水利工程論文-論平原河網(wǎng)城市水資源綜合規(guī)劃防洪校核研究作者：劉俊張建濤劉翔呂彤張超論文關(guān)鍵詞：水資源綜合規(guī)劃；防洪安全；防洪規(guī)劃；水文模型論文摘要：為了研究城市水資源綜合規(guī)劃中各類涉水規(guī)劃對防洪的影響，分析了平原河網(wǎng)區(qū)城市的洪澇特性及洪澇災(zāi)害形成原因，提出了適用于平原河網(wǎng)區(qū)城市水資源綜合規(guī)劃的防洪安全校核計算方法以太倉市水資源綜合規(guī)劃防洪安全校核計算為實例，根據(jù)該市土地利用特點和下墊面特性，分別建立相應(yīng)的產(chǎn)匯流模型，計算不同規(guī)劃條件下的河網(wǎng)洪水位，計算結(jié)果可以為制定滿足太倉市防洪安全要求的水資源綜合規(guī)劃方案提供依據(jù)我國的涉水規(guī)劃主要包括水資源規(guī)劃、水環(huán)境保護規(guī)劃、水運規(guī)劃、防洪規(guī)劃以及水生態(tài)和水景觀規(guī)劃等以前這些規(guī)劃多數(shù)都是單獨考慮，或者只考慮其中一部分，尤其是在各個城市的水利規(guī)劃中，由于涉水管理部門眾多，每個部門都制定各自的規(guī)劃，有些規(guī)劃之間無法達成一致甚至產(chǎn)生沖突，造成不必要的重復(fù)建設(shè)，影響城市的長遠發(fā)展。因此，有必要把以上規(guī)劃綜合起來考慮，進行水資源綜合規(guī)劃，系統(tǒng)、科學(xué)地規(guī)劃涉水事務(wù)，充分反映各涉水部門的需求，實現(xiàn)水資源的高效利用，統(tǒng)籌涉水工程的合理布局，對城市水系進行有序的開發(fā)利用，為人與自然的和諧共處奠定基礎(chǔ)。水資源綜合規(guī)劃必將涉及對原有河道及水利工程的調(diào)整，而這會對城市的防洪安全產(chǎn)生一定的影響，尤其是我國很多城市位于平原河網(wǎng)地區(qū)，如太湖流域、珠江三角洲等地區(qū)，地勢平坦，地面高程較低，有的城市還遭受潮汐、臺風(fēng)或梅雨的影響，外河水位在汛期和高潮期可能高于城市地面高程，極易造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害因此，必須通過防洪安全校核，對水資源綜合規(guī)劃中的各類工程進行安全模擬，檢驗這些工程是否滿足規(guī)劃條件下的防洪要求，并提出新規(guī)劃條件下的防洪除澇方案。水資源綜合規(guī)劃保障水資源的可持續(xù)發(fā)展，滿足人類社會、經(jīng)濟發(fā)展對水資源日益增長的需求，而防洪安全校核是水資源綜合規(guī)劃得以實施的安全保障，因此，防洪安全校核在水資源綜合規(guī)劃中的應(yīng)用研究具有重要的理論意義和實用價值本文研究了平原河網(wǎng)區(qū)城市的產(chǎn)匯流特性及水文計算方法，針對水資源綜合規(guī)劃進行水系調(diào)整和水利工程布設(shè)，運用城市產(chǎn)匯流理論和河網(wǎng)水動力學(xué)相結(jié)合的方法，計算不同規(guī)劃水平年相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)下的河道洪水位，檢驗規(guī)劃工程的安全狀況，為防洪措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。1平原河網(wǎng)區(qū)城市產(chǎn)匯流計算產(chǎn)匯流計算是防洪校核研究的前提和基礎(chǔ)，計算精度直接影響防洪校核研究的可靠性，產(chǎn)匯流計算涉及的產(chǎn)匯流分區(qū)情況、下墊面分類、設(shè)計暴雨計算、產(chǎn)流計算、匯流計算均需與水資源綜合規(guī)劃保持一致性。1產(chǎn)匯流分區(qū)及下墊面分類平原河網(wǎng)地區(qū)地勢平坦，河道交錯，湖泊池塘眾多隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量開發(fā)區(qū)的建設(shè)，下墊面的特性發(fā)生了顯著變化，不透水面積明顯加大不同的下墊面具有不同的產(chǎn)流規(guī)律，因此，根據(jù)河網(wǎng)水系分布、地形特點、水利工程布局及洪水特性把研究區(qū)劃分為不同的產(chǎn)匯流分區(qū)，各分區(qū)再根據(jù)城市的土地利用狀況劃分為4種不同的下墊面條件，即水面、水田、旱地(包括山丘地和非耕地)和城鎮(zhèn)。12暴雨計算由于形成各次特大暴雨的氣象條件不同，而且雨區(qū)的地形千差萬別，所以特大暴雨的雨量時空分布是多種多樣的，并沒有一種固定的形式一般統(tǒng)計當(dāng)?shù)氐臍v次實測特大暴雨資料是取其平均值，或取其最惡劣的組合情況，作為擬定設(shè)計暴雨時空分布的依據(jù)。13產(chǎn)流計算由于平原河網(wǎng)區(qū)下墊面由4種不同類型組成，因此，產(chǎn)流計算時需針對不同的下墊面用不同的產(chǎn)流模式進行計算。對于水面，按水量平衡方程由降雨扣除水面蒸發(fā)推求產(chǎn)水量；對于水田，考慮水稻不同生長期的水田需水深度、耗水系數(shù)及灌排方式推求灌排水量；對于旱地采用新安江三水源模型進行產(chǎn)流計箋；對于城鎮(zhèn)區(qū)域則劃分為不透水面積和透水面積兩部分分別計算產(chǎn)流量，其中不透水面積是從降雨中扣除洼地蓄水及蒸發(fā)，剩余部分全部為地表徑流，透水面積按新安江模型計算產(chǎn)流量。14匯流計算坡面匯流計算采用單位線法或推理公式法河網(wǎng)匯流計算采用明渠非恒定流模型，根據(jù)流域河道和水利工程資料，將水系概化成由河網(wǎng)和水域組成的體系河網(wǎng)由流域內(nèi)骨干河道和重要連接等組成，是流域輸送水流的載體；水域由支流小溪、水塘等水體概化而成，主要起調(diào)蓄水量作用對河網(wǎng)采用節(jié)點一河道模型，對成片水域則劃分為單元，每個單元僅起蓄水調(diào)節(jié)作用，不起動力輸水作用引入陸域?qū)挾雀拍?，使河網(wǎng)和水域組成統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。2防洪安全校核在太倉市水資源綜合規(guī)劃中的應(yīng)用21防洪分區(qū)及分區(qū)控制要求太倉市位于江蘇省東南部，自2004年起，太倉市開展了水資源綜合規(guī)劃的編制工作，包含水資源、水環(huán)境、水景觀、水運等規(guī)劃內(nèi)容，這些規(guī)劃所作的近、中、遠期工程布局與防洪相互影響，有必要根據(jù)水資源綜合規(guī)劃確定的工程總體布局，進行規(guī)劃工程的防洪安全校核計算，得出近、中、遠期規(guī)劃的河網(wǎng)最高洪水位，以檢驗規(guī)劃工程的安全狀況，從而保障水資源綜合規(guī)劃的順利實施。根據(jù)太倉市各地洪澇特性、水利工程狀況、地面高程、土地利用條件、防洪要求等要素，將太倉市分為4個防洪分區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)又劃分為4種不同的下墊面條件：水面、水田、旱地(包括山丘地和非耕地)和城鎮(zhèn)。a圩區(qū)：區(qū)內(nèi)地勢較低，地面高程在吳淞350m左右，主要依靠動力排水，規(guī)劃要求圩區(qū)能抵御外河50年一遇最高洪水位，圩內(nèi)遭遇20年一遇暴雨時不受澇。b半高地：太倉城區(qū)和經(jīng)濟開發(fā)區(qū)均在此區(qū)域，地面高程35-40m，汛期易受洪澇侵襲規(guī)劃要求：遭遇50年一遇洪水時最高水位不超過40m；遭遇100年一遇洪水時，太倉城區(qū)和經(jīng)濟開發(fā)區(qū)通過水閘控制能夠抵御最高洪水位；遭遇20年一遇暴雨時，太倉城區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)及其他圩區(qū)不受澇。c平原區(qū)：區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面高程40-45m，汛期暴雨高潮遭遇時排水困難易發(fā)生洪澇災(zāi)害規(guī)劃要求遭遇50年一遇洪水時，楊林塘以南地區(qū)最高水位不超過40m，楊林塘以北地區(qū)最高水位不超過45m。d沿江區(qū)：沿江區(qū)是太倉市沿江經(jīng)濟開發(fā)帶，區(qū)內(nèi)地勢較高，地面高程45-50m，排水能力較強，規(guī)劃要求遭遇100年一遇洪水時最高水位不超過45m。22河網(wǎng)水位計算結(jié)果及分析221計算結(jié)果根據(jù)水文水力模型按洪水歸槽計算得出現(xiàn)狀及近期、中期、遠期規(guī)劃工程條件下，太倉市50年一遇及100年一遇各典型河道最高水位南北向與東西向骨干河道交匯節(jié)點最高洪水位計算值見表1222結(jié)果分析a對于50年一遇最高洪水位，按各水利分區(qū)地面高程分析，除平原區(qū)和沿江區(qū)南部瀏河沿線附近地區(qū)外，大部分地區(qū)不能抵御50年一遇的最高洪水位。b在近期規(guī)劃條件下，水系進行了系統(tǒng)調(diào)整，骨干河道加以拓寬和銜接，河網(wǎng)的通暢性得到很大提高規(guī)劃區(qū)50年一遇洪水位比現(xiàn)狀工況條件有了較大降低，按各防洪分區(qū)地面高程分析，除圩區(qū)、半高地區(qū)南部地面高程低于50年一遇最高洪水位外，其他大部分地區(qū)地面高程均高于50年一遇的最高洪水位。c在中期規(guī)劃條件下，水系調(diào)整已經(jīng)趨于完善，水系通