关于新建大南排洪洞对马屿平原排涝能力的影响分析

关键词：上游山洪、区间平原涝水、洪潮顶托、排洪洞、撇洪渠，防洪排涝能力。

研究背景：马屿平原位于瑞安市飞云江下游右岸，属浙南暴雨、台风频发区，主要涉及马屿镇的大部分区域和仙降镇的部分区域，作为飞云江的滩地和蓄滞洪区，在历年大洪水期间起到滞洪的作用，进年来随着城镇建设的快速发展，马屿平原的防洪、排涝需求和标准逐步提高。由于马屿平原大部分区域为山区，且上游无控制性工程，因此，在大暴雨期间，山洪直接进入平原，同时由于飞云江高水位的顶托作用，马屿平原的防洪排涝形势非常严峻。

一、马屿平原防洪排涝现状背景条件

马屿平原三面环山北临飞云江，集雨面积111.3km2，其中平原面积51.2km2，平原内河网密布，为较大的河谷平原。平原内防洪排涝格局主要为南部和西部产生的洪水向北流经平原后，由下宫水闸等排涝闸北排入飞云江。

区内曹村港为飞云江一级支流，贯穿马屿平原，流域面积66km2，全长15km。平原内除曹村港外，另有大南溪、石龙溪和黄山溪等河道，这些河道大多发源于南部山区，向北流经平原区后汇入飞云江。根据水域调查资料，马屿平原内部共有河道151条，河道总长度157.03km，水域面积2.176km²，水域容积328.66万m³，河道平均宽度13.86m，平原内现状水面率约为4.69％。区内河道大多尚未实施整治，部分河道的过流能力不满足标准或存在卡口等。

平原内现状有排涝闸7座，分别为下宫水闸、岩头水闸、沙洲垟水闸、江浦水闸、江上水闸、树排头水闸、江溪水闸，总净宽为55.9m，部分水闸由于建设年代较早，有水闸出现设施老化等现象，水闸的排水能力已严重下降，未达到标准要求。

近年来，瑞安市加大了飞云江沿岸堤防的建设力度，沿岸兴建了多段高标准堤防，但对马屿平原内的河道整治措施还缺乏系统性，目前马屿平原防洪排涝主要存在以下问题：

1、上游山水缺少洪水出路

马屿平原地处东南沿海台风登陆多发地带，暴雨集中且短时暴雨量较大，加之平原周边多为山区，山水仍未受控制，源短流急，洪水直泄平原地带，造成平原水位猛涨。而平原下游排涝口位于感河段，排涝又受到外江潮位的制约，如遇天文大潮的潮水顶托，平原内的洪涝灾情将更为严重。

2、中游河道淤积严重，过水能力偏低

马屿平原内河道由于河床的自然淤积以及部分通航河道的两岸塌方，加之一些人为的垃圾废物堆放和修筑违章建筑等现象的存在，致使河道过水断面减少，河道过流能力减小，蓄水能力降低，影响了河道排涝效果。河网非主排沟通河道由于日常流速较小，淤积情况更为严重，使得河网内高水位持续时间相应延长。此外，部分区域由于基础建设过程中没有关注河道原有的行洪排涝功能，致使这些河道存在较多的过水卡口，也直接影响了河道的行洪排涝能力。

3、下游水闸外排能力不足

马屿平原现状排水口均位于仙降湾以上，其最大排水口为江溪水闸，同时天井垟为马屿平原地势最低洼位置，现状地坪高程基本在4.0～4.7m，江溪水闸长时间受外江潮位顶托，排水时间较短，上游排涝形势不容乐观。而沿江外排闸大多建设时间较早，原有的设计规模已不能满足现有和未来的需求，再加上部分水闸年久失修、维护保养不及时，很多水闸不同程度出现结构损坏、设施老化等现象，部分水闸的排水能力已严重下降，大大降低了区域排涝能力。

4、内部防洪标准低，防洪减灾设施不完善

随着区内马屿镇和仙降街道经济社会的快速发展，人口集聚、城镇化规模不断扩大以及农业生产方式的转变，下垫面条件发生了较大变化。特别是建设用地不断增加，下垫面硬化率逐渐提高，原有的农田变成了不透水的硬化路面。进而导致区块洪水调蓄能力减弱，同样的雨量会产生更多的洪水以更快的速度汇集于河道，进一步加重了河道的排涝压力。而马屿平原内堤防多为土堤，堤身薄弱，堤顶高程较低，多处地区仅以山路、田埂作为护岸，部分河段至今未做堤防，局部河段较窄，遇有较大洪水，将可能造成较大风险。

5、外部极端恶劣天气更趋频繁

近年来，在全球变暖的大背景下，极端天气、气候事件日益增多，局地暴雨发生更趋频繁，导致马屿平原防洪排涝压力不断加大。而马屿平原地处东南沿海台风登陆多发地带，2000年以后发生了数次较大的洪水，如2005年的“海棠”台风、2007年的“罗莎”和“韦帕”台风、2009年的“莫拉克”台风、2013年“菲特”台风等，均发生了均发生了严重的洪涝灾害。

二、研究思路

本次研究的总体思路是按照科学发展观的要求，基于飞云江流域和马屿平原的基本水情和工程情况，在客观的水文、水利分析计算的基础上，在技术合理的条件下推荐排洪实施方案，从而保证区域社会经济的顺利发展，最终达到以人为本，人水和谐。

1、研究范围

本次研究范围：马屿平原，东至下西垟平原与瑞平平原分界处，南至南部山区分水岭，西至大南水库分水岭，北至飞云江南岸，流域面积111.3km2。

2、研究标准

（1）马屿平原防洪标准

根据防洪范围内的耕地面积、村镇、人口经济等情况，该规划参照《防洪标准》选定规划防洪标准为20年一遇。

（2）排涝标准

10年一遇。

（3）排洪工程启用标准

10年一遇，即马屿平原遭遇10年一遇及以上洪水时，启用排洪工程。

三、水文基本条件

1、设计洪水

马屿平原山区支流集水面积均小于50km²，根据《浙江省中小流域设计暴雨洪水图集》，采用浙江省推理公式法计算洪水。

马屿平原山区支流设计洪水成果与坡面及平原净雨成果如下表所示，

2、设计潮位和设计潮型

（1）潮位分析计算

统计瑞安站逐年最高潮位，采用P-Ⅲ型线型适线，并与《浙江省海塘工程技术规定》相比较，成果见下表。

（2）洪潮遭遇分析

洪水与潮位为两个独立事件，防洪水利计算下边界与洪水、潮位的关系都很密切，不能简单确定一种组合，应根据不同的组合比较分析，确定外包线，具体组合如下：

①重现期为2年以上的各频率暴雨与多年平均高高潮型组合；

②重现期为2年以上的各频率潮型与重现期为5年一遇的暴雨组合。

（3）设计潮型

统计瑞安站潮位站历年连续四天最高高潮为样本，选择历年资料中与多年平均年最高潮位（4.08m）相近略偏不利的潮型作为排涝设计潮型。经分析选取1989年10月15日～18日实测潮型为设计潮型，其最高高潮位为4.11m。典型潮型的涨潮和落潮潮差略高于多年平均、平均高潮位和平均低潮位均高与多年平均、平均潮位与多年平均相近，各时段潮位对防洪排涝较为不利。

四、水文模型

非恒定流河流数学模型是研究水体随时间和空间运动的重要手段之一，特别是随着计算机的高速发展，数学模型的应用有了更坚实的基础，应用的空间也更为广阔。本次计算使用丹麦水力科学研究所开发的一维非恒定流水动力学MIKE11模型建立了水利计算模型。

1、模型概化

本次计算范围为包括马屿平原及仙降下林区块，区域面积为116.2km²。

（1）河道概化。依据区域情况、地形、水系结构及水流走向、现有域内水利工程布局等因素，构建平原河网模型。

本次模型河道概化了马屿平原及仙降下林区块主要河道，包括：曹村港、天井河、河岙底河、石牌河、瑞平塘河左干等共计26条河道，853个节点，河道总长度为68.7km。

（2）闸站概化。考虑了沙洲垟水闸、岩头水闸、树排头水闸、江浦水闸、江上水闸、下宫水闸、江溪水闸、下林水闸等8个闸站。

（3）河道断面。断面资料采用实测断面资料，共277个，部分田面低地、池塘等调蓄容积在河道断面中实现。

（4）初始条件。计算开始时刻河网各断面水位相等，取正常水位3.5m，为避免初始条件引起的误差，不采用前10h计算结果。

（5）计算参数。计算时间步长ΔS取20S。现状工况下河道糙率取0.025～0.030；规划工况下河道糙率取0.025～0.028，隧洞糙率取0.017。

（6）外边界条件。上边界取大南溪、曹村港、许岙、西村、山区坡面等设计洪水过程，下边界取沙洲垟水闸等各排涝闸下游的飞云江潮位过程，平原区间以旁侧入流的方式进入河道。设计洪潮组合取上游各频率洪水+下游平均偏不利潮型。

2、马屿平原现状排涝分析

（1）下垫面情况

马屿平原现状约有农田4.15万亩，农田高程约为5.0～5.8m，现将马屿平原的蓄涝曲线如下表。

根据根据《瑞安市市域总体规划》以及《马屿镇总体规划》的内容，马屿平原现状约有农田4.15万亩，农田高程约为5.0～5.8m，建设用地约0.3万亩；至规划水平年，马屿镇城市建设用地达到1.5万亩，相应减少农田面积1.2万亩，会致使区域的防洪排涝能力下降。

（2）排涝能力成果

根据现状水闸下游飞云江干流处的洪水位过程线、现状河道规模情况，分别计算现状用地及规划用地情况下不同频率的河道洪水位。

通过分析，现状用地情况下，马屿平原10年一遇水位达到4.7～6.1m左右，基本达到现状城镇建基面高程，同时农田淹没水深达到0.4～0.9m左右，不能达到10年一遇的标准；而规划用地实施后，各片区水位均有不同程度抬高，10年一遇情况下，大部分位置水位壅高在10～20cm左右，马屿平原受涝面积约2.36万亩，全域的排涝标准更降低至不足5年一遇标准。因此需要采取相应的工程措施加以应对，以满足防洪排涝形势的需要。

五、排洪工程方案分析

1、总体布局思路

马屿平原由于其地势低平，明显受到飞云江洪潮水位顶托影响，本次研究遵循“上引、中疏、下排”的原则，在《飞云江流域综合规划》的基础上，提出以下治理思路：

在上游建设一座拦河坝，控制集雨面积15km2，20年一遇洪峰流量209m³/s，10年一遇洪峰流量185m³/s，通过大南水库错峰调节后，20年一遇洪峰流量200m³/s，10年一遇洪峰流量175m³/s。

在拦水坝左岸岸坡约280m位置及右岸岸坡约1km位置增设两道截洪渠，坝以上汇水面积共计1.3km²，联合截洪渠共计集雨面积16.3km²。

拟建拦水坝堰坝高程为38.0m，拦水堰坝总长度约140m，堰坝高度约为5.0m，形成一个库容约3.3万m³的山塘。在堰坝左岸建一条4.24km长隧洞直接通入飞云江，隧洞进口高程采用30.0m，出口高程采用3.0m，隧洞过流能力按照该区域10年一遇洪峰流量拟定并考虑上游大南水库的洪水错峰作用，为175m³/s。两座新建截洪堰坝最大坝高约4m，总长度35m，坝顶高程均取42m，10年一遇洪水能截洪13m³。根据现场地形条件，拟定隧洞坡降为0.0064，按照恒定流推算过流能力，隧洞采用无压隧洞，隧洞采用城门洞结构，隧洞衬砌后净宽采用7.0m，正常水深采用5.0m，相应设计流量达到188m³/s，满足相应设计洪水标准要求。

2、方案初拟

根据《飞云江流域综规》的拟定的马屿平原水系布局，本次方案研究拟定工况如下：

（1）基础工况

规划用地+四纵三横的规划河道布局+沙洲垟水闸、江浦水闸、江上水闸、江溪水闸等4个水闸外移改建。

（2）上引隧洞直排飞云江

基础工况情况下，上引隧洞过流能力按照堰坝坝址以上10年一遇洪峰流量并考虑上游大南水库的洪水错峰作用，为175m³/s，两侧山体撇洪流量13m³/s。

3、方案比较

分别计算各方案遭遇10年一遇、20年一遇洪水时最高水位成果，采用基本方案时，其水位过高，项目区农田淹没型式严峻，远无法满足规划防洪排涝标准。采用上引排洪方案时，由于工程将山洪在高地拦截引走，减少了进入马屿平原洪水总量，对马屿平原水位降低效果显著，大南溪出口青石桥附近10年一遇洪水位最高可降低35cm，下游江溪水闸、树排头水闸、沙洲垟水闸等排水口附近水位也有10cm左右的降幅，全域的受涝面积减少至0.84万亩，同时减少了马屿平原高水位运行时间。

六、结论

马屿平原由于其地理位置、地形条件、防洪排涝工程现状等因素的影响，平原内洪涝灾害发生频繁，2000年以后发生了数次较大的洪水，均发生了均发生了严重的洪涝灾害。而且随着区内马屿镇和仙降街道经济社会的快速发展，人口集聚、城镇化规模不断扩大以及农业生产方式的转变，特别是建设用地不断增加，下垫面硬化率逐渐提高，水域面积逐渐减少等，进一步加重了平原的排涝压力。

在《浙江省飞云江流域（温州段）综合规划报告（2015－2030年）》中推荐实施大南排洪工程，但报告对排洪工程的具体布置方案及工程实施对马屿平原防洪排涝的改善效果均未有进一步的研究。鉴于马屿平原防洪排涝存在的问题及已有的规划基础，开展本次研究是十分有工程指导意义的。

通过采用一维非恒定流水文模型的分析，现状用地情况下马屿平原排涝能力不足10年一遇，而规划用地实施后，因下垫面硬化、规划用地标高填埋等举措，马屿平原的排涝标准进一步降低至不足5年一遇标准。

通过大南排洪工程的实施，可将山洪在高地拦截引走，减少了进入马屿平原洪水总量，对马屿平原水位降低效果显著，大南溪出口青石桥附近10年一遇洪水位最高可降低35cm，下游江溪水闸、树排头水闸、沙洲垟水闸等排水口附近水位也有10cm左右的降幅，全域的受涝面积由2.36万亩减少至0.84万亩，对内篁社村、石桥村、岳二村等地农田仍受内涝影响区域，其持续受涝时间能减少约6小时，项目的实施对于全域的治涝效果显著。

结束语：大南排洪洞方案分析的涉及到马屿平原排涝、马屿镇的防洪，外江的洪潮顶托，既要研究流域洪水，又要研究区域涝水、洪水、潮位，更要研究区间的组合洪水，是一项十分复杂的课题。但防洪排涝的保障关系到民生福祉，是全面建设小康社会的重要基础。因此，通过本次方案的研究，对马屿平原的整体防洪排涝形势进行系统分析，如能为后续马屿平原的防洪排涝工程布局提供些许的参考价值，将会是十分有意义的事。

参考、查阅文献：《浙江省飞云江流域（温州段）综合规划报告（2015－2030年）》、《浙江省飞云江流域防洪规划报告》（2002年）、《瑞安市域总体规划（2020-2035）》、《瑞安市马屿镇总体规划》、《水利水电工程等级划分及洪水标准》、《水利水电工程水文计算规范》、《水利水电工程设计洪水计算规范》、《城市防洪工程设计规范》（GBT 50805 -2012）、《浙江省暴雨图集查算手册》等。