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[摘 要]上海市现有除涝标准已不能适应当前城市建设和发展的安全需求，根据最新除涝标准（20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型），以重固镇为例，调整其除涝规划，对圩区布局进行分析，并利用一维河网水动力模型研究新除涝标准对除涝规模的影响，结果表明：区域现状存在较小圩区，且仍有部分低洼地区未建圩保护，本次拟在低洼地区新建圩区，将较小圩区联圩并圩，缩短防洪线，减少口门建筑物，提高区域防洪除涝能力。按照上海市最新除涝标准对重固镇除涝规模复核后，排涝泵站总流量需由37.6m3/s增加至47.4m3/s，其计算结果对区域防汛保安工作具有重要的意义。
[关键词]重固镇；除涝标准；除涝规划；水动力模型
中图分类号：S181 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0220-03
1 引言
上海市现行除涝标准制定于1991年，以20年一遇最大24小时面雨量、1963年雨型和相应实测潮型为规划设计标准。其中，潮位采用的1963年9月暴雨期间的实测潮位，其最高潮位不到1年一遇，受全球气候变暖、海平面上升、地面沉降以及洪涝水归槽等综合影响，沿江沿海年最高潮位已呈明显抬高趋势，近年对上海造成比较大灾害的“麦莎”、“菲特”等台风期间黄浦公园高潮位均超3年一遇。因此，原来除涝标准已不能适应当前城市建设和发展的安全需求[1-5]。根据《上海市防洪除涝规划（2016～2040）》，最新除涝标准为按20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型为规划设计标准[6]。
上海市区域除涝规模，一般利用水动力模型[7]，在一定的规划设计标准条件下，通过对河网水量、水位、流量等指标的计算研究，合理确定区域河网布局、河道规模以及外围泵闸规模，从而控制区域河网除涝最高水位，保障地区防汛安全[8-11]。
上海市青浦区重固镇行政区划于2017年3月进行了调整，且正在进行新型城镇化建设，故本文以重固镇为例，调整其除涝规划，对圩区布局进行分析[12]，并利用一维河网水动力模型研究新除涝标准对除涝规模的影响，其计算结果对区域防汛保安工作具有重要的意义。
2 工程现状
重固镇镇域面积30.17平方公里，位于“青松大控制片”，片区部分区域由于地势低洼，故除涝安排采取“大控制、小包围（圩区）、两级控制、两级排水，保持和整治河网水系，实行小包围抽排，大控制趁潮自排加抽排”的方案。镇域内现有圩区7个，分别为郏店圩区、毛家角圩区、重联圩区、新丰圩区、回龙圩区、回南圩区、钱家泾圩区，圩区内泵、闸总共44座，其中泵闸结合21座，单泵站1座，单水闸22座。排涝泵站的总排涝流量为37.60m3/s。通过对现状圩区除涝能力进行计算，现状毛家角圩区、钱家泾圩区未达到现状20年一遇标准。现状圩区分布见图1，统计表见表1。
3 圩区布局调整
本次考虑现状回南圩区、新丰圩区较小，且仍有部分低洼地区未建圩保护，拟在低洼地区新建圩区，将较小圩区联圩并圩，缩短防洪线，减少口门建筑物，提高区域防洪除涝能力。规划将回南圩区和钱家泾圩区合并为钱家泾圩区，北至回龙江，南至上达河，西至油墩港，东至老通波塘，面积8.07km2；将回龙圩区和新丰圩区合并，并将周边低洼地区一并包围建立回龙圩区，北至新谊河，南至回龙江，西至油墩港，东至老通波塘，面积4.81km2；在重固西北低洼地区新建姚姆圩区，北至新谊河，南至王淀泾，西至官浦河，东至油墩港面积2.65km2。圩区调整后数量由7个变为6个，分别为郏店圩区、毛家角圩区、重联圩区、回龙圩区、钱家泾圩区、姚姆圩区，规划圩区分布见图2。
4 模型建立
利用MIKE11软件的水动力模块（HD）和产汇流模块（NAM）建立重固镇6个圩区产汇流-水动力模型。MIKE11软件主要用于河口、河流、灌溉系统和其他内陆水域的水文学、水力学、水质和泥沙传输模拟，在防汛洪水预报、水资源水量水质管理、水利工程规划设计论证均有广泛应用。
4.1 基本方程
（1）MIKE11-HD模块（水动力学模块）。MIKE11HD是用以模拟河流及河口水流的隐式有限差分模型，也适合于支流、河网及准二维的洪泛平原区水流的模型。MIKE11HD为一维一层（垂向均质）的水力学模型。其差分格式采用了Abbott-Ionescu六点中心隐式格式，其数值计算采用传统的“追赶法”，即“双扫”算法。
水动力模型的基本方程采用一维非恒定流的圣·维南方程组：
式中：—过水断面面積；Q—过水断面流量；x——沿程坐标；t——时间坐标；h——断面水位；C——谢才系数；R----水力半径。
（2）MIKE11-NAM模块（降雨径流模块）。NAM是一个确定性概念性的集总性模型，是由一系列用简单定量格式描述水文循环中各种陆相特征的模型上连接起来的。模型将土壤含水量分成地表层、浅层、地下水三个部分，分别进行连续计算，以模拟流域中各种相应的物理成分。
地表径流：
式中：QOF——坡面流流量（m3/s）；CQOF——坡面流系数；L/Lmax——相对根区储水量；TOF——地表径流根区临界值；PN——降雨扣除蒸发、表层吸收后多余的水量（m3/s）。
地下水补充：
式中：G——地下水流量（m3/s）；TG——开始地下水补充时根区层饱和度。
壤中流：
式中：QIF——地下水流量（m3/s）；CKIF——壤中流演算时间常数；TIF——壤中流根区临界值；U——表层储水量（mm）。
3.2 模型建立
按照规划河道布局建立河网概化模型，各圩区具体模型如图8：
3.3 计算边界条件
（1）控制水位。预降水位：1.5m；启泵水位：2.0m；控制高水位：3.0m。 （2）计算雨型。根据《上海市防洪除涝规划》，计算雨型按20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型为规划设计标准。其中青松片设计雨量为192.9mm，具体雨型如图9：
5 除涝计算分析
5.1 各圩区除涝计算
结合规划水系布局和规模，利用以上模型和计算条件，计算得出相应圩区的规划泵闸规模。
（1）郏店圩区。郏店圩区位于老通波塘东侧、上达河以北、东长泾以南，面积1.51平方千米，圩内地面高程在3.2～3.7米之间。规划圩区河面率6.43%，泵站流量维持现状，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图10。
（2）毛家角圩区。毛家角圩区位于老通波塘东侧、东长泾以北、张墅泾以南，面积3.56平方千米，圩内地面高程在3.2～3.7米之间。规划圩区河面率4.12%，规划增加流量至7.00m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图11。
（3）重联圩区。重联圩区位于艾祁港东侧、张墅泾以北至镇界，面积6.80平方千米，圩内地面高程在3.2～3.9米之间。规划圩区河面率6.22%，规划泵站流量增加至13m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图12。
（4）回龙圩区。回龙圩区位于油墩港东侧、老通波塘西侧、回龙江以北、新谊河以南，面积4.81平方千米，圩内地面高程3.3～3.6米之间。规划圩区河面率6.81%，规划泵站流量增加至7.4m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图13。
（5）钱家泾圩区。钱家泾圩区位于油墩港东侧、老通波塘西侧、回龙江以南、毛河泾以北，面积8.07平方千米，圩内地面高程3.3～3.6米之间。规划圩区河面率6.26%，规划泵站流量增加至13.45m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图14。
（6）姚姆圩区。姚姆圩区为新增圩区，位于官浦泾东侧、油墩港西侧、新谊河以北，王淀泾以南，面积2.65平方千米，圩内地面高程3.3～3.6米之间。规划圩区河面率5.11%，泵站流量增加至3.6m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图15。
5.2 圩区流量调整及规划参数
根据圩区除涝流量计算结果，在新除涝标准下，除了郏店圩区现状除涝泵站流量满足规划标准外，其余圩区均不满足，毛家角圩区泵站规模需增加1m3/s，增加16.7%；重联圩区泵站规模需增加3.5m3/s，增加36.8%；回龙圩区泵站规模需增加0.2m3/s，增加2.8%；钱家泾圩区泵站规模需增加1.5m3/s，增加12.6%；姚姆圩区为新增圩区，泵站规模需增加3.6m3/s，见表2。
结果表明，上海市最新除涝标准（20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型）对重固除涝规模影响较大，基本都需增加排涝泵站的规模，建议区域尽快完善实施相关工程，确保区域除涝安全。
6 结论
（1）区域现状存在较小圩区，且仍有部分低洼地区未建圩保护，本次拟在低洼地区新建圩区，将较小圩区联圩并圩，缩短防洪线，减少口门建筑物，提高区域防洪除涝能力。规划后圩区数量由7个调整为6个，保护面积由23.44km2增加到27.4km2。（2）区域现有泵站装机总流量为37.6m3/s，按照上海市最新除涝标准复核，除郏店圩区现状除涝泵站流量满足规划标准外，其余圩区均不满足，区域总计需增加泵站流量至47.4m3/s。区域需尽快完善实施相关工程，确保区域除涝安全。
参考文献
[1] 刘克强，李敏.平原河网地区圩区建设与规划的几点思考[J].水利规划与设计.2009（05）
[2] 季永兴，刘水芹.平原感潮地区雨型潮型组合对除涝规模的影响[J].水利水电科技进展，2017，37（05）：22-27+40
[3] 胡泽浦.2005年“麦莎”和“卡努”台风影响上海的特点分析及对策建议[J].城市道桥与防洪，2007，（04）：9-14+11.
[4] 贾卫红，李琼芳.上海市排水标准与除涝标准衔接研究[J].中国给水排水，2015，31（15）：122-126.
[5] 朱思诚，任希岩.关于城市内涝问题的思考[J].行政管理改革，2011，（11）：62-66.
[6] 《上海市防洪除涝规划（2016～2040）》（2016年10月）.
[7] 赵燕霞.基于水力学模型的城市除涝方案分析研究[D].大连理工大学，2014.
[8] 闫莉.上海奉贤庄行地区圩区除涝能力研究[J].水利规划与设计，2015，（01）：28-30+48..
[9] 刘静森.平原圩区排涝泵站群常规调度优化方法硏究[D].扬州大学，2015.
[10] 任永林.对圩区型农村进行城市化建设水系調整有关问题的认识[J].江苏水利，2006，（05）：13.
[11] 唐迎洲.不同暴雨等级下崇明岛除涝能力评估[J].水资源保护，2011，27（03）：42-44.
[12] 徐建叶.圩区治理对区域防洪排涝影响的研究[D].扬州大学，2009.
[关键词]重固镇；除涝标准；除涝规划；水动力模型
中图分类号：S181 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0220-03
1 引言
上海市现行除涝标准制定于1991年，以20年一遇最大24小时面雨量、1963年雨型和相应实测潮型为规划设计标准。其中，潮位采用的1963年9月暴雨期间的实测潮位，其最高潮位不到1年一遇，受全球气候变暖、海平面上升、地面沉降以及洪涝水归槽等综合影响，沿江沿海年最高潮位已呈明显抬高趋势，近年对上海造成比较大灾害的“麦莎”、“菲特”等台风期间黄浦公园高潮位均超3年一遇。因此，原来除涝标准已不能适应当前城市建设和发展的安全需求[1-5]。根据《上海市防洪除涝规划（2016～2040）》，最新除涝标准为按20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型为规划设计标准[6]。
上海市区域除涝规模，一般利用水动力模型[7]，在一定的规划设计标准条件下，通过对河网水量、水位、流量等指标的计算研究，合理确定区域河网布局、河道规模以及外围泵闸规模，从而控制区域河网除涝最高水位，保障地区防汛安全[8-11]。
上海市青浦区重固镇行政区划于2017年3月进行了调整，且正在进行新型城镇化建设，故本文以重固镇为例，调整其除涝规划，对圩区布局进行分析[12]，并利用一维河网水动力模型研究新除涝标准对除涝规模的影响，其计算结果对区域防汛保安工作具有重要的意义。
2 工程现状
重固镇镇域面积30.17平方公里，位于“青松大控制片”，片区部分区域由于地势低洼，故除涝安排采取“大控制、小包围（圩区）、两级控制、两级排水，保持和整治河网水系，实行小包围抽排，大控制趁潮自排加抽排”的方案。镇域内现有圩区7个，分别为郏店圩区、毛家角圩区、重联圩区、新丰圩区、回龙圩区、回南圩区、钱家泾圩区，圩区内泵、闸总共44座，其中泵闸结合21座，单泵站1座，单水闸22座。排涝泵站的总排涝流量为37.60m3/s。通过对现状圩区除涝能力进行计算，现状毛家角圩区、钱家泾圩区未达到现状20年一遇标准。现状圩区分布见图1，统计表见表1。
3 圩区布局调整
本次考虑现状回南圩区、新丰圩区较小，且仍有部分低洼地区未建圩保护，拟在低洼地区新建圩区，将较小圩区联圩并圩，缩短防洪线，减少口门建筑物，提高区域防洪除涝能力。规划将回南圩区和钱家泾圩区合并为钱家泾圩区，北至回龙江，南至上达河，西至油墩港，东至老通波塘，面积8.07km2；将回龙圩区和新丰圩区合并，并将周边低洼地区一并包围建立回龙圩区，北至新谊河，南至回龙江，西至油墩港，东至老通波塘，面积4.81km2；在重固西北低洼地区新建姚姆圩区，北至新谊河，南至王淀泾，西至官浦河，东至油墩港面积2.65km2。圩区调整后数量由7个变为6个，分别为郏店圩区、毛家角圩区、重联圩区、回龙圩区、钱家泾圩区、姚姆圩区，规划圩区分布见图2。
4 模型建立
利用MIKE11软件的水动力模块（HD）和产汇流模块（NAM）建立重固镇6个圩区产汇流-水动力模型。MIKE11软件主要用于河口、河流、灌溉系统和其他内陆水域的水文学、水力学、水质和泥沙传输模拟，在防汛洪水预报、水资源水量水质管理、水利工程规划设计论证均有广泛应用。
4.1 基本方程
（1）MIKE11-HD模块（水动力学模块）。MIKE11HD是用以模拟河流及河口水流的隐式有限差分模型，也适合于支流、河网及准二维的洪泛平原区水流的模型。MIKE11HD为一维一层（垂向均质）的水力学模型。其差分格式采用了Abbott-Ionescu六点中心隐式格式，其数值计算采用传统的“追赶法”，即“双扫”算法。
水动力模型的基本方程采用一维非恒定流的圣·维南方程组：
式中：—过水断面面積；Q—过水断面流量；x——沿程坐标；t——时间坐标；h——断面水位；C——谢才系数；R----水力半径。
（2）MIKE11-NAM模块（降雨径流模块）。NAM是一个确定性概念性的集总性模型，是由一系列用简单定量格式描述水文循环中各种陆相特征的模型上连接起来的。模型将土壤含水量分成地表层、浅层、地下水三个部分，分别进行连续计算，以模拟流域中各种相应的物理成分。
地表径流：
式中：QOF——坡面流流量（m3/s）；CQOF——坡面流系数；L/Lmax——相对根区储水量；TOF——地表径流根区临界值；PN——降雨扣除蒸发、表层吸收后多余的水量（m3/s）。
地下水补充：
式中：G——地下水流量（m3/s）；TG——开始地下水补充时根区层饱和度。
壤中流：
式中：QIF——地下水流量（m3/s）；CKIF——壤中流演算时间常数；TIF——壤中流根区临界值；U——表层储水量（mm）。
3.2 模型建立
按照规划河道布局建立河网概化模型，各圩区具体模型如图8：
3.3 计算边界条件
（1）控制水位。预降水位：1.5m；启泵水位：2.0m；控制高水位：3.0m。 （2）计算雨型。根据《上海市防洪除涝规划》，计算雨型按20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型为规划设计标准。其中青松片设计雨量为192.9mm，具体雨型如图9：
5 除涝计算分析
5.1 各圩区除涝计算
结合规划水系布局和规模，利用以上模型和计算条件，计算得出相应圩区的规划泵闸规模。
（1）郏店圩区。郏店圩区位于老通波塘东侧、上达河以北、东长泾以南，面积1.51平方千米，圩内地面高程在3.2～3.7米之间。规划圩区河面率6.43%，泵站流量维持现状，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图10。
（2）毛家角圩区。毛家角圩区位于老通波塘东侧、东长泾以北、张墅泾以南，面积3.56平方千米，圩内地面高程在3.2～3.7米之间。规划圩区河面率4.12%，规划增加流量至7.00m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图11。
（3）重联圩区。重联圩区位于艾祁港东侧、张墅泾以北至镇界，面积6.80平方千米，圩内地面高程在3.2～3.9米之间。规划圩区河面率6.22%，规划泵站流量增加至13m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图12。
（4）回龙圩区。回龙圩区位于油墩港东侧、老通波塘西侧、回龙江以北、新谊河以南，面积4.81平方千米，圩内地面高程3.3～3.6米之间。规划圩区河面率6.81%，规划泵站流量增加至7.4m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图13。
（5）钱家泾圩区。钱家泾圩区位于油墩港东侧、老通波塘西侧、回龙江以南、毛河泾以北，面积8.07平方千米，圩内地面高程3.3～3.6米之间。规划圩区河面率6.26%，规划泵站流量增加至13.45m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图14。
（6）姚姆圩区。姚姆圩区为新增圩区，位于官浦泾东侧、油墩港西侧、新谊河以北，王淀泾以南，面积2.65平方千米，圩内地面高程3.3～3.6米之间。规划圩区河面率5.11%，泵站流量增加至3.6m3/s，雨前预降水位至1.5米，圩内最高控制水位可控制在3.0米。见图15。
5.2 圩区流量调整及规划参数
根据圩区除涝流量计算结果，在新除涝标准下，除了郏店圩区现状除涝泵站流量满足规划标准外，其余圩区均不满足，毛家角圩区泵站规模需增加1m3/s，增加16.7%；重联圩区泵站规模需增加3.5m3/s，增加36.8%；回龙圩区泵站规模需增加0.2m3/s，增加2.8%；钱家泾圩区泵站规模需增加1.5m3/s，增加12.6%；姚姆圩区为新增圩区，泵站规模需增加3.6m3/s，见表2。
结果表明，上海市最新除涝标准（20年一遇最大24小时面雨量，“麦莎”设计雨型及相应实测潮型）对重固除涝规模影响较大，基本都需增加排涝泵站的规模，建议区域尽快完善实施相关工程，确保区域除涝安全。
6 结论
（1）区域现状存在较小圩区，且仍有部分低洼地区未建圩保护，本次拟在低洼地区新建圩区，将较小圩区联圩并圩，缩短防洪线，减少口门建筑物，提高区域防洪除涝能力。规划后圩区数量由7个调整为6个，保护面积由23.44km2增加到27.4km2。（2）区域现有泵站装机总流量为37.6m3/s，按照上海市最新除涝标准复核，除郏店圩区现状除涝泵站流量满足规划标准外，其余圩区均不满足，区域总计需增加泵站流量至47.4m3/s。区域需尽快完善实施相关工程，确保区域除涝安全。
参考文献
[1] 刘克强，李敏.平原河网地区圩区建设与规划的几点思考[J].水利规划与设计.2009（05）
[2] 季永兴，刘水芹.平原感潮地区雨型潮型组合对除涝规模的影响[J].水利水电科技进展，2017，37（05）：22-27+40
[3] 胡泽浦.2005年“麦莎”和“卡努”台风影响上海的特点分析及对策建议[J].城市道桥与防洪，2007，（04）：9-14+11.
[4] 贾卫红，李琼芳.上海市排水标准与除涝标准衔接研究[J].中国给水排水，2015，31（15）：122-126.
[5] 朱思诚，任希岩.关于城市内涝问题的思考[J].行政管理改革，2011，（11）：62-66.
[6] 《上海市防洪除涝规划（2016～2040）》（2016年10月）.
[7] 赵燕霞.基于水力学模型的城市除涝方案分析研究[D].大连理工大学，2014.
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[12] 徐建叶.圩区治理对区域防洪排涝影响的研究[D].扬州大学，2009.