趙思遠 李 聰 周宏杰 樓 津

（1.寧波市水利水電規(guī)劃設計研究院有限公司，寧波 315016；2.寧波市水文站，寧波 315020）

0 引 言

近年來，甬江流域極端暴雨天氣頻發(fā)，易遭遇洪、澇、潮“三碰頭”，隨著沿江強排泵站工程的實施落地，洪水歸槽后干流洪水高漲。為有效協(xié)調與解決新形勢下甬江干流洪水排泄不暢，超標準洪水應對措施不足等問題，2017 年寧波市水利局組織開展了《甬江流域洪澇滯蓄方案專題研究》，研究充分結合已有規(guī)劃治理思路，提出了姚江干流（甬江支流）布局“中滯”的基本思路，經(jīng)初步研究，擬于姚江左岸小涇浦以東農保區(qū)集中布置蓄滯空間；2019年寧波市水利局啟動了《寧波市蓄滯洪空間建設規(guī)劃》編制工作，規(guī)劃以前期研究及規(guī)劃推薦成果為依據(jù)，考慮姚江干流蓄滯空間實施的必要性和迫切性，并依據(jù)相關水利規(guī)范，就小涇浦蓄滯空間具體的建設方案進行了規(guī)劃；2021年寧波市水利局啟動了《姚江流域河姆渡小涇浦蓄滯空間1 期工程項目建議書》編制工作，再次明確小涇浦蓄滯空間為新形勢下有效協(xié)調與解決姚江干流洪水排泄不暢、超標準洪水應對措施不足等問題的規(guī)劃“中滯”工程。

但新形勢下，工程措施的實施往往周期長、投資大，為指導與支撐小涇浦蓄滯空間現(xiàn)狀區(qū)域分洪問題，從緩解干流現(xiàn)狀防洪壓力、防御超標準洪水等實際需求角度出發(fā)，開展小涇浦蓄滯空間分洪“四預”（預報、預警、預演、預案）關鍵技術研究，構建分洪數(shù)學模型，開發(fā)小涇浦蓄滯空間分洪“四預”應用系統(tǒng)，通過“分洪預報、分洪預警、仿真預演、數(shù)字預案”全過程鏈的動態(tài)洪水風險管控技術，實時分析蓄滯區(qū)域分洪風險，動態(tài)模擬淹沒過程，科學支撐分洪決策，強化超標準洪水“四預”能力，最大程度降低洪澇風險損失，為人民群眾提前安全轉移爭取寶貴時間，為姚江流域防御超標準洪水提供智能化、科學化技術支持。

1 研究區(qū)域概況

小涇浦蓄滯空間位于寧波余姚市河姆渡鎮(zhèn)姚江干流以北區(qū)域，河姆渡鎮(zhèn)北片區(qū)現(xiàn)狀已基本形成了“二橫八縱”的骨干排水格局，小涇浦即為其中“八縱”之一。考慮到河姆渡鎮(zhèn)北片區(qū)整體地勢相對較低，且洪水期極易受姚江、慈江洪水位頂托影響，故為切實緩解片區(qū)排水壓力，現(xiàn)狀河姆渡鎮(zhèn)北片區(qū)沿慈江、姚江布設有一定規(guī)模的強排泵站，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)狀已建強排泵站共計18 座，總規(guī)模47 m3/s。研究區(qū)域工程分布概化圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域工程分布概化圖

研究區(qū)域內分洪閘擬為苗浦閘泵、小涇浦閘站與趙家排澇站，位于姚江左岸，分洪閘后河道為蓄滯空間內的主要分洪河道，并溝通姚江和慈江水系。當遇到超標準洪水時（上游干流水位超過20 年一遇設計水位），開啟分洪閘進行分洪，洪水自分洪閘進入蓄滯空間，通過平原河網(wǎng)向北流動，同時超量洪水漫過河岸在蓄滯空間內擴散，根據(jù)慈江水位情況，可選擇將超量洪水通過節(jié)制閘排入慈江，或者暫時蓄洪。蓄洪至水深即將威脅小涇浦蓄滯空間外圍區(qū)域主要村鎮(zhèn)時，關閉分洪閘，并根據(jù)干流水位情況及時開啟閘門或者排澇泵站將洪水部分泄出。

2 系統(tǒng)架構及關鍵技術

2.1 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)采用B/S（Brower/Server）方式開發(fā)集成，運用J2EE技術框架，按照面向對象設計方法的原則進行程序設計，實現(xiàn)系統(tǒng)分層解耦。本系統(tǒng)總體構架分為基礎設施層、數(shù)據(jù)服務層、應用支撐層和業(yè)務應用層（圖2）。

圖2 系統(tǒng)總體構架圖

（1）基礎設施層：由軟硬件保障設施、基礎網(wǎng)絡、服務器、數(shù)據(jù)采集設備、外部數(shù)據(jù)接入等軟硬件環(huán)境組成，為系統(tǒng)部署和運行提供基礎支撐環(huán)境。

（2）數(shù)據(jù)服務層：通過數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)清洗等步驟，匯集形成各類主題數(shù)據(jù)庫，包括水雨情信息、氣象信息、工情信息、地理空間信息等強關聯(lián)數(shù)據(jù)庫及社會經(jīng)濟信息等弱關聯(lián)數(shù)據(jù)庫。

（3）應用支撐層：基于系統(tǒng)功能需求，構建分洪數(shù)學模型，預制分洪場景預案庫，應用大數(shù)據(jù)平臺及分析工具、二維GIS 引擎及報表工具，為系統(tǒng)功能的實現(xiàn)提供技術支撐。

（4）業(yè)務應用層：包括分洪調度預報、分洪風險預警、方案仿真預演、分洪數(shù)字預案等功能，業(yè)務管理人員能夠實時分析蓄滯區(qū)域分洪風險，動態(tài)模擬淹沒過程，科學支撐分洪決策，強化超標準洪水“四預”能力。

2.2 關鍵技術

（1）分洪數(shù)學模型。包括分洪調度決策分析模型與分洪區(qū)域二維漫灘模型，分洪數(shù)學模型是干流超標準洪水防御體系運用的核心，模型可滿足規(guī)則調度、指令調度等多種調度場景下的調度決策模擬，再應用守恒的二維非恒定流淺水方程組描述水流流動，模擬小涇浦區(qū)域洪水蓄滯情況。

（2）分洪場景預案庫構建。對小涇浦周邊區(qū)域洪水風險進行分析，基于前期規(guī)劃研究成果設定分洪場景，對小涇浦蓄滯區(qū)域承擔姚江干流削峰與滯洪作用進行分析評估。擬定分洪場景，制定分洪場景預案庫，動態(tài)仿真模擬干流不同分洪流量場景下的區(qū)域洪水淹沒演進過程及影響。

（3）分洪“四預”應用體系建設。開發(fā)小涇浦蓄滯空間分洪“四預”應用系統(tǒng)，建設洪水風險預報、分洪風險預警、動態(tài)仿真預演、分洪數(shù)字預案四大功能，強化超標準洪水“四預”能力。

3 系統(tǒng)主要功能設計

3.1 分洪調度預報

分洪調度預報主要包括干流水位預報、分洪需求分析、分洪調度計算3個模塊。系統(tǒng)接入甬江流域洪水預報模型計算成果，實現(xiàn)對姚江干流水位過程的預報，初步分析研判超標準洪水情景下小涇浦蓄滯空間分洪需求，包括不同分洪洪量對干流水位削峰影響、分洪區(qū)受淹影響（受淹水深、受淹面積等），綜合以上分析成果，以分洪數(shù)學模型為計算引擎，通過設定分洪閘的調度規(guī)則，包括分洪起止時間、分洪閘是否啟用、分洪啟用水位等，實現(xiàn)小涇浦蓄滯洪區(qū)的分洪調度模擬。分洪調度預報界面如圖3所示。

圖3 分洪調度預報界面

3.2 分洪風險預警

分洪風險預警主要包括預警信息發(fā)送、責任人管理、預警模板管理、預警信息統(tǒng)計4個模塊。以分洪調度預報的成果為依托，通過后臺預先設定預警閾值，當余姚、丈亭水位站實時水位達到預警水位，且根據(jù)預報水位有持續(xù)上漲趨勢時，模塊可通過添加責任人，編制預警短信模板進行預警信息發(fā)送，預警信息發(fā)送范圍包括防汛責任人、社會公眾，此外模塊還可以對一定時間段內發(fā)送的預警信息進行統(tǒng)計。分洪風險預警界面如圖4所示。

圖4 分洪風險預警界面

3.3 方案仿真預演

方案仿真預演包括淹沒范圍及最大水深、動態(tài)淹沒、分洪影響分析、分洪效益分析4 個模塊?；赪ebGIS 技術，用戶可動態(tài)模擬小涇浦蓄滯空間二維洪水演進漫灘過程，也可以直接在淹沒范圍及最大水深模塊中查看分洪區(qū)最大淹沒水深特征圖，基于分洪淹沒成果系統(tǒng)提供分洪區(qū)影響分析功能，包括分洪區(qū)受淹面積、影響重要設施分布（工廠、民房、通信基站、電力設施等）、影響人口統(tǒng)計，還可對干流分洪效益進行分析，包括分洪前后干流最高水位及水位過程的對比。方案仿真預演界面如圖5所示。

圖5 方案仿真預演界面

3.4 分洪數(shù)字預案

根據(jù)寧波市防汛抗旱指揮部與寧波市水利局編制發(fā)布的《甬江流域超標準洪水防御預案》，結合分洪數(shù)學模型計算分析的成果落實預案措施，基于WebGIS 技術可直觀展示分洪區(qū)內社會經(jīng)濟信息和避災搶險信息等要素，為防汛防臺期間分洪調度決策提供科學支撐。分洪數(shù)字預案界面如圖6所示。

圖6 分洪數(shù)字預案界面

4 結 語

從緩解干流現(xiàn)狀防洪壓力、防御超標準洪水等實際需求角度出發(fā)，開展小涇浦蓄滯空間分洪“四預”關鍵技術研究，一方面構建分洪數(shù)學模型、預制分洪場景預案庫，能夠對小涇浦不同量級分洪調度場景進行模擬；另一方面通過開發(fā)小涇浦蓄滯空間分洪“四預”應用系統(tǒng)能夠實時分析蓄滯區(qū)域分洪風險，動態(tài)模擬淹沒過程，科學支撐分洪決策，強化超標準洪水“四預”能力，最大程度降低洪澇風險損失，為人民群眾提前安全轉移爭取寶貴時間，為姚江流域防御超標準洪水提供智能化、科學化技術支持。

本研究作為工程措施的有力補充，不僅能夠指導與支撐小涇浦蓄滯空間現(xiàn)狀主動分洪問題，并且旨在探索構建一套可復用、可共享、可服務的分洪“四預”關鍵技術，為其他地區(qū)應對超標準洪水非工程措施建設打造示范標桿。但實際應用中可能面臨分洪口變化或破堤等分洪上邊界動態(tài)調整問題，需要下一階段進行研究驗證。