从“菲特”“烟花”两场台风对比总结城市洪涝治理的“余姚模式”

2021-11-30 21:19:49 中国水利杂志

浙江省余姚市地处甬江支流姚江中游,南部为浙江四明山区,北部为姚江平原沿海高地,西部为绍兴上虞丰惠地区,东部地势平坦,为流域洪水的主要通道。姚江分三条支流横穿城区,往东经姚江干流入甬江。从地形看,余姚城区处于姚江流域的“锅底”位置,上游南、北、西三个方向来水汇集城区,东向排水由于受甬江潮水顶托和奉化江洪水抢道影响,排水往往受阻,形成重涝。尤其随着城市化快速推进、城区范围不断扩大,城市防洪排涝问题进一步凸显。对比2013年“菲特”台风和2021年“烟花”台风雨情、水情、灾情,根据余姚市在“菲特”台风后的治理布局和目前工程建设部分发挥效益,分析余姚市城市防洪排涝工程布局的合理性,提出我国重涝城市在洪涝治理上的“余姚模式”,供各地参考借鉴。

一、“菲特”和 “烟花”台风雨情、水情和灾情对比

1. “菲特”台风

2013年“菲特”台风具有强度强、前期移速缓慢、登陆时与天文大潮重合、双台风效应和影响范围广等特点。余姚市过程面平均雨量达561mm,全市73个遥测站中有41个站超过500mm,其中20个站超过600mm,最大过程雨量达819mm,且雨型为尖瘦型,对流域和城市防洪排涝十分不利。姚江余姚站水位最高达3.46m,超过警戒水位1.56m,比历史最高水位2.93m高0.53m;余姚市21个乡镇、街道全部受灾,145个行政村、社区被洪水围困,受灾人口83万余人,平均受淹水深1.6m,最深2.0m以上,受淹时间长达13天,其中主城区受淹时间7天,直接经济损失达227.7亿元。

2. “烟花”台风

时隔8年,2021年“烟花”台风严重影响浙江,具有路径复杂移速慢、影响时间超长、过程总雨量破纪录等特点,且在浙江省内两次登录,持续降雨时间长达7天。余姚市过程面平均雨量达572.2mm,全市84个遥测站中有54个站超过500mm,其中16个站超过800mm,最大站为梨洲站,过程雨量达1031mm,远超历史极值。甬江口镇海站潮位同样超历史纪录,风、雨、洪、潮又一次“四碰头”。姚江余姚站水位超历史极值,最高达到3.53m,超过警戒水位1.63m,全市直接经济损失23.2亿元,城区没有进水受淹。

3.两场台风对比分析

在防御难度上,两场洪水基本相当,但结果完全不同。主要受益于“菲特”台风后,对洪水复盘分析,认为造成余姚“菲特”洪灾原因除降雨量大、雨型恶劣、下游排水遭遇天文高潮等不利因素外,流域防洪排涝条件变化、城市规模扩大也是重要因素,流域和城市整体防洪排涝能力跟不上形势变化,不足以应对特大洪水。在省、市、县三级协同努力下,余姚加快推进防洪排涝工程规划建设,成为浙江省首个“高速水路”试验区,并取得阶段性成效。

二、余姚市洪涝治理规划格局

为解决姚江流域防洪排涝问题,浙江省委省政府提出“加大东泄、扩大北排、增加强排、城区包围”的治理思路,采取低围、中疏、南蓄、东泄、西排、北排的系统治理手段,加快推进姚江流域防洪排涝综合治理工程,提出实施余姚城区堤防加固、姚江上游西排、四明湖水库下游河道整治、姚江二通道、余姚市扩大北排、姚江上游西分以及奉化江流域新建葛岙中型水库等“6+1”工程。考虑东排受限客观因素,进一步增加排水通道,向北、向西、向东新开3条洪涝水排泄的“高速水路”,增加奉化江流域上蓄能力,减轻对姚江大闸东排下泄的顶托,以达到流域和城市洪涝兼治的目的。

▲ 姚江流域防洪排涝总体格局

①余姚城区堤防加固工程。规划通过对余姚城区实施包围,加高加固逾40km河道堤防,新增主要干支流530m3/s强排泵站,实现干流和平原洪涝分治。

②四明湖水库下游河道整治工程。通过对水库下游4.55km河道进行整治,满足水库设计下泄行洪要求,沿线根据需求增加排涝泵站,提高下游两岸平原防洪排涝能力,兼顾改善水环境。

③姚江上游西排工程。新开辟姚江流域向曹娥江流域的涝水外排通道,减少洪水期通明闸下泄水量,减轻大洪水时姚江干流及余姚城区的防洪压力,提高上虞沿岸防洪能力,并结合浙东引水工程引曹南线,满足浙东至宁波舟山引水需求。工程规模按照通明闸上游集雨面积134km2,20年一遇洪水全拦不下泄,50年一遇洪水控泄50m3/s,设计新建强排泵站165m3/s和引水泵站40m3/s,新开河道1.9km。

④姚江二通道工程。由于姚江东排受限,结合航运,新建姚江二闸(大通方案),增加东排能力,新增慈江分洪通道,分别在慈江大闸、化子闸、澥浦老闸设置3座梯级泵站,泵排流量分别为100m3/s、150m3/s、250m3/s,加高加固堤防28.6km,形成姚江东排“高速水路”,实现局部高水高排。

⑤余姚扩大北排工程。加快余姚城区涝水外排,扩大北排形成三个“高速”通道,一通道以高桥江—临海浦江—临海浦新闸为通道,解决上虞区长坝下泄洪水及牟山镇部分涝水北排;二通道以西分工程—奖嘉隆江、青山港、新开河—陶家路江—陶家路新闸为通道,解决姚江上游西分工程北排洪水及部分区间涝水;北排三通道以长泠江—西大江—新开北排河道—爱国江闸站为通道,加快余姚城区大包围实施后,西江闸站、百丈江闸站涝水外排,减轻因余姚城区包围后增加北排水量对马渚镇、朗霞街道的排涝影响,新建强排泵站500m3/s,整治新增河道80km。

⑥姚江上游西分工程。通过实施节制、强排等措施,减少洪水东排入余姚城区,实现余姚西部洪水分向北排,同时尽可能减少对上虞的影响,新开河道2.9km、排洪隧洞3.1km,新增强排泵站约150m3/s。

考虑余姚城区特点,城区从不设防转为建设以防洪墙形成封闭圈,通过大流量泵站强排手段实现水往高处走,分西、北、东三个方向杭州湾和临近流域抢排涝水,以减轻城区洪涝压力。

▲ 姚江流域防洪排涝“6+1”工程布置图

三、工程进展及其在“烟花”台风期间发挥的初步成效

目前规划的姚江“6+1”工程中,余姚城区堤防加固、四明湖水库下游河道整治、姚江上游西排等工程已完成,余姚市扩大北排、姚江二通道和姚江上游西分等工程部分完成,宁波葛岙水库正在建设。这些工程在防御“烟花”台风期间初步发挥效益。

①余姚城区包围工程充分发挥“外挡”作用。“菲特”台风期间,姚江最高水位3.46m,因城区无防洪包围圈,基本处于不设防状态,余姚70%以上城区被淹;“烟花”台风期间,余姚站最高水位3.53m,城区已形成防洪封闭圈(按100年一遇洪水位3.80m设防),除个别城区周边个别乡镇少量受淹外,余姚城区未发生大面积受淹,未发生严重内涝、更无人员伤亡报告。

②姚江上游西排工程。“菲特”台风期间,通明闸等下泄水量超过0.4亿m3。姚江西排工程2020年实施完成后,“烟花”台风期间,泵排共78h,其中5台机组(设计流量165m3/s)同时运行41h,共强排到曹娥江水量3530万m3,同步减少姚江流域上游来水,可降低姚江干流余姚站最高水位0.3m,也为两岸平原排涝争取了时间。

③姚江二通道慈江工程发挥一定作用。“烟花”台风期间,东排二通道三级梯级泵站已建成投入运行,闸泵联排实现24小时不间断排涝,“烟花”期间末端澥浦闸泵枢纽(泵站设计流量250m3/s)共排水近1亿m3,其中泵排水量6000万m3;首端泵站慈江泵站(设计流量100m3/s)全力排水,有效减轻城区压力。

④四明湖水库下游河道整治工程为水库预泄提供保证。在台风登陆前,四明湖水库提前预泄,洪水期间在确保自身安全前提下,实现洪水全拦,累计拦蓄3000多万m3。城区南边其他3座水库也提前预泄,确保洪水期间水库基本做到不泄洪。4座水库台风期间通过科学调度,多拦蓄洪水6000多万m3,对成功防御台风起到至关重要的作用。

⑤姚江扩大北排工程部分发挥作用。姚西北泗门泵站(设计流量100m3/s)已建成,“烟花”台风期间开启9轮强排,累计排水1800多万m3,有效减轻了城区压力。

四、“烟花”台风期间洪水调度及存在问题

近年姚江流域防洪排涝工程体系不断完善,甬江流域以及邻近曹娥江流域联动科学调度,成功抵御“烟花”台风,这说明必要的工程体系和科学调度是应对特大洪涝的关键,在姚江流域和余姚城区实施以蓄、挡、拦、分、排相结合的系统治理模式是科学有效的。但“烟花”台风防御也暴露出姚江干流防洪排涝体系仍存在薄弱环节。

①姚江二通道工程建设尚不彻底。二通道建成500m3/s强排泵站,本应高水高排,实现不间断排水功能,但因镇海境内河道过水断面不足,河道未实施全线封闭,致使化子闸站不能全天候运行,虽澥浦闸站外排水量达近亿立方米,但慈江闸站东排因受到区域周边水情影响,未发挥闸站工程的最大效益,“高速”效果一定程度上打了折。

②余姚城区下游姚江堤防单薄,影响城区排涝设施调度。余姚城区下游堤防堤顶高程仅3.63m,丈亭站最高水位已达3.45m,姚江堤防全线告急。

③姚江干流调蓄容积小。“烟花”台风期间,受宁波三江口高潮顶托,高潮位期间姚江大闸和蜀山大闸东排流量几乎为零;姚江流域“6+1”工程中,目前姚江西分、奉化江葛岙水库正在建设,姚江扩大北排工程尚在前期研究阶段。为减轻余姚城区防洪压力,建议加快余姚扩大北排工程前期进展,尽快形成北排“高速水路”。

五、城市洪涝治理的“余姚模式”

全球气候变化大背景下,各地遭遇极端降雨概率在升高。虽然“烟花”洪水防御取得重大胜利,但也客观反映出流域治理进程还须加快,要根据防御条件的不断变化,总结完善治理方向、治理格局、治理手段,不断探索解决城市洪涝治理这一世界性难题。特别是受地形、高潮等多重不利因素制约的平原沿海沿江城市,在洪涝治理上可借鉴“余姚模式”,即外挡洪水,强排涝水,洪涝兼治。

1.流域系统治理是城市洪涝治理的基础和前提

我国城市大多分布在河谷平原和沿江沿海,面临洪涝双重压力。近年洪涝情势演变,流域治理不断推进,越来越多的土地得到保护,流域洪水位有升高趋势,城市防洪压力进一步加大,对防御城市内涝带来不利影响,应将流域系统治理作为城市洪涝治理的基础和前提。

余姚“菲特”台风后的治理规划,立足姚江流域系统治理,提出实施西排入曹娥江,西分、北排入杭州湾,向东经接力泵站入杭州湾的“二通道”方案,尽可能减少流域洪水入余姚城区的风险。防御“烟花”台风,虽然仅部分工程发挥效益,但已取得明显效果,有效避免洪水二次入城,为城市洪涝防御发挥关键作用。

2.在防洪形势严峻的平原城市,宜形成防洪封闭圈,蓄、拦、分、排多措并举,减小洪水入城风险

“菲特”台风期间余姚城市70%城区受淹、持续时间长达一周,与之相比,“烟花”台风期间虽过程雨量大于“菲特”,最高洪水位高于“菲特”近10cm,但城区无一进水受淹,根本原因在于采取了“城区包围”的防洪措施,这是痛定思痛的正确选择。

余姚立城千年,历史上也曾多次遭遇强降雨和大水冲击,但因城区下游和城市周边有广阔的调蓄空间,东排条件好,所以鲜有洪水入城现象。但随着防洪格局变化,特别是城区不断拓展和流域整体防洪排涝能力提升,城市防洪排涝渐渐成为相对“短板”,“不设防”状态的城市在“菲特”台风期间遭受重挫。

城市作为人口和社会财富最集聚的区域(浙江城巿化率已达75%),国家规范要求具备更高的防洪排涝标准。要实现这一目标,必须在流域治理的基础上,对城市防洪排涝“高看一眼”,其中最重要的环节就是建设形成更高标准的城市防洪封闭圈,通过强排措施将城区涝水排出城外。

3.打造泵、闸、堤联运的平原排涝“高速水路”,给洪水涝水以快速通道

“菲特”台风后,浙江省针对平原地区排水受潮水和外江洪水抬升顶托影响,涝区中心离排水口门远、排水干河流速缓慢、扩大排水断面受土地政策制约等种种困难,研究提出建设平原排水“高速水路”的建设方案,破解平原、城市排水难题。

基于近年洪涝形势变化和前期治水实践,各级政府各部门形成共识,坚定建设“高速水路”的决心。“高速水路”通过口门建闸和强排泵站,充分利用现有干河规模,通过梯级泵站接力赋能,适度控制抬升干河行洪水位,达到大幅度增加行进流速和流量的目的,实现洪水涝水直排快排。通过泵站让水往高处走,在当前拓浚河道受到用地约束的背景下,可作为解决平原和城市洪涝的重要出路。

4.防御特大洪涝灾害,工程体系是基础,科学调度是关键,应急处置是保证

应对洪涝灾害,水利工程是“主力军”,需要根据各类条件变化不断完善工程体系。科学调度是关键。汲取“菲特”台风防御教训,“烟花”登陆前,全省水库、河网尽最大可能加大预泄力度。以余姚为例,城南“一大四中”虽然只有防洪库容3500万m3,但通过预泄,水库拦蓄洪水达9300万m3,基本做到滴水不漏,为减轻流域和城区防洪压力起到关键作用。加大流域河网预泄,河网共蓄水2.8亿m3,远超同期外排水量。流域内泵闸的科学调度,也为力保城区安全发挥了重要作用。以底线思维做好应急处置,是确保人民群众生命安全的根本保证。任何工程都有设计能力极限,在特大洪涝发生时,应充分利用工程前期防御作用,为应急决策与处置争取宝贵时间。余姚市在“菲特”台风后,引进形式多样的防洪墙等临时措施,作为永久工程的有效补充,在“烟花”台风期间同样发挥作用。

来源/《中国水利》2021年第21期

作者/朱法君(浙江省水利发展规划研究中心主任),王灵敏

责编/李博远

审核/车小磊

监制/轩玮

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