大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)研究

在中國東部和南部的河流底部，有大量平原河網(wǎng)。這些地區(qū)地勢平坦，河網(wǎng)密集，外排水受河流和湖泊洪水和潮汐的影響，容易發(fā)生洪水。同時，人口稠密、土地開發(fā)利用程度高、經(jīng)濟發(fā)達、資產(chǎn)密集、防洪排澇要求高。對本地降水引發(fā)的防洪問題缺乏統(tǒng)一認識,一定程度上影響了治理步伐。因此,有必要分析研究大范圍(>5000km2)平原河網(wǎng)地區(qū)因本地降水引發(fā)的洪澇問題和治理標(biāo)準(zhǔn)。1在大多數(shù)平原河網(wǎng)地區(qū)，由于當(dāng)?shù)亟邓?，存在防洪問題1.1生產(chǎn)生活危害性小洪澇災(zāi)害都是由于大水淹沒,造成生命財產(chǎn)損失、生產(chǎn)受阻、農(nóng)田減產(chǎn)。澇災(zāi)因本地暴雨生成的地表徑流不能及時排除而發(fā)生,水位超過地面不多,一般不會危及人生命,對生產(chǎn)生活危害性較小,治理標(biāo)準(zhǔn)低,治理責(zé)任由本地承擔(dān)。洪災(zāi)因水漫溢各種自然或人工堤壩而發(fā)生,洪水有沖擊性,水位超過地面較多,常危及人生命,對生產(chǎn)生活危害性大,治理標(biāo)準(zhǔn)高,治理責(zé)任常由上下游和各級共同承擔(dān)。由于澇災(zāi)成因強調(diào)本地暴雨因素、洪災(zāi)成因強調(diào)高水滿溢因素,洪澇治理標(biāo)準(zhǔn)的巨大差別,以及洪澇治理責(zé)任和投資政策的長期差異,在我國一些地區(qū)和部分規(guī)劃人員中,逐漸形成了“外洪內(nèi)澇”的觀念。1.2澇災(zāi)害導(dǎo)致圩區(qū)抽排能力下降在大范圍平原河網(wǎng)地區(qū),地形高低交錯,河網(wǎng)貫通。降水后,高地水快速匯入低洼地區(qū),與低洼圩區(qū)抽排澇水混流,共同抬高河網(wǎng)水位,引發(fā)洪澇災(zāi)害,難以分割上游高地來的“外洪水”和圩區(qū)抽排的“內(nèi)澇水”。由于圩區(qū)分布廣(如太湖圩區(qū)占平原陸域面積的60%,里下河腹部圩區(qū)占腹部面積的72%),圩區(qū)產(chǎn)流較大。經(jīng)多年的治理,圩區(qū)抽排能力大于區(qū)域河網(wǎng)外排能力,成為外河網(wǎng)水位抬高的重要原因。因此,既存在周邊高地給低洼圩區(qū)帶來的“因洪致澇”災(zāi)害,也存在低洼圩區(qū)抽排對圩區(qū)自身和上游無圩地區(qū)帶來的“因澇致洪”災(zāi)害,難以簡單區(qū)分洪災(zāi)與澇災(zāi)。1.3分片防御洪澇大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)洪水災(zāi)害多源,低洼地區(qū)地面高程相近又有差別,不同保護范圍與對象保護要求有別,逐步形成了防御流域外圍洪潮水、鄰近水利分區(qū)共同防御區(qū)域洪水、地面高程相近的地區(qū)共同防御外圍高水以及城市、圩區(qū)、基礎(chǔ)設(shè)施自保等多類型、多范圍的洪澇防御工程體系。體系間具有明顯的層次性,單個體系“外洪內(nèi)澇”的概念清晰、具有一定的獨立性,但不同體系需要協(xié)同發(fā)揮作用,體系之間“洪澇”邊界具有不確定性,洪澇治理相互影響,不同體系治理標(biāo)準(zhǔn)、布局需要協(xié)調(diào),難以實施嚴(yán)格的“洪澇分治”,而需要“洪澇兼治”。1.4在不同區(qū)域的雨洪糾紛中,對“外洪澇”的認定缺乏明確的規(guī)范依據(jù),影響了原采過程正常的高效治理標(biāo)準(zhǔn)選擇的隨意性在我國現(xiàn)行規(guī)范中,排澇標(biāo)準(zhǔn)多根據(jù)農(nóng)田或面積較小的地區(qū)排水來確定,標(biāo)準(zhǔn)總體較低,多為5～10年一遇,高者不超過20年一遇。大范圍(如面積大于5000km2)的區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)的確定,缺乏規(guī)范依據(jù)。由于“外洪內(nèi)澇”觀念的存在和規(guī)范的缺位,造成大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)洪澇治理標(biāo)準(zhǔn)選擇的隨意性,一些地區(qū)甚至長期按“內(nèi)澇”治理,淡化了平原河網(wǎng)地區(qū)洪澇災(zāi)害的嚴(yán)重性和復(fù)雜性,進而影響洪澇治理的進程?；貧w洪災(zāi)因水漫溢各種自然或人工的堤壩而發(fā)生的基本概念,認清大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)洪澇特性、“洪澇兼治”要求及采用排澇標(biāo)準(zhǔn)治理的局限性,可以明確提出大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)存在本地降水引發(fā)的防洪問題和防洪標(biāo)準(zhǔn)確定問題。2防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定“防洪標(biāo)準(zhǔn)”是指防護對象防御洪水能力相應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)防護對象的規(guī)模屬性、重要性和受災(zāi)損失程度來確定。江河流域防洪規(guī)劃所稱“防洪標(biāo)準(zhǔn)”常指流域防洪體系能夠安全處置的流域性洪水的標(biāo)準(zhǔn),通過排洪、分洪、蓄洪、滯洪、擋洪等綜合措施,保證各河段洪水安全下泄、河道防洪水位不超過堤防設(shè)計防洪能力;各河段防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)保護對象確定,可以不同,但需要上下協(xié)調(diào)。對大范圍平原河網(wǎng)地區(qū),其防洪標(biāo)準(zhǔn)概念類似于江河流域洪水處置標(biāo)準(zhǔn),其防洪標(biāo)準(zhǔn)的分析與表達要體現(xiàn)大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)設(shè)計洪水計算方法及洪水處置特點。2.1設(shè)計暴雨時長與時空分配大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)設(shè)計洪水一般采用雨量資料推求,無法通過流量資料分析。在分析成災(zāi)暴雨類型和成災(zāi)(造峰)降雨歷時的基礎(chǔ)上,確定各種歷時面降雨量、降雨的時程分配和面分配。暴雨類型。大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)洪澇成災(zāi)降雨主要有二類,一類為梅雨型,特點是降雨歷時長、總量大、范圍廣,往往造成全區(qū)性洪澇災(zāi)害;另一類是臺風(fēng)暴雨型,特點是降雨強度大、暴雨集中,易造成局部性洪澇災(zāi)害。太湖和里下河地區(qū)設(shè)計暴雨一般選用梅雨型。成災(zāi)(造峰)降雨歷時。大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)由于水面率高、河湖貫通、河湖調(diào)蓄能力強,短歷時暴雨和局部暴雨不會造成河網(wǎng)水位的劇烈抬升而成災(zāi),成災(zāi)暴雨歷時較長。太湖地區(qū)成災(zāi)(造峰)降雨歷時為30～90d,區(qū)域內(nèi)部各水利分區(qū)稍短,湖西地區(qū)15d、武澄錫虞區(qū)7d、陽澄淀泖區(qū)15d;里下河地區(qū)成災(zāi)(造峰)歷時為7～30d。成災(zāi)(造峰)降雨歷時與區(qū)域排水規(guī)模、蓄水能力關(guān)系密切,降雨一定時,外排和蓄滯能力加大,成災(zāi)(造峰)降雨歷時延長;而內(nèi)部圩區(qū)抽排能力加大,則縮短。設(shè)計暴雨量。由于成災(zāi)(造峰)暴雨歷時較長,需考慮不同歷時設(shè)計暴雨同頻率組合對流域水情的影響。以全區(qū)域面平均雨量為對象,統(tǒng)計分析各歷時設(shè)計暴雨量。根據(jù)區(qū)域降雨與匯流特點,統(tǒng)計分析歷時一般可選擇最大3、7、15、30、45、60、90d等。時空分配。大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)設(shè)計暴雨時空分配一般采用典型年法。一般選擇暴雨總量與設(shè)計暴雨接近,暴雨時間集中,暴雨中心與區(qū)域中心低洼地區(qū)基本重合的不利年型為典型年;對暴雨中心在區(qū)域內(nèi)移動的降雨過程,優(yōu)先選擇暴雨先發(fā)生在區(qū)域排水下游地區(qū)的暴雨過程。根據(jù)典型年降雨的時空分布,采用時空同倍比或同頻率縮放推求設(shè)計暴雨,空間分布上設(shè)定設(shè)計暴雨與典型暴雨中心一致。為防止典型年代表性不夠,還可選擇多個典型年進行復(fù)核計算,或?qū)⒉煌湫湍暧糜诓煌瑓^(qū)域。地區(qū)組成。大范圍平原河網(wǎng)地區(qū),常有分區(qū)治理要求,需研究設(shè)計暴雨地區(qū)組成。分別采用本分區(qū)與全區(qū)域降雨同頻率、其他地區(qū)降雨相應(yīng)的組合,確定各區(qū)域設(shè)計暴雨,用于各分區(qū)治理規(guī)劃研究。2.2設(shè)計水位變化影響大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)河湖調(diào)蓄作用突出,蓄泄關(guān)系是防洪規(guī)劃的關(guān)鍵問題,防洪設(shè)計水位是“蓄泄兼籌”和“上下游共同分擔(dān)”規(guī)劃原則的核心體現(xiàn)。防洪設(shè)計水位定得過高,河網(wǎng)外排能力與調(diào)蓄能力相應(yīng)增加,河道排洪整治工程量小,但筑圩范圍及相應(yīng)的澇水抽排范圍擴大,圩堤高程提高,破圩風(fēng)險加大;防洪設(shè)計水位定得過低,可減少筑圩范圍、相應(yīng)擴大澇水自排范圍,減少破圩風(fēng)險,但需要大量拓浚河道,對地面高程與承泄區(qū)水位高差不大、地面坡降甚至小于1/100000的地區(qū)非常不經(jīng)濟。因此,防洪設(shè)計水位技術(shù)經(jīng)濟比較成為防洪標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃布局確定中的重要工作。大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)防洪設(shè)計水位,一般選用歷史最高水位、次高水位或其相近水位,體現(xiàn)歷史洪水特性和地形特點。防洪設(shè)計水位還與區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)、村莊及產(chǎn)業(yè)布局,以及涵閘、泵站、堤防等水利設(shè)施和橋梁、碼頭等涉河基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計參數(shù)有關(guān),具有相對穩(wěn)定的協(xié)調(diào)關(guān)系,以及高度的社會認知度。大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)河道防洪設(shè)計水位變幅小于山丘區(qū)、平原坡水區(qū),但變動影響范圍大、影響更加深刻。因此,需保持長期穩(wěn)定不變、不能輕易調(diào)整。2.3潮河道承泄區(qū)洪水分析本地暴雨與承泄區(qū)水位組合關(guān)系是大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)確定中需要研究的內(nèi)容。平原河網(wǎng)地區(qū)洪澇水多以江河、湖泊、海域作為承泄區(qū),江河湖泊承泄區(qū)水位變化一般比較緩慢,海域承泄區(qū)水位呈周期性變化,感潮河道承泄區(qū)水位同時受徑流和潮汐影響,變化更為復(fù)雜。一些大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)排水出路多向,如太湖地區(qū)有北排長江、東出東海、南下錢塘江3條途徑,里下河地區(qū)有東排黃海、南排長江、西抽入京杭大運河3條途徑,增加了遭遇分析的復(fù)雜性?？刹捎玫湫湍攴ɑ虮┯辍⒑樗?潮)位組合頻率法確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)排水區(qū)設(shè)計暴雨與承泄水體洪水位同時遭遇的可能性不大時,采用典型年法,即承泄水體設(shè)計水位采用設(shè)計暴雨典型年對應(yīng)實況洪水位過程;或采用歷年承泄期常遇洪水位概化過程。當(dāng)排水區(qū)設(shè)計暴雨與承泄水體洪水位同時遭遇的可能性較大時,承泄水體設(shè)計水位可采用設(shè)計暴雨重現(xiàn)期相應(yīng)的洪水位過程,并考慮區(qū)域排水時引起的水位雍高。2.4設(shè)計洪水的識別根據(jù)上述分析,大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)表達需包含設(shè)計暴雨頻率、設(shè)計暴雨年型、防洪設(shè)計水位、與承泄區(qū)水位組合關(guān)系等內(nèi)容,可簡化表達為“防御某某年降雨典型的多少年一遇洪水”。3平原河網(wǎng)區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)為3.1對防護對象的標(biāo)準(zhǔn)大范圍平原河網(wǎng)地區(qū)本地降水引發(fā)的洪澇災(zāi)害,在洪澇特性、洪水風(fēng)險、治理代價、成災(zāi)損失等方面都有其特點,在區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)確定時需加以注意。一是區(qū)域內(nèi)部洪澇相互影響,應(yīng)將低洼圩區(qū)作為整體來研究區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn),區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達到區(qū)內(nèi)大部分防護對象按照文獻確定的防洪標(biāo)準(zhǔn);二是較之江河外洪、山洪,平原河網(wǎng)地區(qū)本地洪水水位差小,洪澇成災(zāi)破壞力小,對同樣屬性的保護對象,防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)較低;三是平原河網(wǎng)地區(qū)人口稠密、土地開發(fā)利用程度高、地面附屬設(shè)施多,征地補償和移民安置成本高,防洪標(biāo)準(zhǔn)定得過高代價過大、實施困難,對防洪要求高的重要城市中心城區(qū)可采取自保措施?？紤]上述特點,大面積平原河網(wǎng)地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)建議參照文獻中等城市或大面積鄉(xiāng)村防洪保障要求,選用50～100年一遇標(biāo)準(zhǔn),并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較和環(huán)境、社會影響綜合論證確定。對城市化率較高、中等城市數(shù)量多、產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施密集的地區(qū)可采用上限標(biāo)準(zhǔn)。對范圍相對較小、城市化率不高、中等城市不多、產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施不太密集的地區(qū)可適當(dāng)降低,采用30年一遇以上標(biāo)準(zhǔn)。3.2防洪標(biāo)準(zhǔn)與匯流計算方案圩區(qū)排澇能力提高會對區(qū)域防洪產(chǎn)生不利影響,帶來“因澇致洪”問題。圩區(qū)總體排澇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與區(qū)域蓄洪、排洪能力相協(xié)調(diào),應(yīng)根據(jù)規(guī)劃區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)和匯流計算方案,對圩區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)、圩內(nèi)控制水面率、排澇模數(shù),以及圩口閘、泵站調(diào)度運行方案,提出區(qū)域性控制要求,并嚴(yán)格執(zhí)行。在圩區(qū),常有聯(lián)圩并圩、縮短防洪戰(zhàn)線需求,以及加高堤防、提高防御能力的需求,從而帶來圩區(qū)間治理的不平衡性。應(yīng)根據(jù)區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)工情條件,統(tǒng)一確定圩外防洪設(shè)計水位和圩堤標(biāo)準(zhǔn),控制聯(lián)圩并圩,避免形成比拼圩堤的惡性循環(huán)。3.3聯(lián)圩并圩,適度設(shè)置排水河道對重要和特別重要城市的中心城區(qū)以及特大型工礦企業(yè),其防洪標(biāo)準(zhǔn)可高于區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)。以區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)工情條件和中心城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)設(shè)計洪水,確定中心城區(qū)防洪設(shè)計水位。在城鎮(zhèn)防洪規(guī)劃布局中,聯(lián)圩并圩要適度,盡量避免采用大包圍方案,保證將區(qū)域性排水河道留在圩外,盡量保留圩外自由調(diào)蓄水面。對聯(lián)圩并圩后