(zhǎng)江高潮頂托、南側(cè)排水受太湖水環(huán)境限制，地區(qū)洪澇水外排能力受到嚴(yán)重制約。經(jīng)過(guò)多年持續(xù)治理，武澄錫虞區(qū)基本形成了沿長(zhǎng)江控制線(xiàn)、沿太湖控制線(xiàn)、武澄錫西控制線(xiàn)防止外洪入侵和區(qū)域內(nèi)部防止高片水入侵低片的白屈港控制線(xiàn)屏障，現(xiàn)狀區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)基本達(dá)到20年一遇。

1.3 陽(yáng)澄淀泖區(qū)

陽(yáng)澄淀泖區(qū)以?shī)浣麑庤F路以及京杭運(yùn)河為界，又分為陽(yáng)澄區(qū)、淀泖區(qū)和濱湖區(qū)。區(qū)內(nèi)地形以平原為主，地勢(shì)低平，呈西北高、東南低，沿江高、腹部低，猶如一個(gè)大的碟形盆地中又分布著許多小片碟形盆地，地貌形態(tài)較為復(fù)雜，歷史上是太湖洪水的通道，洪澇嚴(yán)重。經(jīng)多年水利建設(shè)，區(qū)域外圍基本形成以環(huán)太湖大堤、長(zhǎng)江江堤、望虞河?xùn)|岸、太浦河北岸控制線(xiàn)和淀山湖局部控制線(xiàn)等為外圍屏障的防洪工程體系，區(qū)域內(nèi)部基本達(dá)到“高低分開(kāi)、洪澇分治、疏控結(jié)合、綜合治理”的目的，陽(yáng)澄區(qū)構(gòu)成以通江引排河道為主、陽(yáng)澄湖群調(diào)蓄為輔、內(nèi)部河網(wǎng)貫通的區(qū)域排水體系；淀泖區(qū)在上海市實(shí)施青淞大包圍后，形成湖群調(diào)蓄后洪澇水僅南排攔路港的格局；濱湖區(qū)依托胥江、滸光運(yùn)河、蘇東河等，洪澇水主要通過(guò)蘇南運(yùn)河南泄。目前，陽(yáng)澄淀泖區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)基本達(dá)到20年一遇。

2 工程階段劃分及防洪能力

2.1 工程階段劃分

按水利工程建設(shè)完成情況將1950—2019 年概化為3 個(gè)階段：①1950—1958 年，工程前階段；②1959—1996 年，治太骨干工程建設(shè)后，工況為工程后第Ⅰ階段。該階段主要以區(qū)域性工程發(fā)揮效益為主，同時(shí)環(huán)太湖大堤從1959 年開(kāi)始發(fā)揮效益；③1997—2019年，治太骨干工程和區(qū)域治理工程陸續(xù)發(fā)揮巨大效益，作為工程后的第Ⅱ階段。1991年大水后治太骨干工程全面實(shí)施，1996 年望虞河、太浦河投入運(yùn)行。工程階段劃分情況見(jiàn)圖1。

圖1 太湖流域治理階段劃分示意

2.2 工程防洪能力

本次采用以太湖流域河網(wǎng)水文水動(dòng)力學(xué)模型為主要技術(shù)手段的分析方法，模擬工程前后由于外排能力不同的河網(wǎng)、湖泊洪水位及流量過(guò)程的差異，判斷某階段工況模擬計(jì)算遭遇實(shí)況暴雨水情下是否發(fā)生淹澇的主要條件是相應(yīng)階段的圩堤擋洪能力。

工程前：即20世紀(jì)50年代初的圩堤防洪能力，湖西區(qū)按平均水位超過(guò)4.20 m、武澄錫虞區(qū)和陽(yáng)澄淀泖區(qū)按平均水位超過(guò)3.70 m時(shí)考慮圩堤漫溢、圩區(qū)產(chǎn)生淹澇。在1958 年前，太湖沿岸無(wú)統(tǒng)一的湖堤，太湖洪水位超過(guò)湖東沿湖地面高程時(shí)即向下游漫溢，選取太湖洪水位4.00 m以上的年份計(jì)算對(duì)下游形成較大洪災(zāi)。

工程后：1959—1996 年第Ⅰ階段，各區(qū)域均按遇1954 年最高洪水位不出險(xiǎn)考慮，超過(guò)1954 年洪水位時(shí)即圩堤漫溢，湖西區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽(yáng)澄淀泖區(qū)圩堤平均擋洪能力分別為5.35、4.79、4.09 m。對(duì)1997—2009 年第Ⅱ階段，按遇1954、1991 年最高洪水位不出險(xiǎn)考慮，湖西區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽(yáng)澄淀泖區(qū)圩堤平均擋洪能力分別為5.76 m、5.09 m、4.09 m。工程后（包括第Ⅰ階段和第Ⅱ階段），太湖大堤形成完整的統(tǒng)一堤防，具備擋水作用，按不再漫溢考慮。

3 計(jì)算方法

3.1 計(jì)算前提和假定

本次利用河網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算分析淹澇面積，因模型不能直接模擬圩區(qū)的“破圩漫溢”水量，因此，計(jì)算過(guò)程中作如下處理：

（1）各工況遭遇實(shí)況雨情下按洪水全部歸槽，模擬計(jì)算太湖及各區(qū)域控制斷面水位與相應(yīng)流量。

（2）各工況區(qū)域的淹澇水量以區(qū)域出現(xiàn)的最高洪水位與相應(yīng)階段圩堤平均擋洪能力的差值部分以及由于計(jì)算模擬本區(qū)域圩堤平均擋洪能力以上抬高水位引起的外排泄量的變化量之和作為淹澇水量，這部分水量在不歸槽情況下應(yīng)破圩淹澇，前者按區(qū)域圩外水域面積可估算相應(yīng)水量，后者根據(jù)控制斷面的水位、流量關(guān)系求得，再通過(guò)區(qū)域洼地“高程-容積-面積”關(guān)系曲線(xiàn)輔助分析淹澇面積。

（3）太湖水位超過(guò)3.8 m 時(shí)的漫溢水量只進(jìn)入湖東的陽(yáng)澄淀泖與杭嘉湖洼地，并按對(duì)其影響的可能漫溢口斷面控制寬度進(jìn)行分?jǐn)?。根?jù)太湖流域水系與地形圖分析，20世紀(jì)50年代初太湖在無(wú)大堤情況下遇高水位時(shí)江、浙下游可能的漫溢豁口斷面寬度比約為30%∶70%，因此，工程前太湖漫溢水量進(jìn)入陽(yáng)澄淀泖區(qū)的比例按30%計(jì)。

（4）各工況對(duì)有、無(wú)山丘區(qū)水庫(kù)等工程的作用暫不考慮。

（5）各工況及代表年采用的下墊面條件一致，不考慮下墊面及圩區(qū)排澇動(dòng)力變化等對(duì)工程前后效益的影響。

3.2 計(jì)算方法

選取實(shí)況代表年作為典型年，利用太湖流域河網(wǎng)水文水動(dòng)力模型，模擬工程前、工程后遭遇實(shí)況典型年降雨的水位、流量、水量等過(guò)程，計(jì)算出典型年工程前、工程后淹沒(méi)面積或淹澇水量，分別建立工程前、工程后淹沒(méi)面積或淹澇水量與控制時(shí)段暴雨的相關(guān)關(guān)系。再采用其余各年控制時(shí)段實(shí)測(cè)雨量，通過(guò)上述相關(guān)曲線(xiàn)，插補(bǔ)分析每年工程前、工程后淹沒(méi)面積或淹澇水量，通過(guò)各區(qū)域洼地“高程—面積—容積”關(guān)系曲線(xiàn)輔助確定淹沒(méi)面積，見(jiàn)圖2～4。

圖2 湖西區(qū)洼地面積、容積與高程關(guān)系曲線(xiàn)

圖3 武澄錫虞區(qū)洼地面積、容積與高程關(guān)系曲線(xiàn)

圖4 陽(yáng)澄淀泖區(qū)洼地面積、容積與高程關(guān)系曲線(xiàn)

4 計(jì)算成果

4.1 典型年計(jì)算成果

根據(jù)流域及各區(qū)域時(shí)段雨量頻率曲線(xiàn)，分析統(tǒng)計(jì)歷年控制時(shí)段雨量頻率與重現(xiàn)期。在系列年內(nèi)綜合選擇實(shí)況降雨重現(xiàn)期較大、較小以及中等的暴雨洪水年份，分析建立工程前、工程后淹澇與降雨的相關(guān)關(guān)系。湖西區(qū)和武澄錫虞區(qū)主要由區(qū)域降雨引起淹澇，分別建立工程前、工程后淹沒(méi)面積與區(qū)域暴雨量相關(guān)關(guān)系。

（1）湖西區(qū)

以湖西區(qū)典型年分析結(jié)果為樣本，建立工程前后應(yīng)淹面積與區(qū)域最大15 d雨量關(guān)系，相關(guān)方程分別為：

式中：P1為區(qū)域最大15 d暴雨量；F1、F2、F3分別為工程前、工程后第Ⅰ階段及第Ⅱ階段的應(yīng)淹面積；R為相關(guān)系數(shù)。湖西區(qū)工程前后淹沒(méi)面積與暴雨量關(guān)系對(duì)比見(jiàn)圖5。

圖5 湖西區(qū)工程前后淹沒(méi)面積與暴雨量關(guān)系對(duì)比

以武澄錫虞區(qū)典型年分析結(jié)果為樣本，建立工程前后應(yīng)淹面積與區(qū)域控制時(shí)段最大7 d 雨量關(guān)系。工程后Ⅱ第二階段（1997—2019 年）未出現(xiàn)淹澇，故僅建立工程前和工程后第Ⅰ階段應(yīng)淹面積與區(qū)域最大7 d雨量的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)方程分別為：

式中，P2為區(qū)域最大7 d暴雨量，mm。武澄錫虞區(qū)工程前后淹沒(méi)面積與暴雨量關(guān)系對(duì)比見(jiàn)圖6。

圖6 武澄錫虞區(qū)工程前后淹沒(méi)面積與暴雨量關(guān)系對(duì)比

以陽(yáng)澄淀泖區(qū)典型年分析結(jié)果為樣本，建立工程前后應(yīng)淹面積與區(qū)域控制時(shí)段最大15 d 雨量的關(guān)系，工程后第Ⅱ階段僅在1999 年出現(xiàn)淹澇，不再建立相關(guān)關(guān)系，工程前和工程后第Ⅰ階段應(yīng)淹面積與區(qū)域最大15 d雨量的相關(guān)方程分別為：

陽(yáng)澄淀泖區(qū)工程前后淹沒(méi)面積與暴雨量關(guān)系對(duì)比見(jiàn)圖7。

圖7 陽(yáng)澄淀泖區(qū)工程前后淹沒(méi)面積與暴雨量關(guān)系對(duì)比

經(jīng)計(jì)算，20 世紀(jì)50 年代以來(lái)治太工程最大程度地解決了太湖下游洪水走廊地區(qū)的防洪安全，從區(qū)域分析，陽(yáng)澄淀泖區(qū)治理效益最大，1959—2019 年累計(jì)減淹面積達(dá)19 090 km2，多年平均減淹面積為313 km2；其次為武澄錫虞低洼地區(qū)，累計(jì)減淹面積8 988 km2，多年平均減淹面積為147.3 km2；湖西區(qū)治理效益相對(duì)最小，累計(jì)減淹面積6 793 km2，多年平均減淹面積為111.4 km2，符合治太工程效益發(fā)揮的總體分布特點(diǎn)。從典型年份分析，江蘇省太湖流域1999 年減淹面積最大，合計(jì)減淹面積627 km2；其次為2016 年，合計(jì)減淹面積2 493 km2；再次為1991年，合計(jì)減淹面積567 km2，總體上符合歷史實(shí)際災(zāi)情發(fā)生情況和總體損失狀況。

5 結(jié) 語(yǔ)

20世紀(jì)50年代以來(lái)，江蘇省太湖流域經(jīng)過(guò)一輪和二輪治理，治太骨干工程和區(qū)域治理工程陸續(xù)發(fā)揮效益。1950—2019年，江蘇省太湖流域合計(jì)減淹面積34 871 km2，防洪效益十分顯著。在取得巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也取得了巨大的社會(huì)效益和生態(tài)效益，為保障太湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造了安全穩(wěn)定的環(huán)境，對(duì)流域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。