平原河網地區(qū)匯水分區(qū)劃分研究

陳留新

商丘市水利建筑勘測設計院，中國·河南 商丘 476000

1 引言

平原河網地區(qū)相較于其他地區(qū)而言，匯水機制較為復雜，具體表現(xiàn)為水系分布密集，并且城市建設和自然條件會對其造成影響，一般情況下，人們會通過設置圩堤和泵閘的方式，對水系進行調控，以降低洪澇災害發(fā)生的概率。但在匯水分區(qū)劃分時，容易受到多種因素的影響，平原河網地區(qū)匯水分區(qū)劃分難度較高，因此采取有效的措施，確保匯水分區(qū)劃分合理性至關重要。

2 現(xiàn)階段平原河網地區(qū)匯水分區(qū)劃分的常見方法

在地貌和水文條件等因素的影響下，平原河網地區(qū)匯水分區(qū)劃分尚未形成統(tǒng)一的方法，當前所使用的方法，并不具備普適性。目前，常用的劃分方法包括數字高程模型、DRLN 算法、SWAT 模型等，通過對地形數據的有效運用，實現(xiàn)劃分匯水分區(qū)的目的。除上述算法外，使用系統(tǒng)對空間尺度、匯流機制和調控強度等維度進行分析，并在此基礎上考慮內外部影響因素，遵循因地制宜的原則劃分匯水分區(qū)，同樣是行之有效的劃分方法。論文以前人研究為基礎，從理論和實踐角度，通過運用水動力模型，對某平原河網地區(qū)匯水分區(qū)進行劃分，將其作為治理水環(huán)境和調控水系的依據[1]。

3 平原河網地區(qū)匯水分區(qū)劃分實例

3.1 劃分地區(qū)概述

某平原河網地區(qū)位于中國河南省商丘地區(qū)，其形成方式為水文侵蝕，黃褐土是主要土質類型，區(qū)內地面起伏為東低西高，地區(qū)中心存在湖泊，湖泊西側已經成為開發(fā)區(qū)，整體地勢較高，平均海拔≥4m，而湖泊東部地區(qū)尚屬于自然灘涂濕地，沒有開發(fā)，平均海拔≤3.5m。在查閱文獻資料后得知，平原河網地區(qū)的氣候類型為溫帶季風氣候，氣候溫暖潮濕，年均氣溫≤15℃，降雨量偏少，近十年的平均降雨量為500～900mm，但在降雨分配上存在明顯的差距，其中6～8 月為雨季，其降雨量占全年降雨量的40%。該地區(qū)所采取的排水模式主要以雨污分流為主，目前，開發(fā)區(qū)內已經敷設了排水管道，道路和地塊上的積水可通過管道排放至區(qū)內水系，而尚未開發(fā)的區(qū)域，屬于排水設施的空白地帶，雨水在形成地表積水后會緩慢下滲到地下水系之中[2]。

3.2 水動力模型概化過程

3.2.1 河網概化

結合上文可知，平原河網地區(qū)匯水分區(qū)的河網建設尚存在一定的不足，水系特點為西多東少，在劃分匯水分區(qū)時需要將建設時序、用地布局、排水管網敷設和管理責任主體等因素作為考慮內容，通過統(tǒng)籌規(guī)劃的方式，實現(xiàn)對全局的有效把控。有關部門決定在2020 年以DEM 為基礎，對河網進行概化。

3.2.2 驗證和率定模型

在查閱該地區(qū)多年降雨和洪澇資料后得知，該區(qū)域發(fā)生強降雨的概率較大，且在特定月份降雨頻率較為集中，相隔時間較短，降雨情況相對特殊。然后，從中選擇兩場特殊降雨作為基準率定河網模型，在河網模型率定完成后，繼續(xù)選擇兩場特殊降雨作為驗證，將水閘管理處所提供的出海閘調整記錄作為依據，對海閘啟動閉合狀態(tài)進行模型設計，在進行洪水演進計算后得知，四場獨立降雨情況下的模型，其效率系數介于0.6～0.8 的范圍內，與模型計算精度要求相符，這表明模型構建和參數取值均具有非常高的準確性，將該模型作為基準，開展后續(xù)研究，可以取得良好的效果[3]。

3.2.3 匯水分區(qū)劃分降雨條件分析

就實際情況而言，在劃分匯水分區(qū)時，需要對不同等級降雨條件下的流場和通量情況進行分析，不同等級降雨條件主要是指小雨、中雨、大雨、暴雨等。在結合現(xiàn)有資料篩選后得知，該地區(qū)近30 年降雨統(tǒng)計資料的平均值與2002 年的情況大致相符，因此在分析降雨條件時，決定將2002 年的降雨數據作為模型，統(tǒng)計結果表明，2002 年該地區(qū)的總降水量為800mm，降雨天數為87 天，以6 個小時為標準，對降雨場次進行劃分，得知該地區(qū)全年降雨場次為60 場，將日均降雨量小于2mm 的降雨場次排除，全年降雨量由60 場縮減至30 場，包括1 場大暴雨、1 場暴雨、5 場大雨、10 場中雨和13 場小雨。

3.2.4 排水模式

平原河網地區(qū)位于城市水利區(qū)域內，屬于典型的圩區(qū)，通過涵閘與圩外水系相結合，成為可以控制的水系，這里所說的控制是指可以分合，除引清調度外，涵閘在其他時段均不會開啟，圩內澇水的排放方式為外排口水閘，在水閘開啟后，澇水會快速匯入海中。平原河網地區(qū)的規(guī)劃水系格局可以用一句話來形容，即一湖四環(huán)七射，所謂的一湖就是滴水湖，四環(huán)是指匯入湖泊的河道，其數量為四道，故稱為四環(huán)，而七射是指貫穿于漣河的河道。

3.3 結果和討論

3.3.1 計算結果

在分析模型計算結果后得知，在大暴雨工況條件下，降雨量多集中在中心區(qū)域，且這些降水會先流經湖泊，然后再排入黃河，而其他部分的降水會在匯入支流后進入黃河。在明確上述情況后，對各河流域湖泊交端面進入湖泊的總水量進行分析，在此基礎上，獲得該地區(qū)水體流向和入湖比例的分布規(guī)律。

模擬結果表明，入湖水量比例和流暢規(guī)律分布大致相同，這表明，降雨后的水體流動呈現(xiàn)出規(guī)律性的特征，將這種方法作為基礎，對匯水分區(qū)進行劃分，具有十分重要的意義。

3.3.2 劃分匯水分區(qū)

在劃分匯水分區(qū)的過程中，需要遵循以下原則：①對模型計算結果的合理性進行明確，以定性和定量分析方法為手段，準確分析和計算水系流程合理性與水量蓄排平衡性。②所劃分的匯水分區(qū)，其尺寸應≤10km2，為后期管理和控制創(chuàng)造有利的條件。③水流進入湖泊或直接匯入河流排入黃河是劃分匯水分區(qū)的依據，對于進入湖泊的水流區(qū)域，應加強治理的力度，避免湖泊水體生態(tài)環(huán)境遭到破壞。④將規(guī)劃建設時序和用地類型作為依據，對當前建設用地、未來建設用地和用地性質進行劃分。⑤針對存在水利工程的水體和調度方式不同的區(qū)域，應單獨匯水分區(qū)的劃分。

以上述五項原則為依據，將該地區(qū)分為了八個匯水分區(qū)。第一個分區(qū)的面積為11.5km2，主要用地類型為城市公園、科技城和生態(tài)保留區(qū)域，其中生態(tài)保留區(qū)域與海塘較為接近；第二個分區(qū)的面積為9.15km2，用地類型為未開發(fā)地帶；第三個分區(qū)的面積為10.8km2，用地類型為骨架網絡和水系建設用地；第四個分區(qū)的面積為11.52km2，用地類型為骨架路網和水系建設用地；第五個分區(qū)的面積為10.45km2，用地類型是社區(qū)和公園用地；第六個分區(qū)的面積為9.48km2，用地類型為綠地、商業(yè)區(qū)；第七個分區(qū)的面積為1.15km2，用地類型為大學用地；第八個分區(qū)的面積為5.75km2，用地類型是湖泊及周邊島嶼。針對不同分區(qū)的特征，需采取有效的管理和控制技術，從而有效解決水體環(huán)境問題，確保水體生態(tài)的健康發(fā)展。

4 結語

綜上所述，在社會經濟高速發(fā)展的背景下，生態(tài)環(huán)境遭到了嚴重的破壞，尤其是水體生態(tài)環(huán)境遭到破壞，會導致城市內澇問題加劇，建議城市有關部門通過有效的技術手段，劃分匯水分區(qū)，通過這種方式，強化水體環(huán)境治理效果，降低內澇和水污染問題的發(fā)生概率，從而為城市建設發(fā)展，創(chuàng)造有利的條件。