不同暴雨等級(jí)下崇明島除澇能力評(píng)估

唐迎洲

(上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,上海 200232)

不同暴雨等級(jí)下崇明島除澇能力評(píng)估

唐迎洲

(上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,上海 200232)

為支持崇明生態(tài)島建設(shè),在現(xiàn)狀崇明島水利控制工程的基礎(chǔ)上,研究選取不同等級(jí)暴雨雨型和不同特征潮型的組合對(duì)崇明島除澇排水能力進(jìn)行計(jì)算,對(duì)預(yù)降能力、暴雨期間最高水位以及暴雨后排水時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行分析,并根據(jù)研究結(jié)果提出不同等級(jí)暴雨預(yù)報(bào)情況下調(diào)整水閘引排模式、預(yù)降水位的建議。

崇明生態(tài)島;暴雨強(qiáng)度;除澇能力;潮型;生態(tài)建設(shè)

1 概 述

崇明島地處長(zhǎng)江口,三面環(huán)江,東臨東海,面積約1267km2。島內(nèi)地勢(shì)平坦,地面高程一般在3.4～4.3m[1](吳淞基面,下同),但局部最低僅有3.0m。島內(nèi)河網(wǎng)水系基本由人工開(kāi)挖而成,形成了以環(huán)島河(由南橫引河、北橫引河以及團(tuán)旺河構(gòu)成)和28條南北向豎河為骨架,連接縱多橫河和泯溝,并與外圍24座水閘(沿長(zhǎng)江口南支15座、沿長(zhǎng)江口北支9座)共同構(gòu)成了全島引排水系統(tǒng)(圖1)。

根據(jù)發(fā)展定位,生態(tài)建設(shè)是崇明島今后開(kāi)發(fā)的主旋律[2],而獨(dú)特的地理位置導(dǎo)致其極易遭受臺(tái)風(fēng)、暴雨、高潮等不利天氣的影響[3-4],生態(tài)島的發(fā)展定位對(duì)崇明島的防洪除澇能力提出了很高要求。為支持生態(tài)島建設(shè)、分析其除澇能力,筆者選取藍(lán)、黃、橙、紅4種顏色標(biāo)記不同強(qiáng)度暴雨(簡(jiǎn)稱“四色”暴雨)[5],并進(jìn)行計(jì)算分析,“四色”暴雨的特征見(jiàn)表1。

2 不同等級(jí)暴雨下除澇能力分析

2.1 河網(wǎng)概化

采用數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算分析,并采用2007年崇明島河道、水閘、下墊面等相關(guān)資料構(gòu)建了崇明島水系水動(dòng)力模型。其中概化河段486條(段),節(jié)點(diǎn)349個(gè),閘門24座,如圖2所示。

2.2 數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)條件

a.“四色”暴雨典型雨型的選取。結(jié)合表1中“四色”暴雨特征,對(duì)崇明島5個(gè)雨量站2006—2008年的降雨資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析:3年內(nèi)5座雨量站共有18次降雨符合藍(lán)色暴雨特征,其中最大雨強(qiáng)在10～20mm/h,平均值為15.4mm/h;共有6次降雨符合黃色暴雨特征,其中最大雨強(qiáng)在25～30mm/h;共有5次降雨符合橙暴雨特征,其中最大雨強(qiáng)在30mm/h

左右;共有2次降雨符合紅色暴雨特征,但最大雨強(qiáng)差別較大,一次為55.5mm/h,另一次為108.5mm/h。崇明島為平原感潮河網(wǎng)地區(qū),雨強(qiáng)是影響除澇安全的主要因素之一。按照“四色”暴雨危害程度遞增的原則,選取“四色”暴雨的代表雨型(表2)。

圖1 崇明島現(xiàn)狀主要河道及外圍水閘分布

表1 上海市“四色”暴雨特征

圖2 崇明島河道概化

表2 崇明島“四色”暴雨代表雨型情況

b.潮型的選取。為了研究不同潮型下崇明島的除澇能力,筆者除了選取暴雨同步潮型,另外選取了“63.9”和“2006.8大潮期”2個(gè)潮型?！?3.9”潮型(1963年9月15日同步實(shí)測(cè))為上海市除澇標(biāo)準(zhǔn)潮型。該潮型下的低潮位較高,不利于排水,譬如堡鎮(zhèn)站最低潮位高達(dá)2.23m?！?006.8大潮期”(2006年8月14日同步實(shí)測(cè))潮型為長(zhǎng)江枯水年型。該潮型下的低潮位較低,利于排水,譬如堡鎮(zhèn)站最低潮位為0.62m。

c.雨型與潮型的配對(duì)方式。高潮滯后雨峰1h,使內(nèi)河高水位與長(zhǎng)江口高潮位相遇。

d.初始水位?？紤]到航運(yùn)、水廠取水等要求,目前崇明島常規(guī)水位基本控制在2.6～3.0m,常水位一般為2.8m。取2.8m作為初始水位。

e.預(yù)降水位及預(yù)降時(shí)間。根據(jù)相關(guān)要求和崇明島實(shí)際情況,在藍(lán)色預(yù)警下島內(nèi)船舶并不停航,通過(guò)多次試算,提出藍(lán)色預(yù)警下島內(nèi)面平均預(yù)降水位為2.6m;黃色預(yù)警下預(yù)降水位可以低于2.6m;橙色和紅色預(yù)警下島內(nèi)預(yù)降水位為2.3m(該水位為崇明島規(guī)劃預(yù)降最低水位)。預(yù)降時(shí)間為暴雨前24h。

f.水閘調(diào)度方式。由于崇明島外圍全為節(jié)制閘,沒(méi)有泵站,結(jié)合《上海市防汛防臺(tái)應(yīng)急響應(yīng)規(guī)范》以及近些年暴雨期間崇明島水閘調(diào)度方式,筆者提出表3中不同暴雨警報(bào)下水閘響應(yīng)調(diào)度方式。

表3 暴雨防汛預(yù)警下崇明島水閘響應(yīng)調(diào)度方式

2.3 不同等級(jí)暴雨與潮型下崇明島除澇計(jì)算分析

2.3.1 藍(lán)色暴雨

在藍(lán)色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應(yīng)的調(diào)度方式,通過(guò)24h的預(yù)降,內(nèi)河面平均水位可以降至2.600m。若暴雨如期發(fā)生,則島內(nèi)河網(wǎng)面平均水位分別達(dá)到3.098、3.191和3.160m,詳見(jiàn)表4。除澇水位最高情況發(fā)生在“63.9”潮型下,且需要14h才能將全島面平均水位降至3.000m。

表4 藍(lán)色暴雨與不同潮型下崇明島預(yù)降及除澇最高水位

2.3.2 黃色暴雨

在黃色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應(yīng)的調(diào)度方式,通過(guò)24h的預(yù)降,內(nèi)河面平均水位可分別預(yù)降至2.574、2.566和2.495m。若暴雨如期發(fā)生,則島內(nèi)河網(wǎng)面平均水位分別達(dá)到3.113、3.118和3.054m,詳見(jiàn)表5。除澇水位最高情況發(fā)生在“63.9”潮型下,最高水位出現(xiàn)在崇明中部地區(qū),且需要7h才能將全島面平均水位降至3.0m。

表5 黃色暴雨與不同潮型下崇明島預(yù)降及除澇最高水位

2.3.3 橙色暴雨

在橙色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應(yīng)的調(diào)度方式,通過(guò)24h的預(yù)降,內(nèi)河面平均水位均可預(yù)降至2.300m。若暴雨如期發(fā)生,則島內(nèi)河網(wǎng)面平均水位分別達(dá)到2.909、3.054和3.035m,詳見(jiàn)表6。除澇水位最高情況發(fā)生在“63.9”潮型下,最高水位出現(xiàn)在崇明中部地區(qū),且需要5 h才能將全島面平均水位降至3.0m。

表6 橙色暴雨與不同潮型下崇明島預(yù)降及除澇最高水位

2.3.4 紅色暴雨

在紅色暴雨以及不同潮型下,各水閘采用相應(yīng)的調(diào)度方式,通過(guò)24h的預(yù)降,內(nèi)河面平均水位均可預(yù)降至2.300m。若暴雨如期發(fā)生,則島內(nèi)河網(wǎng)面平均水位分別達(dá)到3.432、3.604和3.530m,詳見(jiàn)表7。除澇水位最高情況發(fā)生在“63.9”潮型下,最高水位出現(xiàn)在崇明中部地區(qū),且需要15h才能將全島面平均水位降至3.0m。

表7 紅色暴雨與不同潮型下崇明島預(yù)降及除澇最高水位

2.4 除澇能力評(píng)析

a.崇明島排水口門全部為閘門,排水方式是趁潮排水,故潮型成為影響排水能力的最重要因素,尤其是類似于“63.9”的潮型。

b.若全島發(fā)生藍(lán)色暴雨,局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)積水情況。為盡可能降低除澇水位,在不調(diào)整預(yù)降水位的情況下,降雨期間可以適當(dāng)提高既有排水口門的排水力度或者增加排水口門數(shù)量。

c.若全島發(fā)生黃色暴雨,局部區(qū)域會(huì)出現(xiàn)積水情況。為盡可能降低除澇水位,可以根據(jù)雨情、潮位情況適當(dāng)增加排水口門數(shù)量,以加大排水能力。

d.發(fā)生橙色暴雨時(shí),內(nèi)河除澇最高水位低于藍(lán)色暴雨以及黃色暴雨,原因之一在于橙色暴雨下外圍水閘全部開(kāi)閘排水,提高了內(nèi)河排水能力。這說(shuō)明如果閘群調(diào)度合理,崇明島可以抵御橙色暴雨。

e.盡管外圍水閘全部參與排水,但由于紅色雨型下的短歷時(shí)暴雨強(qiáng)大過(guò)大,導(dǎo)致內(nèi)河除澇最高水位為3.432～3.604m,島內(nèi)部分地區(qū)出現(xiàn)淹水現(xiàn)象。這說(shuō)明2.300m的預(yù)降水位以及水閘全排的方式尚不足以抵御紅色暴雨。

f.由于崇明島北沿中部水閘尚未建成,中部地區(qū)排水能力不足,導(dǎo)致地區(qū)除澇水位偏高。

3 說(shuō)明和建議

a.筆者選取暴雨前24h開(kāi)始預(yù)降內(nèi)河水位,但限于氣象預(yù)報(bào)的精度,氣象部門有時(shí)只能提前2～3h發(fā)布暴雨警報(bào),這導(dǎo)致內(nèi)河水位無(wú)法充分預(yù)降,崇明防汛主管部門應(yīng)根據(jù)暴雨和潮位情況,靈活開(kāi)展閘群調(diào)度,并做好防汛預(yù)案,盡量降低暴雨所帶來(lái)的危害。

b.水安全是確保地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素,為做好崇明國(guó)際一流生態(tài)島建設(shè)的支撐,應(yīng)按照相關(guān)規(guī)劃積極開(kāi)展河道達(dá)標(biāo)整治以及外圍水閘的建設(shè),以提高崇明島蓄排水的能力。

[1]陳樂(lè)天,王開(kāi)運(yùn),鄒春靜,等.上海市崇明島區(qū)生態(tài)承載力的空間分異[J].生態(tài)學(xué)雜志,2009,28(4):734-739.

[2]徐祖信,黃沈發(fā),王敏.崇明島生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)規(guī)劃研究[J].上海環(huán)境科學(xué),2003,22(3):161-166.

[3]張榮斌.對(duì)實(shí)現(xiàn)崇明三島防汛聯(lián)動(dòng)的思考[J].城市道橋與防洪,2007,4(4):56-59.

[4]莊怡,應(yīng)榮弟.崇明島堡鎮(zhèn)站防汛最高潮位設(shè)計(jì)[J].吉林水利,2010(1):36-39.

[5]程曉陶,李娜,王艷艷,等.防汛預(yù)警指標(biāo)與等級(jí)劃分的比較研究[J].中國(guó)防汛抗旱,2010(3):26-31.

Evaluation of waterlogging drainage capacity in different rainstorm conditions on Chongming Island

TANG Ying-zhou
(Shanghai Water Planning and Design Research Institute,Shanghai 200232,China)

In order to support the construction of Chongming eco-island,based on the current projects of water control,the waterlogging drainage capacity was calculated with the combinations of different type of rainstorms and tides.The parameterssuch as pre-lowering capacity,the highest water level during rainstorm,draining-time after rainstorm were analyzed.The suggestions of delivery and drainage patterns of sluice gates and pre-lowering water level under different types of rainstormswere proposed according to the calculated results.

Chongming eco-island;rainstorm intensity;waterlogging drainage capacity;type of tides;eco-construction

TV212.5+3

A

1004-6933(2011)03-0042-03

10.3969/j.issn.1004-6933.2011.03.010

上海市科季科技攻關(guān)項(xiàng)目(07DZ12051)

唐迎洲(1979—),男,江蘇泰州人,工程師,碩士,主要從事水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)與水環(huán)境數(shù)值模擬研究。E-mail:hhutyz@sina.com

(收稿日期:2010-09-26 編輯:徐 娟)