上海市浦南西片防洪研究

石正寶

（上海市水利工程設計研究院有限公司，上海市 200061）

0 引言

太湖流域分湖西區(qū)、浙西區(qū)、太湖區(qū)、武澄錫虞區(qū)、陽澄淀泖區(qū)、杭嘉湖區(qū)、浦西區(qū)和浦東區(qū)八個水利分區(qū)。上海市境內(nèi)劃分成浦南西片等14個水利控制片。太湖流域杭嘉湖區(qū)上海片即為上海市浦南西片，浦南西片總面積293 km2；片內(nèi)流域分洪河道42條，其中金山區(qū)33條，松江區(qū)16條，青浦區(qū)2條，公共河道9條；河道總長202 km，堤防總長380 km。

1 防洪現(xiàn)狀分析

1.1 上海片防洪現(xiàn)狀

浦南西片地面高程全市最低，一般為2.2～3.5 m，最低處不到2.0 m。區(qū)域內(nèi)河道寬闊，河網(wǎng)密布，主要河道有大泖港、掘石港、惠高涇、六里塘、茹塘、斜塘港、七仙涇、小泖港、胥浦塘、秀州塘、大茫塘等。浦南西片骨干河道防洪及除澇工程基本上是在1996—2000年間上海西部地區(qū)防洪除澇配套和2001—2004年間低洼圩區(qū)達標項目中實施建成，為確保區(qū)域防洪除澇安全起到了重要作用。防洪堤線涉及319座支河水閘，水閘主要建于20世紀90年代，且以單孔4 m的水閘為主。上海片的現(xiàn)狀防洪標準為5～10年一遇。大泖港、茹塘先后在2008年、2011年實施了應急除險加固工程，加固設計標準均為50年一遇防洪標準，堤頂高程為5.24 m。

防洪工程存在的主要問題有以下五個方面：

（1）沿線堤防防洪標準低，嚴重危及區(qū)域人民生命財產(chǎn)安全。

（2）現(xiàn)狀堤防結(jié)構單薄，部分岸段損壞較為嚴重。

（3）河道河槽以沖刷為主，部分河道岸段深泓逼岸，危及河道邊坡穩(wěn)定。

（4）支河口水閘擋水高度不足，防洪標準低。

（5）缺少防汛道路，堤防巡查、抗洪搶險不便。

2 防洪標準研究

2.1 防洪保護范圍

防洪保護區(qū)主要為城市圩區(qū)和農(nóng)村圩區(qū)，共35個，圩區(qū)土地面積229 km2，耕地面積28萬畝，分布人口18萬人。防護區(qū)內(nèi)分布有金山區(qū)的楓涇鎮(zhèn)、朱涇鎮(zhèn)以及松江區(qū)的新浜鎮(zhèn)、泖港鎮(zhèn)政府所在地，并有滬杭鐵路、滬杭高速（A8）、G320國道、A30高速、A6高速、A7高速等穿過。

2.2 防洪標準

2.2.1 流域與區(qū)域防洪標準

近期（2015年）“流域能防御不同降雨典型的50年一遇洪水”，“區(qū)域防洪標準由10～20年一遇提高到20～50年一遇”；遠期（2025年）“流域達到防御不同降雨典型100年一遇的洪水標準”；“除山丘區(qū)等部分區(qū)域以外，有條件的區(qū)域達到防御50年一遇洪水標準”。

2.2.2 該工程防洪標準

2.2.2.1 浦南西片河道行洪標準

防御流域不同降雨典型100年一遇洪水和杭嘉湖區(qū)50年一遇洪水。

2.2.2.2 圩堤的防洪標準

鎮(zhèn)區(qū)聯(lián)圩或鎮(zhèn)區(qū)所在地防護堤防，由于常住人口小于20萬人，城鎮(zhèn)等級為Ⅳ級，防洪標準為50年重現(xiàn)期；其余圩堤由于所在圩區(qū)的人口小于20萬人，耕地面積小于30萬畝，鄉(xiāng)村防護等級為Ⅳ級，防洪標準為20年重現(xiàn)期。但該工程位于現(xiàn)代化國際大都市上海市的金山區(qū)、松江區(qū)內(nèi)，工程區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟較為發(fā)達，且發(fā)展較快，采用20年重現(xiàn)期僅相當于上海市其他內(nèi)河的設防標準，與該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展不相稱，不利于地區(qū)發(fā)展和社會穩(wěn)定，宜適當提高，故統(tǒng)一為50年重現(xiàn)期。

3 防洪水位研究

3.1 設計暴雨

《太湖流域防洪規(guī)劃》選取了1954年、1991年和1999年作為設計暴雨典型年，研究提出了流域不同降雨典型50年一遇及100年一遇設計洪水?！?9南部”型暴雨過程基本保持了1999年實況降雨的時空分布特性，按全流域面平均最大30 d、60 d和90 d降雨量分時段與南部降雨中心區(qū)域相應時段設計降雨量進行同頻率控制，其他分區(qū)為相應降雨過程按實況縮放，對流域下游地區(qū)，尤其是陽澄淀泖區(qū)、杭嘉湖區(qū)的防洪壓力都相對較大?！短饔蚍篮橐?guī)劃》100年一遇不同設計雨型的水利計算成果，“99南部”設計雨型太湖及淀山湖上下游地區(qū)的嘉興和米市渡水位均為最高。因此采用該設計雨型計算得到的相關水位、流量等對于下游地區(qū)的工程安全相對更有保障。本文選用“99南部”型100年一遇設計暴雨作為設計暴雨。《杭嘉湖地區(qū)防洪規(guī)劃》《太湖流域防洪規(guī)劃》關于杭嘉湖區(qū)不同重現(xiàn)期雨量詳見表1。區(qū)域50年一遇暴雨與流域100年一遇暴雨基本接近。

表1 杭嘉湖區(qū)不同頻率暴雨對比表

3.2 設計洪水

《杭嘉湖地區(qū)防洪規(guī)劃》《太湖流域防洪規(guī)劃》關于杭嘉湖區(qū)不同重現(xiàn)期洪水詳見表2。區(qū)域規(guī)劃與流域規(guī)劃（“99南部”型）關于杭嘉湖區(qū)洪水量相差12%～22%。

規(guī)劃工況下，遇“99南部”型100年一遇設計洪水，造峰期（6月7日—7月6日）浙江省入上海市水量為7.86億m3。根據(jù)杭嘉湖區(qū)五項工程可研復核成果，在杭嘉湖區(qū)可研工程布局情況下，遇“99南部”型100年一遇設計洪水，造峰期（6月7日—7月6日）浙江省入上海市水量為7.18億m3。

表2 杭嘉湖區(qū)不同頻率洪水對比表

3.3 設計洪水位

3.3.1 潮位頻率分析

該地區(qū)高水位受上游洪水和下游潮汐雙重作用，根據(jù)多年實測資料分析，年最高水位多發(fā)生在風暴潮期間。根據(jù)浦南西片水位站多年的實測資料統(tǒng)計分析，該區(qū)域歷年最高潮位為4.48 m，出現(xiàn)于2013年10月8日，由2013年第23號熱帶風暴“菲特”引起。該區(qū)域歷年次高潮位為4.28 m，出現(xiàn)于2005年8月7日，由2005年第9號熱帶風暴“麥莎”引起。經(jīng)頻率計算，泖港站50年、100年一遇最高水位分別為4.25 m、4.39 m；洙涇站50年、100年一遇最高水位分別為4.15 m、4.27 m；邱移廟站50年、100年一遇最高水位分別為3.91 m、4.02 m；楓圍站50年、100年一遇最高水位分別為3.92 m、4.04 m。

3.3.2 設計高潮位

實測資料反映了洪水和潮汐的雙重作用，較單一的洪水計算或風暴潮影響能反映更多的復雜因素，頻率水位是一個能較為全面體現(xiàn)自然不確定性的特征參數(shù)，相對也更安全，因此設計水位采用頻率統(tǒng)計成果。根據(jù)河道和水文站的相對位置，按“就近、安全”的原則，對頻率成果進行插值計算，求得浦南西片河道防洪設計水位。各河段不同頻率高水位見表3。

表3 杭嘉湖區(qū)上海片部分河道不同頻率水位成果表

4 防洪工程總體方案研究

4.1 方案特性

基于加堤與疏河的不同方法，提出兩種防洪總體方案，在整個太湖流域范圍內(nèi)，分析不同方案各主要節(jié)點的水位、流域與區(qū)域的進出水量以及對流域與區(qū)域防洪排澇的影響，為防洪工程總體方案提供決策依據(jù)。

方案一：固堤方案。僅通過加高培厚堤防、新建防汛墻來抵御洪水、風浪與船行波，保護圩區(qū)和城鎮(zhèn)以及重要設施安全。

方案二：固堤+疏河方案。對河底高程相對較高的河道（段）適當疏浚，以期望減少阻水、降低水位，同時加高培厚堤防、新建防汛墻抵御洪水、風浪與船行波，保護圩區(qū)和城鎮(zhèn)以及重要設施安全。浦南西片河道從西南部向東北部輸水為主，因此疏浚方案主要考慮對西南部底高程較高的河道浚深至-2.0 m高程，疏浚河道包括張文蕩、潮里涇、施家庵港、范塘、后沙港、黃良浦港、三里塘、秀州塘八條。

4.2 論證方法

根據(jù)《太湖流域防洪規(guī)劃》提出的流域防洪標準和規(guī)劃工程布局，用太湖流域一維河網(wǎng)水動力學模型，考慮工程實施安排的各種可能性，設計流域其他工程與浦南西片河道整治工程不同組合工況，分析浦南西片不同防洪工程方案對流域及工程上下游相關區(qū)域的作用與影響。太湖流域河網(wǎng)（湖泊）概化情況如圖1所示。

圖1 太湖流域河網(wǎng)（湖泊）概化圖

考慮該工程與流域內(nèi)其他規(guī)劃工程先后實施的可能性，該研究擬定了四種計算組合，詳見表4。其中流域內(nèi)其他工程，現(xiàn)狀工況指一輪治理完成后的工況；規(guī)劃工況指防洪規(guī)劃、水資源綜合規(guī)劃、綜合規(guī)劃等提出的流域綜合治理骨干工程實施后的工況。組合1、3采用防洪規(guī)劃現(xiàn)狀調(diào)度，組合2、4采用防洪規(guī)劃規(guī)劃調(diào)度。

表4 計算組合列表

4.3 節(jié)點水位推求

流域規(guī)劃工程實施后，遇流域“99南部”型100年一遇設計洪水，浦南西片河道最高瞬時水位見表5?！肮痰?疏河方案”與“固堤方案”相比，骨干河道瞬時水位大部分相同，個別河道最高瞬時水位降低1.0 cm。

4.4 論證結(jié)果

（1）規(guī)劃工況條件下，與流域防洪規(guī)劃要求相比，大泖港及上游河道疏浚工程實施前后，造峰期浙江省入上海市水量較杭嘉湖區(qū)可研工程布局條件下略有增大，滿足流域防洪規(guī)劃要求。

（2）浦南西片部分河道疏浚工程對流域防洪除澇影響極小。

（3）浦南西片河道疏浚工程在流域現(xiàn)狀及規(guī)劃工況下對杭嘉湖區(qū)防洪除澇的影響不一致，但效果均并不明顯；對流域其他地區(qū)基本沒有影響。

（4）浦南西片河道疏浚工程可增強工程區(qū)域河道輸水能力，但上游來水增加對疏浚段下游部分區(qū)域防洪除澇有一定影響。

表5 杭嘉湖區(qū)上海片部分河道100年一遇最高瞬時水位表

4.5 總體方案推薦

工程位于平原區(qū)，設計洪水經(jīng)黃浦江匯入東海，受潮水位頂托，區(qū)域各節(jié)點的水位變幅不大。加高加固堤防+局部疏河方案對太湖流域、杭嘉湖區(qū)及浦南西片相關河道有一定程度的作用或影響，但影響程度均極小，局部疏河后工程范圍內(nèi)的河道堤防仍需進行基本同樣程度的加高，并且疏浚河段下游個別河道水位還略有升高。因此疏浚河道對降低設計洪水位與設計堤頂高程幾乎無作用，推薦采用單一的加高加固堤防方案。

5 防洪高程

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286—2013），設計堤頂高程應按設計洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高包括設計波浪爬高、設計風壅增水高度和安全加高。

浦南西片河道堤防防洪標準為50年一遇，建筑物級別為2級，安全加高值按堤頂允許越浪考慮取0.4 m。

根據(jù)各河道寬度和深度，分別計算相應的風區(qū)長度和水深。設計風速與設計水位同頻率，即采用重現(xiàn)期為50年的年最大風速，選用上海市金山氣象站風速資料。

在保證防洪安全與經(jīng)濟合理的前提下，分段統(tǒng)一浦南西片流域泄洪通道堤頂高程，設計堤頂高程對計算堤頂高程保留一位小數(shù)，且計算堤頂高程第二位小數(shù)數(shù)字為非零時，向前進一。部分河道堤防防洪高程詳見表6。

表6 部分河道堤防防洪高程表

6 結(jié)語

（1）目前，浦南西片除大泖港、茹塘、小泖港、秀州塘、六里塘堤防防洪標準達到50年一遇外，其余均為5～10年一遇。

（2）大泖港及上游開敞河道行洪標準為防御流域不同降雨典型100年一遇洪水和杭嘉湖區(qū)50年一遇洪水。堤防的防洪標準為50年一遇。

（3）疏浚河道對降低設計洪水位幾乎無作用，本文推薦采用單一的加高加固堤防方案。

（4）針對“菲特”臺風期間出現(xiàn)的新水情，再次研究確定設計高潮位、設計防洪高程，浦南西片開敞式河道防洪水位由潮位控制，50年一遇水位為4.01～4.44 m。浦南西片行洪河道堤防設計防洪高程為4.70～5.45 m。