兰 林
（江苏省水利工程规划办公室，江苏 南京 210029）
针对复杂洪涝扰动影响，在区域治理中引入韧性理念规划水网，构建新形态格局，适应本地洪涝灾害特征。目前韧性理念的研究热点集中在城市规划、生态环境和技术经济等领域［1-3］。周乙南［4］等通过塑造城市形态和空间环境提升雨洪韧性，应对城市雨洪灾害；
黄晶［5］等分析洪涝灾害与城市系统要素间的反馈关系，构建了城市洪涝韧性仿真模型，提出城市绿化覆盖面积、雨水管网设计标准是洪涝韧性关键因素；
丁金华［6］等应用韧性规划方法，在苏南水网乡村建构多维的水域环境韧性体系，满足复杂环境下的水域环境修复和规划；
马坤［7］等以南京栖霞山东片丘陵岗地为研究区划分雨洪格局，提出径流网络、汇水中心和自然洪泛保护区组成的韧性雨洪管理格局。总结研究不难看出韧性理论的通用方法，以识别韧性影响因子为前提，通过划分多维格局、重塑空间结构形态等途径提升韧性能力，构建仿真模型衡量效能，这为设计韧性水网提供了借鉴，研究方向表明韧性理念化解扰动压力的方式由抵御和控制转变成适应和利用，使对象与扰动共存共生的设想变得更为可行，契合了建设可持续利用水网的诉求［8］。但尚未开展针对复杂洪涝情势，在更大地域尺度下提升水网韧性能力的相关研究，空间囿于局部，对多去向承泄水文过程关注较少，因此亟待开展洪涝驱动的区域韧性水网规划研究［9］。
如同相关领域引入韧性理念的背景，水网受内外扰动因子影响，出现连通不畅、运动紊乱、排水过程迟滞，洪涝出路受阻等情况，加之水环境和水生态问题突出，使得局面更加复杂，水网结构和功能受限后需借助干预措施加以恢复。本研究选取江苏省里下河地区，构建适应区域洪涝特征，擅于利用自然地理禀赋的水网系统，提高面对频率与强度不断增长的洪涝威胁的自适应能力，初步建立多目标格局，响应洪涝出路受阻、供水保证率不高、生态退化等多重问题，改造行为赋予的韧性能力几乎囊括了水网发展所要实现的目标。
1.1 自然地理和水系
里下河地区位于江苏省中部、淮河流域下游，是淮河的流域性入海通道分割形成的独立封闭区，范围东以黄海、南以328国道-如泰运河、西以里运河、北以苏北灌溉总渠为界，涉及盐城、泰州、扬州、淮安、南通5 个设区市，总面积22 232 km2。东以海堤抵挡海潮侵袭，南以国道挡住通南地区高地水压境，西和北以河道堤防抵御淮河流域洪水。全区地貌属于平原洼地，腹部区地形呈碟型，四周高，中间低，分布着许多大小不等的湖荡沼泽。
水利划分涝区作为治理单元，研究区以通榆河为界，又分为腹部区和沿海垦区，沿海垦区以斗龙港为界，又分为斗北区和斗南区两片。区内基本形成布局完善的引排水系，排水方向从西南往东北，腹部区排水主要通过射阳河、黄沙港、新洋港、斗龙港等自排入海［10］，其余20 余条入海河道为辅，口门均建闸控制，地形和水系概况如图1。河网洼地筑有若干封闭的防洪除涝保护区，即圩区，总面积达12 027 km2，通过圈圩筑堤，布设涵闸泵站，外御洪水、内除涝水。
图1 里下河区地形与水系Fig.1 The topography and hydrographic net of Lixiahe region
1.2 洪涝特征
研究区的梅雨和台风雨是形成洪涝的主要天气系统，近50年来发生了1991、2003、2006、2007年大暴雨都属于这种类型，降雨强度、暴雨中心位置不同。降水后，高地水快速汇入低洼地区，与低洼圩区抽排涝水混流，共同抬高河网水位，带来因洪致涝；
同时大量圩区抽排对自身和上游无圩地区带来因涝致洪，难以简单区分洪水与涝水。承泄区分为东南西北中5 个去向。向东通过挡潮闸自排入海，效率受闸下港道排水能力制约。向南、向西、向北均借助泵站抽排入区域边界上的流域性河道，抽排效率受河网连通性影响。向中是利用湖泊滞蓄水量，效率受自由水面和滞涝圩启用限制。产流汇入河-湖-港-圩组成的水网系统后经导-滞-泄-分调节产生防洪除涝效益。图2说明了洪涝产生、转换、消亡过程，反映洪涝与多去向承泄区的共存关系。
图2 区域洪涝循环示意Fig.2 Profile of the flood circulation process
2.1 技术路线
分析洪涝影响因子，识别水网韧性对象，重塑以河-湖-港-圩的格局和功能，通过水域布局调控、工程整治、水系连通等措施提升水动力，赋予其韧性内涵，为实现水网多目标调控提供基础。开发水网模型模拟水位过程和结果，分析评价韧性对象适应和消除洪涝扰动压力的效能，提出综合规划方案［11］。从图3可见，提升5个方面的韧性内涵从多角度呼应了能力提升。
图3 里下河地区洪涝韧性水网设计技术路线Fig.3 Design technical route of resilient water network for flood in Lixiahe region
2.2 韧性对象识别
（1）水网存在问题。里下河地区曾是淮河洪水走廊，其流域下泄通道建成并与区域分离后，基本解决了区位劣势带来的隐患。全区地面高程≤2.0 m（废黄河高程基准，下同）的面积占40.1%，这些范围地势低洼，涝水陡涨缓落，极易成灾［12，13］。湖泊自由水面被大量侵占，降低了滞蓄容积；
现状圩区排模为0.98 m3∕（s·km2），而腹部区面上平均排模仅0.25 m3∕（s·km2），这种反差导致圩区涝水抽排入外河网后水位迅速抬升，增加了洪涝外排压力。水体在平水期流动性较差，致使河床逐步淤积，但持续的河道整治工程缓解了这类问题。入海口门建闸后，闸下港道受潮波变形及来水量减少的影响逐年淤塞，导致下泄不畅。综上分析洪涝影响因子是侵占湖泊水面、圩区治理和调度、港道受潮汐影响，其他影响较小。
（2）韧性对象及内涵。①区域骨干河网布局及治理措施。适应多目标需求，提高骨干河道的输配水效率，受胁迫后能尽快恢复秩序。②退还湖泊自由水面的方案。在满足排涝标准和工程经济性下确定圈圩退出方案，恢复自然调蓄空间，为水网避免发生大涝积蓄潜力。③圩区布局调控及排涝模数配置。研究圩区建设形制、圩内河网微循环和适宜的排涝模数，避免圩区开启自保时对外河网排水的剧烈干扰。④闸下港道排水能力恢复。研究适应挡潮闸影响下潮波携沙规律变化的冲淤方案和适宜水量，恢复和维持下泄能力。⑤河湖功能布局优化。在保持河湖良好连通性基础上，利用调蓄水面从空间布局上提供差异化的生态服务，调控功能布局，发挥生境修复、水源涵养、生物资源生产等功能，提升韧性水网的多目标利用价值。
2.3 建立水网模型
分布建立分布式水文模型、河网水动力模型以及水利工程调度控制规则模型，再耦合形成水网模型。选择适宜平原水网的数值模拟技术［14］，采用设计暴雨典型年法间接推求设计洪水，选择对排涝不利但又可能发生的潮位作为设计潮位，模拟方法和概化结果见表1。对典型大水年洪涝实况进行了模拟，验证了模型的合理性和准确性，可用于规划方案演算。
表1 里下河地区水文-水动力水网模型简介Tab.1 Profile of network model in Lixiahe region
通过重塑河-湖-港-圩的格局，规划在区域北部恢复和扩大外排出路，中部增加蓄滞容积，提升河网连通性，结合外围泵站形成抽排配套规模，全面提高水网的导、泄、蓄、滞水量的能力，适应区域洪涝不分、出路不足的特点，韧性水网规划措施布局见图4。
图4 里下河区洪涝韧性水网总体格局Fig.4 General layout of flood-resilient water network in Lixiahe region
3.1 提升河网蓄泄能力
在巩固区域外围屏障阻隔流域洪水影响的基础上，开展河网骨架塑造，整饬为六纵六横格局的骨干河网［16］，通过上抽-中滞-下泄的组合模式消减洪涝往低洼地区的汇聚压力。主要进行河道断面恢复和扩大，将河床形态设计为平底深槽，增加河槽蓄量，扩大自拍能力，满足引排畅通、串活水源的需求。2003年后，骨干河网逐步整治，部分河段相继完成工程，射阳河、新洋港、川东港等排水能力提升，选用同一标准和年型的雨型，利用水网模型计算比对治理前后的模拟水位变化情况（现状指2015年的工况，2015年后里下河区变化较小，下同），从图5可见腹南区的溱潼、兴化站点水位下降明显，往北趋势减弱，阜宁站反而出现抬升，说明上游整治区的排水条件改善后增加了下泄量，而下游建湖、阜宁片区的下泄通道还未同步整治，叠加沿海独立自排区建设还未启动的影响，造成下游水位升高，后续应系统完善工程体系。
图5 河道治理后水位变化（1991年雨型，10年一遇）Fig.5 The change of water level by river training（1991 rainfall pattern，10-year return period）
3.2 恢复湖泊滞蓄容积
拟定退圩还湖方案，连通骨干河网，兼顾河道调蓄水域和水源地补给水域，有序恢复自由水面，使滞蓄效益最大化。1991年淮河流域特大洪涝灾害后，江苏省通过文件认定里下河区湖泊湖荡范围共695 km2，包括水面216 km2和滞洪圩479 km2，并设定了控制目标水位。随着经济社会发展，人口活动以及农副业生产的强烈干扰，在实际调度中难以正常启用滞蓄功能，到2015年自由水面仅存60.8 km2，无法启用的滞蓄面积达260 km2。为实现滞蓄效能与文件规定等效，兼顾土地整理的可操作性，通过河网模型计算分析后，提出约75%退还比例，即退还湖泊自由水面486 km2的方案能达到目标。通过模型计算，水位削减结果与设定目标相比，在遇10～20年一遇中小洪水可降低水位0.02～0.08 m；
在遇50～100年一遇区域大洪水，由于高水位时的总滞蓄库容减少，水位略微偏高，但未超过历史最高水位；
从图6兴化水位过程看出洪涝峰值显著降低，2.5 m 以上高水位围水情况消失。
图6 兴化站水位过程对比图（1991年雨型，10年一遇）Fig.6 The comparison of stage hydrograph of Xinghua hydrological station（1991 rainfall pattern，10-year return period）
3.3 修复港道排水能力
冲淤保港是修复闸下港道排水能力的主要途径［17］。六纵河网中的射阳河、黄沙港、新洋港和斗龙港又是腹部区洪涝外排入海的主要通道，在大涝年份的排水量约占所有入海河道总水量的70%，因此制定其冲淤方案对于整个区域排涝具有决定性作用。根据朱建英等［17］试验得知，在每年4月至5月上旬，向河网引水量达到200 m3∕（s·km2），根据引江能力、河网水位、潮汐情况、淤积程度等因素选择冲淤时机，在大潮期带水头差开闸冲淤，能满足冲淤保港需求。拟定冲淤目标时，分析实测水文站水位与闸下流量关系，呈现顺时针绳套曲线特征，说明排水存在涨水段和落水段周期关系，进行分段曲线拟合后推求出四港中高水位下的平均排水流量，并选取1991年历史最大排涝量作为修复目标。四港闸下平均排水流量对比结果见图7，如大水年恢复至1991年平均排水流量，射阳河闸、黄沙港闸、斗龙港闸需提高约40%，而新洋港闸于2003年汛前实施了港道整治工程，排水能力已有很大提高。
图7 四港闸平均排水流量对比Fig.7 The comparison of the average drainage flow of the four tidal barrages
3.4 改造圩区适应性能
约束圩区排水动力规模，避免无序抽排涝水恶化外河网排水条件。按照同一排涝标准下不同涝片的雨量频率和产流，将排模控制在0.75～0.90 m3∕（s·km2）范围，增减圩区抽排能力，可实行稳定出流。利用水网模型计算调整排模前后的外河网水位变化情况，结果见图8，将偏高的溱潼、盐城、建湖和阜宁涝片的排模减低后，对应的外河网水位随之减低，适应排涝设计水位标准；
而偏低的兴化和射阳镇涝片排模适量增加，有限增加外河网水位，对河网水位影响较小。此外，适度控制联圩并圩和新建圩堤，圩区面积一般控制在200～333 hm2适宜，疏浚湖荡、洼淀、沟塘作为滞蓄库容，增加圩内洪涝水的调蓄能力。系统调适圩内河网，长方形圩区，可采用“丰”字型河网；
面积较大的方形圩区，可采用“井”字型河网。
图8 圩区排涝模数调整后外河网水位对比（1991年雨型，10年一遇）Fig.8 The comparison of water level of polder treatment（1991 rainfall pattern，10-year return period）
3.5 韧性方案综合效果
综上4 种韧性方案，检验综合效果。因腹部区及其下泄通道斗北区处于同一水位体系，以此为计算单元利用水网模型模拟叠加应用效果，选择1991年型设计暴雨10年和50年一遇计算相应指标。表2的计算结果显示，洪涝水量去向权重变化，下泄入海和湖泊滞蓄量增加，而河网调蓄和泵站抽排量明显下降，高水位围水压力缓解，抽排等被动干预手段的使用频率减少；
各水位站日均最高水位均远低于外河网除涝设计水位，洼地无围水时段，圩内涝水可及时抽排，满足10年一遇排涝设计标准，并能应对50年一遇超标准洪涝，水网的韧性规划方案作用显著。从分项实施效果看，提升河网蓄泄能力的作用最大，恢复湖泊蓄滞容积次之，改造圩区适应性能最次，而修复港道排水能力应与河网治理配合实施，贯通洪涝承泄区通道。
表2 腹部和斗北区排涝计算成果表（1991年雨型，10/50年一遇）Tab.2 Calculation results of drainage in Fube and Doubei area（1991 rainfall pattern，10/50-year return period）
3.6 水网空间格局调控
在韧性水网规划方案基础上，改进河湖格局，增强廊道与大水面的依存关系，促进腹南和腹北的物质交换能力，优化水文-水动力条件，保障生态用水量，满足水网多目标利用需求［18］。利用六纵河网中的三纵串联湖泊自由水面，按功能需求将湖泊分为综合利用型、洪水滞蓄型、生态修复型3 类，分别提出治理技术措施，布局见图9。综合利用型湖泊：位于三纵河道沿线，河湖水位同涨同落，发挥滞蓄洪涝的水文调节功能、向水源地和生态补水双重供水功能、拦截外源污染物和水质净化的水环境服务功能［19］。该类型优先满足防洪供水需求，结合生境修复、景观规划、水源涵养、生物资源开发利用等进行综合治理，实现多功能的协调利用。洪水蓄滞型湖泊：位于湖荡群外围、三纵河道的上游，零散分布，河湖连通性较低，经过整治出入湖口门后发挥蓄滞洪涝功能。生态修复型湖泊：位于射阳湖、獐狮荡、广洋湖等大水面湖泊外围的水陆交叉地带，主要进行农副业生产，或存在永久性建筑物，无滞蓄洪涝的可能，适宜建设湖荡湿地、生态滨岸带等设施［20］。该类型进行生态修复与保护，连通小水面湖荡、水塘与内部河道，增强丰水期滞水减流、枯水期抗旱补水的作用，防止湖荡湿地淤积继续萎缩。
图9 腹部区湖泊湖荡分类治理Fig.9 Lake classification management in Fubu area
本文阐述里下河地区韧性水网的规划思路与过程，方案经水网模型计算验证，形成以下结论。
（1）以河-湖-港-圩为韧性对象，规划提出六纵六横骨干河网布局、退还湖泊自由水面486 km2、引江水量200 m3∕s 冲淤保港、约束圩区的排涝模数0.77～0.8 m3∕（s·km2）、控制圩区规模和渠系布局等四项措施，赋予水网韧性内涵。综合方案能使现状代表水文站日均最高水位降低0.28～0.36 m，远超10年一遇设计排涝标准，并有较大余地应对50年一遇超标准洪涝；
而单项措施均能降低洪涝维护，从强到弱的效果排序是河道治理、退圩还湖、冲淤保港、圩区改造；
从系统治理和影响关联角度，推荐至少采用两种组合措施。
（2）基于洪涝驱动的韧性水网为多目标利用提供了格局和功能前提，通过布局河湖连通方案，将湖泊按功能利用划分类型，以综合利用为主、兼顾洪水滞蓄和生态修复，实现多功能协调融合发展。
（3）研究过程解析了韧性水网的影响因子、对象与内涵，将水网空间重塑、水动力提升、水文过程调控等规划措施与避免、恢复、适应和利用的韧性理念联系，阐述了韧性水网构建的主要内容。韧性理论为水网规划的机理描述提供了依据，建议丰富其内涵和维度，拓展应用前景。
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