摘要：山洪具有突发性、历时短、危害大等特性，山洪进入平原区，是形成城市内涝的重要原因之一。本文以福州滨海新城排涝规划为例, 研究分析高水高排在滨海丘陵区的治涝特点与效果。认为高水高排对防御山洪并减轻平原区的内涝灾害效果显著，为类似区域防洪排涝提供参考依据。
关键词：滨海丘陵区；高水高排；截山洪；排涝
1研究背景
我国东南沿海城镇多数分布在滨海丘陵区，滨海临江，绕水倚山，由于特殊的地形、气候和地理环境，这些区域常受洪涝威胁，水患非常严重，治水抗灾工作困难，且随着城镇化步伐的加快，洪涝灾害造成的损失日益凸显，因此，科学合理地制定防洪排涝对策有重要意义，对于提高防灾能力、减少洪灾损失、保障人民生命和财产安全作用巨大。
本文通过福州滨海新城防洪排涝的实例分析，研究高水高排在滨海丘陵区的治涝特点与效果。
2洪涝成因
发生洪涝灾害的主要成因如下：
2.1自然因素
洪涝灾害主要是由降雨造成的。山洪灾害易发地区的地形往往山高、坡陡、谷深，切割深度大，侵蚀沟谷发育，其地质大部分是渗透强度不大的土壤，遇水易软化、易崩解，极有利于强降雨后地表径流迅速汇集，一遇到较强的地表径流冲击时，从而形成山洪灾害。山洪峰高量大，下游河道坡降缓，且易受外海潮水顶托，造成洪涝灾害。此外河床逐年淤积，造成洪水泛滥日益严重。
2.2人为因素
随着城镇化的发展，城市开发无节制的建设，逐渐靠近山体，受山洪威胁区域增加，山涧溪流被沿岸村庄侵占，平原区大肆侵占蓄滞洪区等，下游平原地区的滞洪能力逐年减弱、排涝压力日益增大。
3滨海丘陵区高水高排方案探讨-以福州滨海新城规划为例
山洪是指山丘区通过城市的河流和周期性流水的山洪沟发生的洪水。山洪的特点是洪水暴涨暴落，历时短暂，水流速度快，冲刷力强，破坏力大，容易造成人员伤亡，山洪进入下游平原区，又形成城市内涝。高水高排即截山洪，目的是削减洪峰和拦截泥沙，避免洪涝灾损失，保卫城市安全。
通过合理的工程措施，整治山洪溪沟，截流山洪后直接排入外海外江，不进入平原区形成内涝，避免山洪冲入涝区转为涝水增加排涝难度。
3.1研究区概况
福州滨海新城，位于长乐东部平原区，三面环山、一面临海，地势西南高、东北低。核心区所在南洋流域山地众多，山区面积约142km2，占比约51.3%，造成该地区洪水陡涨陡落，山洪历时相对较短。核心区位于流域下游，地势低洼，面积约86km2，仅占流域面积的31%。所在流域山洪均进入下游平原区，与平原涝水汇合，经排涝河道、水闸外排至东海，加重了平原区内涝，也导致现状水系发达，水面率高达16.45%，水域面积占用了大量宝贵的土地。而滨海新城土地资源稀缺、用地紧张，通过采取截山洪工程措施，高水直排入海，减小平原区河道规模、蓄滞洪区规模，增加可利用土地，对滨海新城的发展至关重要。
滨海新城南洋片规划排涝工程布局见图1。
3.2截山洪区域分析
滨海新城核心区山洪主要分布在南洋片南部山区，主要溪流有罗联溪与腊溪、三溪、石门溪等3条溪流，小流域范围内有青岩山、乌石山、满山、屏风山、水牛山、太平山、旗山等众山，该片山区地势较高，山区面积约106 km2，约占南洋片流域面积的38.3%，占南洋片山区面积的74.6%。腊溪、三溪、石门溪分别在下游平原区下村、三溪村、石门村注入南洋水网。流域范围内山区地势较高，该流域范围具备截山洪条件的主要为三溪和石门溪以及相应水库，规划截取南洋片上游三溪水库和石门水库下泄洪水，分为三溪水库截山洪片和石门水库截山洪片两个片区，截山洪面积合计58.0km2，占流域面积的21%，占南部山区面积的55.7%。
南洋片截山洪两个片区具体位置分布见图2。
3.3截山洪标准
根据《城市防洪工程设计规范》（GB/T50805-2012），依据山洪下游保护对象的重要性，确定截山洪标准。根据滨海新城总体规划，滨海新城是福州中心城区的副中心，规划区人口130万人，城市防洪工程等别为Ⅱ等，防山洪标准为30~50年一遇。南洋片截山洪标准取30年一遇。
3.4截山洪方案
新建7.4km分洪隧洞，从三溪水库库区起始，中途接纳石门水库下泄洪水，在下沙村西南山脚出露，接入下游新开挖泄洪河，长度1.4km，直接排入东海。具体布置见图2。
4截山洪片区设计洪水计算
（1）计算原理
非恒定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。洪水演进是典型的非恒定流现象，尤其河网感潮段，由于自身水文条件的复杂性，多数情况只能采用数值模拟的方法进行计算，因此，在非恒定的洪水演进计算中利用数学模型进行模拟是必要的手段。
本文计算采用DHI的MIKE11河网水力分析模型，水利计算采用河网一维非恒定流方法，建立各片区水动力学数学模型，利用圣维南明渠非恒定流偏微分方程求解，计算公式如下式。圣维南方程组：
式中：Q、Z、F、V和K分别表示某一时刻t在某空间位置x断面的流量(m3/s)、水位(m)、相应过水断面积(m2)、断面平均流速(m/s)和流量模数；B为水面宽度（m）；q为单位河长旁侧入流流量(m3/s?m)；g为重力加速度（9.81m/s2）。计算方法采用六点隐式差分方法化为差分方程，再与河汊方程、闸汊方程、边界条件及初始条件构成一大型非线性方程组，采用牛顿迭代及高斯列主元消去法求解，从而得出各计算断面的水位和流量过程。
（2）计算成果
按截洪区域分析，根据相关文献计算成果，三溪水库30年一遇下泄流量为441m3/s，石门水库30年一遇下泄流量为223m3/s。截山洪片区设计洪水成果如下表所示。南洋片典型断面水文计算成果见表2。
截山洪片区设计洪水成果如下表所示：
5截山洪必要性分析
滨海新城核心区所在南洋片南部山洪经罗联溪与腊溪、三溪、石门溪等溪流汇入南洋水网，再经东湖、外文武垦区调节，由十八孔水闸、十七孔水闸排入外海，现状无撇洪沟和截洪隧洞。根据地形地质条件，以及现有溪流防洪排涝存在的问题，规划对核心区是否截山洪进行了综合比较。方案一采取“高水高排”，将三溪、石门溪洪水通过隧洞直接排入外海，方案二通过加大平原区河道宽度、水面率来承接山洪，以满足排涝要求。两种方案对比分析如下表所示。
综合分析，方案一工程投资较高，但内涝水位低，占地面积少，陆域回填量少，且避免了大量的拆迁，实施容易。因此，规划采取截山洪工程措施，截取三溪与石门溪设计洪水，防御山洪并减轻平原区的内涝灾害，是十分必要的。
6结论与建议
本文以福州滨海新城排涝规划为例,通过经济技术比较，研究分析得出高水高排方案对滨海丘陵区防御山洪并减轻平原区的内涝灾害效果显著，为类似区域防洪排涝提供参考依据。建议在防洪排涝体系建设中，宜同时落实各种非工程措施，以促进防洪排涝工程功能得到充分发挥。
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论文作者:乔小琴,赵庆,裴珺,周国栋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/5
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