吳濱濱，喻海軍，3，馬建明，孫 庚，穆 杰

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心(水旱災(zāi)害防御中心)，北京 100038；3.水利部京津冀水安全保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100038；4.應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院，北京 100085；5.北京中水科工程集團(tuán)有限公司，北京 100048)

1 研究背景

城區(qū)河道現(xiàn)狀防洪能力的準(zhǔn)確評估是保障城市防洪安全的基礎(chǔ)[1]，也是識別防洪薄弱環(huán)節(jié)及提出有效工程治理措施的前提。隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，橋梁、橡膠壩等河道阻水建筑物的增多，侵占了河道行洪斷面，不同程度地影響了河道行洪能力，需定期對河道防洪能力開展評估[2]，以了解河道現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)、河道可安全下泄的最大流量以及不同頻率洪水下城區(qū)的淹沒范圍和淹沒水深等。特別是多河匯聚、地勢低洼的城市，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，洪災(zāi)損失巨大，迫切需要開展現(xiàn)狀防洪能力評估與提升等方面研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水動(dòng)力模型為河道現(xiàn)狀防洪能力的評估提供了有力的工具[3-5]。

已有河道防洪能力研究主要集中在單一河道(干流為主)防洪控制水面線和過流能力模擬計(jì)算方面。張景[6]模擬比較了汾河干流下游不同量級洪水下河道沿程水位與堤頂高程的關(guān)系，計(jì)算了主要城市所屬河段的過流能力，識別了風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位，并評估了規(guī)劃蓄滯洪區(qū)的防洪能力提升效果。馮金鵬[2]計(jì)算了不同頻率洪水組合下河道典型斷面的特征水位以及保證流量，分析了過流能力較弱的河段。劉一平等[7]評估了水庫下游河道堤防漫溢的臨界流量，并分析了阻水建筑物對河道行洪能力的影響。周惠成等[8]模擬分析了多種工況組合下水庫下游河道的過流能力，探究了糙率對河道過流能力的影響。王宇明[9]復(fù)核了柴河水庫下游河道現(xiàn)狀防洪能力，計(jì)算了現(xiàn)狀斷面過流能力(保證流量)。方神光等[10]基于現(xiàn)有資料整理、實(shí)測水文資料分析和水動(dòng)力模型相結(jié)合的方法，綜合分析了西江干流主要防洪城鎮(zhèn)及堤岸的現(xiàn)狀防洪能力。胡陽等[11]通過二維水動(dòng)力模型評估了現(xiàn)狀防洪能力，研究了不同洪潮遭遇重現(xiàn)期下兩岸堤防高程差變化對防洪能力的影響。目前針對多河匯聚的城市/區(qū)域防洪能力評估開展研究相對較少，僅個(gè)別學(xué)者開展了河道水面線計(jì)算、淹沒范圍和淹沒水深分析、不同工程措施效果提升評估等研究[12-14]，尚無針對多河匯聚區(qū)域開展過流能力分析等相關(guān)研究。

本文以沱江上游金堂縣城區(qū)為例，針對城區(qū) “三河匯一江”的復(fù)雜交互關(guān)系，構(gòu)建一二維耦合洪水分析模型，評估河道現(xiàn)狀防洪能力(含跨河建筑物)及城區(qū)洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)，識別金堂城區(qū)防洪的主要薄弱環(huán)節(jié)，為當(dāng)?shù)睾樗L(fēng)險(xiǎn)管理和水安全保障提供技術(shù)支撐。

2 研究區(qū)域概況

金堂縣位于成都平原東北部，縣城位于北河、中河、毗河三河與沱江干流匯口處(表1、圖1和圖2)，素有“千里沱江第一城”之稱，卻也是沱江流域受洪水威脅最嚴(yán)重的地區(qū)。城區(qū)上游集水面積大(沱江干流三皇廟水文站以上為6590 km2)，多條支流呈扇形匯集，其中北河上游的綿遠(yuǎn)河、石亭河、湔江發(fā)源于四川省三大暴雨區(qū)之一的鹿頭山暴雨區(qū)，中河、毗河為成都平原排洪河道，汛期暴雨量級大、持續(xù)時(shí)間長，洪水峰高量大、洪水組成與遭遇復(fù)雜；下游狹窄的金堂峽為川西水網(wǎng)僅有的三處出口之一，也是金堂縣城洪水唯一的下泄通道，汛期行洪不暢；加之金堂縣城自身防洪基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低、地勢低洼等因素，一直是洪澇災(zāi)害頻發(fā)區(qū)、重發(fā)區(qū)，已成為成都市乃至四川省防洪體系的顯著短板。

圖1 金堂縣城區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of urban area of Jintang County

圖2 金堂縣城區(qū)放大圖Fig.2 Enlarged view of urban area of Jintang County

表1 金堂境內(nèi)主要河道特性表Table 1 Characteristics of main rivers in Jintang County

近年來，金堂更是頻繁遭受洪水淹城災(zāi)害，尤其是2013年、2018年、2020年三場大洪水，人民生命受到威脅、財(cái)產(chǎn)遭受巨大的損失、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展秩序受到嚴(yán)重破壞，洪水災(zāi)害成為當(dāng)?shù)匕l(fā)展最大的威脅和破壞因素。其中，沱江三皇廟水文站2013年洪水量級為20～50年一遇；2018年洪水量級為50～100年一遇；2020年洪水量級更是超100年一遇，且金堂縣城經(jīng)歷了2020.8.12、2020.8.17兩輪洪水過程，三皇廟水文站共發(fā)生4次洪峰(12日2：15實(shí)測洪峰流量5930 m3/s，22：20實(shí)測洪峰流量6600 m3/s；16日22：20實(shí)測洪峰流量7950 m3/s；17日14：45實(shí)測洪峰流量8100 m3/s)[15]，受災(zāi)人口4.1萬人，轉(zhuǎn)移安置1620余人，直接經(jīng)濟(jì)損失19.7億元。表2列出了金堂縣城區(qū)幾處沿河易受淹低洼地帶的高程及歷史洪水位，可見地面高程約444～447 m，2020.8.17、2018.7.11兩場洪水城區(qū)洪水位大都在447～449 m之間，遠(yuǎn)高于地面高程。

表2 金堂城區(qū)沿河地勢低洼街道高程及歷史洪水位Table 2 Elevation and historical flood level of low-lying streets in the urban area of Jintang County

金堂縣城現(xiàn)有防洪保護(hù)體系以堤防、護(hù)岸為主，受地形地勢、市政排澇和城市空間布局限制，現(xiàn)有堤防高度均較低，防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，難以抵御較大洪水，現(xiàn)有體系已不能滿足城區(qū)防洪要求，迫切需要開展防洪研究，識別防洪薄弱環(huán)節(jié)，為提出有效工程治理措施提供支撐。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)測量和收集本研究中地形及河道斷面數(shù)據(jù)(含跨河建筑物參數(shù))為2020年1月實(shí)測數(shù)據(jù)。采用無人機(jī)搭載LiDAR航攝獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并通過航帶拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程檢查和點(diǎn)云濾波等處理，獲得金堂縣城區(qū)范圍內(nèi)的高精度地形數(shù)據(jù)(1 m DEM，1 m DSM)。城區(qū)外地形數(shù)據(jù)采用1∶10000地形圖。河道斷面數(shù)據(jù)采用測深儀、RTK等設(shè)備人工測量獲得。

水文數(shù)據(jù)主要包括三皇廟水文站(沱江干流)和三水水文站(中河)的實(shí)時(shí)報(bào)汛數(shù)據(jù)、主要閘壩調(diào)度情況等，由金堂縣人民政府防汛抗旱指揮部辦公室(以下簡稱金堂縣防汛辦)提供。此外，毗河水位站(2019年設(shè)站，僅有2020年汛期數(shù)據(jù))的實(shí)時(shí)報(bào)汛數(shù)據(jù)由四川省都江堰管理局東風(fēng)渠管理處提供。

2020.8.17、2018.7.11、2013.7.9三場典型洪水的淹沒調(diào)查范圍及洪痕調(diào)查成果(淹沒水深)由金堂縣防汛辦提供，覆蓋城區(qū)重點(diǎn)位置。此外，本研究課題組也開展了2020.8.17、2018.7.11兩場洪水的洪痕調(diào)查，主要包括城區(qū)及上下游河道沿岸淹沒水位及水深的測量。因此本研究將雙方的調(diào)查成果進(jìn)行相互校驗(yàn)和復(fù)核，獲得最終2020.8.17、2018.7.11兩場洪水的洪痕調(diào)查成果。

3.2 洪水分析模型構(gòu)建采用中國水利水電科學(xué)研究院洪水分析軟件IFMS(Integrated(IWHR)Flood Modeling System)中的一二維耦合水動(dòng)力學(xué)模型開展金堂縣城區(qū)洪水演進(jìn)模擬分析，該模型采用基于有限體積法的Godunov格式對一維圣維南方程組和二維淺水方程進(jìn)行離散求解，已經(jīng)成功應(yīng)用于多個(gè)區(qū)域的洪水模擬，模型原理詳見相關(guān)文獻(xiàn)[16-18]。

3.2.1 一維河道模型 為了更加準(zhǔn)確地反映金堂縣城區(qū)“三河一江”的相互影響以及城區(qū)洪水淹沒狀況，一維河道建模范圍將城區(qū)及主要河道適當(dāng)外延，其中北河為綿遠(yuǎn)河與石亭江交匯處至北河閘河段，總長約13 km，實(shí)測斷面34個(gè)；毗河為成都第二繞城高速至中河毗河匯合處河段，總長約13 km，實(shí)測斷面138個(gè)；中河為旌江干道至三河匯合口河段，總長約20 km，實(shí)測斷面129個(gè)；沱江干流為北河閘至九龍灘水電站河段，總長約19 km，實(shí)測斷面98個(gè)。此外，老城區(qū)北側(cè)北河與中河之間存在一條人工開挖的連通溝渠，枯水期基本干涸，洪水期根據(jù)北河和中河來水情況存在水流交互，本研究根據(jù)枯水期實(shí)測DEM提取溝渠斷面12個(gè)，長約0.35 km。

本研究實(shí)測跨河建筑物相關(guān)尺寸和高程，共32座橋梁和6個(gè)閘壩。在模型中，通過斷面概化考慮城區(qū)橋墩的阻水作用；對于洪水期間橋面本身也淹沒的情況，在模型中通過減少斷面過水面積來概化橋梁本身的阻水作用。對于城區(qū)1、2和3號橡膠壩，北河閘和盤龍寺樞紐，在模型設(shè)置中，均認(rèn)為洪水期間為敞泄，只考慮底板和閘墩的阻水作用。

考慮到2018.7.11、2013.7.9洪水距離本研究實(shí)測斷面時(shí)間較久，且在此期間開展了毗河清淤、3號橡膠壩改擴(kuò)建、工農(nóng)大橋施工等工程，本文根據(jù)相關(guān)報(bào)告和資料[19-20]修正局部河道斷面。

3.2.2 二維地表模型 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)金堂城區(qū)上游北河和中河存在洪水交互(除人工溝渠外)，兩河之間的郊區(qū)在歷史洪水中受淹嚴(yán)重，因此本研究將二維模型建模范圍擴(kuò)展至上游郊區(qū)，覆蓋三河一江百年一遇洪水淹沒范圍，面積約110 km2。

對整個(gè)二維區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分，將區(qū)域內(nèi)公路、鐵路、綠島、韓灘雙島等作為內(nèi)部約束邊界，最終共劃分成84 514個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，其中對道路和地形起伏大的區(qū)域進(jìn)行加密處理，靠近河流網(wǎng)格平均尺寸為20 m，而其他區(qū)域網(wǎng)格平均尺寸約為50 m。采用高精度DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行二維高程插值，利用DSM數(shù)據(jù)提取城區(qū)房屋建筑分布，采用面積修正率考慮網(wǎng)格內(nèi)建筑的影響。同時(shí)根據(jù)影像數(shù)據(jù)及城區(qū)局部1∶2000地形圖修正2013和2018年地面高程。

3.2.3 一二維耦合 采用側(cè)向連接進(jìn)行一二維耦合設(shè)置(見圖3)。將北河、中河、毗河、連通溝渠以及沱江與建模范圍內(nèi)地面全部進(jìn)行耦合。

圖3 金堂縣城區(qū)一二維耦合模型建模范圍、高程及網(wǎng)格圖Fig.3 The range，elevation and grid of the 1D-2D coupled hydrodynamic model for the urban area of Jintang County

3.2.4 邊界條件 模型上游邊界條件為北河、中河、毗河入境金堂的實(shí)際流量過程或設(shè)計(jì)洪水。對于2020.8.17洪水，中河入流邊界采用三水水文站實(shí)測報(bào)汛數(shù)據(jù)，毗河入流邊界采用毗河水位站實(shí)測報(bào)汛數(shù)據(jù)推求，北河入流邊界則根據(jù)三皇廟水文站、中河入流邊界、毗河入流邊界推求，并通過不斷試算和率定最終確定入流邊界(圖4)；對于2018.7.11洪水，中河入流邊界采用三水水文站實(shí)測報(bào)汛數(shù)據(jù)，毗河和北河入流邊界采用洪痕調(diào)查成果反推斷面洪峰流量，按洪峰流量等比例縮放三皇廟水文站的洪水過程線，并通過不斷試算和率定最終確定入流邊界；對于2013.7.9洪水，采用洪痕調(diào)查成果反推斷面洪峰流量，按洪峰流量等比例縮放三皇廟水文站的洪水過程線，并通過不斷試算和率定最終確定邊界。此外，本研究中三皇廟水文站及毗河、北河、中河河口設(shè)計(jì)洪水采用相關(guān)報(bào)告中已審批的成果(表3)。

圖4 2020.8.17典型洪水上游邊界條件Fig.4 Upstream boundary conditions of 2020.8.17 flood

表3 本研究采用的設(shè)計(jì)洪水成果Table 3 The design flood used in this study

模型下游邊界采用九龍灘電站攔河閘水位流量關(guān)系曲線(圖5)[23]。該曲線是在堰閘泄流公式計(jì)算的基礎(chǔ)上，經(jīng)過了電站運(yùn)行中實(shí)測水位、流量校正過的水位流量關(guān)系曲線，精度較高，滿足本研究要求。

圖5 沱江九龍灘電站攔河閘H～Q關(guān)系曲線Fig.5 H～Q relationship curve of Tuojiang Jiulongtan Hydropower Station dam

3.2.5 其他參數(shù)設(shè)置 本研究構(gòu)建的一二維耦合模型計(jì)算時(shí)間步長取2 s，其他時(shí)間參數(shù)(時(shí)間步數(shù)、起始時(shí)間)根據(jù)實(shí)際模擬時(shí)間段設(shè)定。

河道一維模型主槽和河灘地的糙率由實(shí)測洪水?dāng)?shù)據(jù)及洪痕調(diào)查成果率定獲得。二維地表的糙率設(shè)置根據(jù)不同的土地利用類型進(jìn)行初步設(shè)置，并經(jīng)洪痕調(diào)查成果率定最終確定。

4 計(jì)算結(jié)果分析與城區(qū)防洪能力評估

4.1 模型率定與驗(yàn)證本研究采用2020.8.17、2018.7.11、2013.7.9三場典型洪水分別對模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。率定的河道主槽糙率值n=0.026～0.035，灘地糙率值n=0.035～0.045，并對樹木和房屋分布較密、橋梁等阻水建筑及跌水明顯的局部斷面適當(dāng)增大糙率。二維模型中，沱江河灘地糙率取0.035～0.04，農(nóng)田糙率取0.04，林地糙率取0.04～0.06，道路(含兩側(cè)綠化帶)糙率取0.04，建筑糙率取0.06～0.08。

本研究收集了九龍灘電站2018.7.11和2013.7.9兩場典型洪水壩前實(shí)測最大水位，2020.8.17由于洪水位超過電站水尺測量范圍，未開展實(shí)時(shí)測量，本研究組于災(zāi)后對壩前洪痕進(jìn)行測量。模擬結(jié)果與實(shí)測水位或洪痕基本一致，誤差在±0.1 m以內(nèi)，表明本次分析構(gòu)建的洪水分析模型可以準(zhǔn)確反映九龍灘水電站的實(shí)際泄流情況(表4)。

表4 九龍灘電站典型洪水中壩前水位實(shí)測值與模擬值對比Table 4 Comparison of measured and simulated water levels at Jiulongtan Hydropower Station

三皇廟水文站在三場典型洪水中總體模擬結(jié)果較好(表5和圖6)，流量和水位納什效率系數(shù)均高于0.85，洪峰誤差均在1%以內(nèi)，峰現(xiàn)時(shí)間誤差均在1.5 h以內(nèi)，最大水位模擬誤差均在0.2 m以內(nèi)。其中，2020.8.17洪水模擬精度更高，流量和水位納什效率系數(shù)均高于0.95，洪峰誤差僅0.1%，峰現(xiàn)時(shí)間誤差僅0.59 h，最大水位誤差僅-0.002 m。

圖6 三皇廟水文站三場典型洪水實(shí)測與模擬結(jié)果Fig.6 Measured and simulated results of three typical floods at Sanhuangmiao Hydrology Station

表5 三皇廟水文站典型洪水實(shí)測值與模擬值對比Table 5 Comparison of measured and simulated flood values at Sanhuangmiao Hydrology Station

2018.7.11、2020.8.17兩場典型洪水的模擬淹沒范圍與金堂縣城實(shí)際調(diào)查淹沒范圍基本一致(圖7，洪水淹沒范圍僅調(diào)查了城區(qū)及附近區(qū)域，上游郊區(qū)未調(diào)研)，淹沒城區(qū)大部分區(qū)域、上下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)及郊區(qū)；2013.7.9洪水模擬城區(qū)淹沒范圍跟當(dāng)?shù)厝嗣枋鼋咏饕焙友匕独铣菂^(qū)受淹嚴(yán)重，毗河兩岸局部低洼地段受淹。

圖7 三場典型洪水金堂城區(qū)及上下游淹沒調(diào)研及模擬情況Fig.7 Investigation and simulation of three typical floods in Jintang urban area and nearby areas

三場典型洪水模擬的最大淹沒水深也基本與實(shí)際調(diào)研洪痕相符(圖7)，大部分點(diǎn)位的模擬淹沒水深誤差絕對值在0.2 m以內(nèi)，占69%～84%。2020.8.17洪水模擬精度最高，在116個(gè)洪痕調(diào)查點(diǎn)位中，97個(gè)洪痕調(diào)查點(diǎn)誤差絕對值均在20 cm以內(nèi)，約占84%，其中城區(qū)模擬精度較高，北河中河上游郊區(qū)誤差偏大；2018.7.11洪水模擬精度也較高，在82個(gè)洪痕調(diào)查點(diǎn)位中，62個(gè)洪痕調(diào)查點(diǎn)誤差均在20 cm以內(nèi)，約占76%。2013.7.9洪水調(diào)查洪痕較少，僅13個(gè)沿河洪痕調(diào)查點(diǎn)(橋梁為主)，其中9個(gè)點(diǎn)位的誤差絕對值在20 cm以內(nèi)，占69%。模擬誤差較大的點(diǎn)位可能和局部地形概化精度有關(guān)，總體上，本研究經(jīng)率定驗(yàn)證的模型精度較高，基本可以反映河道及地表洪水的實(shí)際演進(jìn)過程。

4.2 城區(qū)河道現(xiàn)狀防洪能力分析采用設(shè)計(jì)洪水和經(jīng)率定驗(yàn)證的模型開展金堂縣城區(qū)河段現(xiàn)狀堤防防洪能力評估，其中地形采用2020年1月實(shí)測數(shù)據(jù)，土地利用類型(糙率設(shè)置)也為2020年實(shí)際情況。由于金堂縣城區(qū)“三河匯一江”的復(fù)雜交互關(guān)系，存在多種洪水組合遭遇情況，本研究采用評估河段與沱江同頻，其他河段相應(yīng)的方法，分別計(jì)算同一洪水頻率下單河段的水面線及淹沒范圍，并將毗河、中河、北河城區(qū)段堤頂高程與計(jì)算水面線進(jìn)行比較，評判各河段的現(xiàn)狀防洪能力(堤防超高取0.7 m[24])；再采用包絡(luò)線法獲得不同頻率洪水下的淹沒范圍。評估結(jié)果見圖8和圖9。

圖8 金堂縣城區(qū)現(xiàn)狀防洪能力Fig.8 Current flood control capacity for the urban area of Jintang County

圖9 不同頻率設(shè)計(jì)洪水下金堂城區(qū)淹沒范圍及水深Fig.9 Inundation range and depth of Jintang urban area under different frequency flood

金堂縣現(xiàn)狀城區(qū)范圍內(nèi)已建堤防(或護(hù)岸)整體防洪能力薄弱，大部河段防洪能力僅為5～10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，僅三條河城區(qū)上游局部段及三河匯口左岸滿足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，甚至存在不足5年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的薄弱段?？梢娊鹛贸菂^(qū)實(shí)際防洪能力較低，迫切需要采取有效工程措施以提高防洪能力。

金堂縣城區(qū)2019年末城市面積約28 km2(其中建成區(qū)面積約23 km2，水域面積約5 km2)[25]?，F(xiàn)狀設(shè)防情況下，當(dāng)分別遭遇5年、10年、20年、50年、100年一遇洪水時(shí)，金堂縣現(xiàn)有城區(qū)淹沒面積分別達(dá)1.35 km2、3.49 km2、5.72 km2、10.71 km2、12.95 km2，分別約占現(xiàn)有建成區(qū)面積的5.87%、15.17%、24.87%、46.57%、56.3%。其中5年一遇設(shè)計(jì)洪水下，淹沒范圍較小，僅涉及局部低洼區(qū)域，包括溫州商業(yè)城、生態(tài)水城、金海岸、金沙公園銀礫路段、一水廠段、北濱路段、棕櫚湖段等部分區(qū)域；10年一遇設(shè)計(jì)洪水下，現(xiàn)有老城區(qū)除了局部地勢相對較高地塊外，大部分均已淹沒；20年一遇設(shè)計(jì)洪水下，老城區(qū)、毗河及北河沿岸低洼地段受淹嚴(yán)重；50年、100年一遇設(shè)計(jì)洪水下，城區(qū)約一半?yún)^(qū)域已經(jīng)被洪水包圍。

4.3 城區(qū)整體過流能力分析目前針對河段過流能力的評估多采用保證流量或者堤防漫溢流量作為河段最大泄量[6-9]，本文采用后者作為河段過流能力，計(jì)算過程需要多次試算，以得出最接近斷面堤頂?shù)膶?yīng)流量。通過上一節(jié)河道現(xiàn)狀防洪能力分析得到金堂城區(qū)主要防洪薄弱河段為不足5年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的河段，同時(shí)也是地勢低洼歷史洪災(zāi)中淹沒較深的河段，因此本節(jié)選取各薄弱河段典型斷面計(jì)算不同洪水組合下其過流能力，同時(shí)評估金堂城區(qū)整體過流能力，以了解城區(qū)可以抵御多大的洪水。

金堂城區(qū)的總體過流能力受北河、中河、毗河三條河流洪水遭遇組合影響，同時(shí)受各條河流的防洪薄弱段限制。因此，有必要將三條河作為整體考慮，分析不同洪水遭遇組合情況下的過流能力。根據(jù)2020.8.17、2018.7.11、2013.7.9三場典型洪水的洪水組成，主要存在兩種極端情況：中河和毗河來水多(2018.7.11)、北河來水多(2013.7.9)，因此采用這兩場典型洪水組成研究城區(qū)整體過流能力(見表6)。

表6 不同洪水組成下金堂城區(qū)薄弱河段過流能力Table 6 The flow capacity of weak reach in Jintang Urban area

當(dāng)按2018.7.11洪水三條河的洪峰組成時(shí)(即北河∶中河∶毗河=49.5%∶25.3%∶25.2%)，中河和毗河洪水較大，兩者總占比與北河洪水相當(dāng)，城區(qū)總體過流能力相對較小，主要在于中河、毗河薄弱段過流能力小，限制了城區(qū)的總體過流能力。當(dāng)總?cè)肓鞒^4200 m3/s時(shí)，城區(qū)開始局部受淹(毗河沿岸生態(tài)水城、溫州商業(yè)城)；當(dāng)總?cè)肓鞒^5000 m3/s時(shí)，毗河沿岸金沙公園、金海岸也開始受淹；當(dāng)總?cè)肓鞒^5400 m3/s時(shí)，老城區(qū)開始受淹。同時(shí)，該洪水組成情況下，中河、毗河來水相對較大，兩者洪水對北河造成一定頂托，導(dǎo)致北河過流能力下降。北河城區(qū)薄弱段過流能力僅2700～3000 m3/s；中河、毗河城區(qū)薄弱段過流能力約為1100～1200 m3/s；兩河(中河、毗河)交匯河段過流能力約為2300～2400 m3/s。

當(dāng)按2013.7.9洪水三條河的洪峰組成時(shí)(即北河∶中河∶毗河=72%∶14%∶14%)，北河洪水占主導(dǎo)，來水較大，城區(qū)總體過流能力略有增大，主要在于北河薄弱段過流能力略大于中河、毗河薄弱段過流能力，有利于城區(qū)整體過流。當(dāng)總?cè)肓鳛?700 m3/s時(shí)，城區(qū)基本不受淹；在4800～5200 m3/s時(shí)，僅有兩河交匯處溫州商業(yè)城局部被淹；超過5300 m3/s時(shí)，老城區(qū)也開始受淹。同時(shí)，該洪水組成情況下，北河城區(qū)薄弱段過流能力略有增大，約為3400～3600 m3/s；中河與北河在上游現(xiàn)有連通渠道處交互，中河城區(qū)薄弱段過流能力總體變化不大，約為1200 m3/s；中河、北河洪水均對毗河造成一定程度的頂托，導(dǎo)致毗河城區(qū)薄弱段過流能力下降，僅650～1000 m3/s；兩河交匯河段過流能力僅為1800 m3/s。

總體而言，在不同洪水組合下金堂城區(qū)整體過流能力較低，僅4200～5000 m3/s左右城區(qū)就開始受淹。金堂城區(qū)三河相互頂托作用也十分明顯，特別是毗河與中河交匯處角度約60°，兩者水流相互頂沖，出流不暢。因此，金堂城區(qū)防洪能力的提升要在最大化挖潛城區(qū)河道自身防洪能力(河道擴(kuò)卡、疏挖整治、完善堤防等)的基礎(chǔ)上，開展上游蓄滯洪工程或者分洪工程，以減小城區(qū)段洪水流量及三河相互頂托作用。

4.4 城區(qū)跨河建筑物防洪能力評估金堂縣2035規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)跨河建筑物包括橋梁19座、閘壩2座。由于橋梁建設(shè)年代及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)各有不同，其過流能力亦有所差別(見表7)。大部分橋梁特別是近年來新建的橋梁基本滿足20年一遇的行洪要求，部分二十世紀(jì)八十、九十年代左右建設(shè)的橋梁由于年代久遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，而不能滿足行洪要求。其中平安橋不足5年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，其橋底高程低于5年一遇的洪水水面線0.35 m；毗河大橋不足10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，其橋底高程低于10年一遇的洪水水面線0.26 m；康寧橋、綠洲橋、綠島鳥橋、綠島北橋、毗河人工島連接橋、北河三橋不足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。此外，北河大橋、清風(fēng)橋等拱橋最高拱頂雖然高于20年一遇洪水水面線，但橋身兩側(cè)阻水依然比較嚴(yán)重。此外，北河閘不足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，盤龍寺閘大于20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。因此，在金堂城區(qū)防洪能力提升措施中建議結(jié)合堤防改造工程，對平安大橋、毗河大橋進(jìn)行改建或新建。

表7 跨河建筑物現(xiàn)狀防洪能力Table 7 Current flood control capacity of cross-river buildings

5 結(jié)論

(1)本文構(gòu)建的一二維耦合洪水分析模型，經(jīng)三場典型洪水實(shí)測及調(diào)查數(shù)據(jù)率定和驗(yàn)證，結(jié)果表明模型總體精度較高，其中三皇廟水文站洪峰誤差均在1%以內(nèi)，峰現(xiàn)時(shí)間誤差均在1.5 h以內(nèi)，建模范圍內(nèi)大部分洪痕點(diǎn)位的模擬最大淹沒水深誤差在0.2 m以內(nèi)。

(2)金堂縣城區(qū)范圍內(nèi)已建堤防(或護(hù)岸)整體防洪能力薄弱，大部分河段防洪能力僅為5～10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，僅三條河城區(qū)上游局部段及三河匯口左岸滿足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，甚至存在不足5年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的局部薄弱段。

(3)不同洪水組合下金堂城區(qū)整體過流能力較低，僅4200～5000 m3/s左右城區(qū)就開始受淹；城區(qū)三河相互頂托作用十分明顯，當(dāng)北河洪水占主導(dǎo)時(shí)，城區(qū)整體過流能力相對較大。金堂城區(qū)防洪能力的提升建議在最大化挖潛城區(qū)河道自身防洪能力的基礎(chǔ)上，開展上游蓄滯洪工程或分洪工程，以減小城區(qū)段洪水流量及三河相互頂托作用。

(4)城區(qū)多座跨河建筑物(橋梁和閘)防洪能力不足20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，其中平安橋、毗河大橋分別不足5年、10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，在未來金堂城區(qū)防洪能力提升中建議結(jié)合堤防改造工程，對平安大橋、毗河大橋進(jìn)行改建或新建。