章哲愷,湯麗慧,陳志剛,鄭雄偉

(浙江省水利水電勘測設計院,浙江 杭州 310002)

1 問題的提出

我國海岸線總長3.2萬km,其中大陸海岸線長1.8萬km,位居世界第四位。大陸海岸線北部起于鴨綠江口,南部終于北侖河口,其間河口、港灣不計其數,自江蘇以南為臺風的主要影響區(qū)域,西南、東南及華東沿海一帶,經常出現(xiàn)由于河口排澇不暢造成的洪澇災害,給當地人民生命財產帶來了巨大的損失[1-2]。常見的河口防洪排澇工程措施分為排洪措施和蓄洪措施2類,其中排洪措施包括加大排澇口門、拓寬行洪河道、新建排澇泵站等,蓄洪措施包括利用水庫調蓄、增大調蓄水域面積等[3-4]。獨流入海河流由于沿海地區(qū)多為低山丘陵,較難具備大中型水庫的建庫條件,加上區(qū)域經濟發(fā)展相對較快,用水需求較大,單純的防洪水庫并不多見,而綜合利用水庫中防洪庫容比例不大;沿海地區(qū)土地資源稀缺,行洪河道的拓寬和調蓄水面的拓廣空間也十分有限;增加排澇口門凈寬在一定程度上可以緩解洪水壓力,但很難從根本上解決問題;新建排澇泵站也是常見的工程措施,但其建設及管理費用巨大,使用時間較短,從經濟性來說難以體現(xiàn)其優(yōu)勢。因此,本文提出在充分發(fā)掘現(xiàn)有防洪排澇能力的基礎上,應以調蓄為主要手段[5],將擋潮閘外移,利用擋潮閘下游河道水面增加調蓄容積,改善河口防洪排澇條件,并將其作為一種解決類似感潮河口平原防洪排澇問題的思路和建議。

YQ市位于浙江省東南沿海,芙蓉池是市內最大的淡水湖,池水秀麗,青山環(huán)抱,是該市規(guī)劃的重點旅游區(qū)。目前芙蓉池通過新塘閘、小芙閘、大芙閘3座閘門與感潮河道清江相連,芙蓉池上游支流主要有大芙河、小芙河等7條溪流,現(xiàn)狀3座閘門閘址以上集雨面積約134.3 km2。河口地形及現(xiàn)狀工程位置示意見圖1。

該區(qū)域排澇存在如下問題:①上游是浙江省的臺風暴雨中心,流域面積大,河源短,坡降大,缺乏防洪控制性工程;②臺風暴雨期洪水匯流時間短,上游山洪短時間內匯聚到平原水系,“芙蓉池”受下游潮位頂托,洪潮集中造成洪災;③芙蓉池所在平原區(qū)域面積為11 km2,不足區(qū)域集雨面積134 km2的1/10,芙蓉池水面積2.8 km2,滯洪能力有限,現(xiàn)狀雖有3座排澇閘,但總凈寬偏小,排澇能力無法滿足要求。

圖1 河口示意圖

現(xiàn)狀條件下,平原區(qū)20 a一遇洪水位為4.11m,而芙蓉池周邊區(qū)域陸地高程在0.50～1.50m,地勢較低,防洪排澇能力嚴重不足。提高該區(qū)域的防洪排澇標準途徑,一是填高地面,二是降低洪 (澇)水位。根據周邊現(xiàn)狀建筑物地坪高程情況,相關部門提出了控制芙蓉池20 a一遇洪水位不超過3m的治理目標。

2 防洪排澇工程分類

2.1 排洪措施

上游河道拓寬及溝通內部水系:黃金溪芙蓉溪匯合口下游河道及芙蓉池北部匯水河道偏窄,導致行洪不暢,對上述河道進行拓寬;擴建閘門及新建泵站:排澇口門凈寬不足,通過擴建閘門并考慮新建泵站的可能性,提高排洪能力。

2.2 蓄洪措施

上游水庫調蓄:根據《浙能樂清電廠配套水源雁湖水庫工程初步設計》,芙蓉池上游將會建設雁湖水庫,同時流域北側筋竹澗筋竹村上游1 km處,也具備建設小型水庫的條件。

清江河道調蓄:由于現(xiàn)狀條件下芙蓉池平原區(qū)調蓄能力嚴重不足,洪水期水位居高不下,因此考慮將擋潮閘外移至蔡岙塘處,可增加清江河道調蓄面積約3.6 km2。

3 計算模型

3.1 數學模型

水利計算采用圣維南明渠非恒定流偏微分方程組,其方程為:

式中:Z、Q、F、V和K分別表示某一時刻t在某空間位置x斷面的水位(m)、流量(m3/s)、相應過水斷面積(m2)、斷面平均流速(m/s)和流量模數;q為單位河長旁側入流量(m3/s?m)。本模型考慮了堰、閘、阻水橋梁,以及區(qū)間水量交換等,能適用于本段河道洪流演進的定量分析計算,得出河道各特征斷面水位和流量的過程。

計算方法為用隱式差分法化為差分方程,再與河汊方程、閘汊方程、邊界條件及初始條件構成一大型非線性方程組,采用牛頓迭代及高斯列主元消去法求解,從而得出各計算斷面的水位和流量過程。計算中分別考慮規(guī)劃水工程的工況,求出流域內不同工況的各特征斷面的水位及流量變化過程,為工程效果分析及工程規(guī)模的擬定提供定量的科學依據。

3.2 河道概化

根據研究區(qū)域的現(xiàn)狀及相關規(guī)劃所確定的河道布局,本次水利計算概化為40個內河段,71個計算斷面,2個概化湖泊,8個邊界,9個閘汊,9個河汊。其中下邊界為水位 (潮位)邊界,采取平均偏不利潮型;上邊界為流量邊界。河道概化見圖2。

圖2 水力計算概化圖

4 各種工程措施的效果分析比較

4.1 優(yōu)先實施措施效果分析

根據流域及區(qū)域防洪工程實施的近期安排,可優(yōu)先實施的工程措施包括排洪措施中的新塘閘擴建 (至5孔×5 m)、上游河道拓寬和蓄洪措施中的雁湖水庫防洪 (防洪庫容250萬m3)。

經計算,采取上述排蓄結合措施后,芙蓉池20 a一遇水位可降至3.84 m,遠不能滿足防洪標準控制要求,在此基礎上采取加強排洪和蓄洪措施解決芙蓉池防洪問題。

4.2 加強工程措施的效果分析

4.2.1 加強以排為主工程措施的效果分析

4.2.1.1 大芙閘擴建效果

考慮在擴建新塘閘的基礎上,繼續(xù)擴建其余2座閘門中排水條件相對較優(yōu)的大芙閘。大芙閘擴建防洪排澇效果見圖3。

可見,增加大芙閘凈寬具有一定的排澇效果,當大芙閘凈寬增大到75m后,再擴閘對降低水位效果則變得不明顯。河口大閘不外移條件下,推薦大芙閘采用15孔×5m,凈寬75m,此時芙蓉池20 a一遇水位可降至3.67m。

4.2.1.2 筋竹澗水庫防洪效果

初定筋竹澗水庫防洪庫容250萬m3,參與防洪后,可進一步降低芙蓉池水位至3.54m,與20 a一遇的控制水位要求尚有較大差距。

圖3 大芙閘擴建防洪排澇效果圖

4.2.1.3 大芙閘泵站效果

根據排澇條件,考慮在上述工程基礎上設置大芙閘排澇泵站,排澇效果見圖4。

圖4 大芙閘擴建防洪排澇效果圖

當泵站規(guī)模接近500m3/s時,20 a一遇洪水位方能達到要求。由于泵站流量較大,投資巨大,且需要設置供電專線,就近遠期來說,配套都難以跟上,加上泵站年利用小時數較少,從經濟性角度考慮,此處采取泵站措施不可取。

可見,加強以排為主工程措施的防洪排澇效果十分有限,在排除新建強排泵站的可能性后,調蓄庫容尚有約1 100萬m3的缺口 (見圖5)。

圖5 防洪調蓄庫容分布圖 (以排為主時)單位:萬m3

4.2.2 加強以蓄為主工程措施的效果分析

為了初步確定芙蓉池達到防洪目標所需的防洪調蓄容積,在4.1節(jié)所提到的優(yōu)先實施的工程措施的基礎上,按照20 a一遇規(guī)劃目標水位3.0 m控制,假定芙蓉池調蓄容積進行計算,需要設置3 200萬m3洪水調蓄容積。芙蓉池既有有效調蓄容積約1 600萬m3(水位0～3m),已優(yōu)先實施的雁湖水庫可以提供約250萬m3的防洪庫容,還需增加調蓄容積約1 350m3。

4.2.2.1 大閘外移效果

擋潮閘外移至蔡岙塘處,可增加清江河道調蓄面積約3.6 km2,增加洪水調蓄容積約1 100萬m3,將大大提高清江河口的調蓄能力。推薦的蔡岙塘大閘凈寬100m。

經計算,在大閘外移配合已優(yōu)先實施的工程措施情況下,芙蓉池20 a一遇水位降至3.11m,已較為接近防洪要求,此時可以通過新建上游筋竹澗水庫進一步降低水位。

4.2.2.2 筋竹澗水庫防洪效果

初定筋竹澗水庫防洪庫容250萬m3。在大閘外移至蔡岙塘時,筋竹澗水庫參與防洪,可使芙蓉池20 a一遇水位降低至2.97m,滿足其防洪要求。此時,防洪調蓄庫容分布見圖6。

圖6 防洪調蓄庫容分布圖(以蓄為主時)單位:萬m3

可見,河口大閘外移增加清江河道調蓄后,總調蓄庫容不足得到了彌補,區(qū)域防洪排澇得到了保障。

5 結 語

通過上述分析可以看到,采取排蓄結合、以蓄為主的工程措施,是提高河口調蓄庫容的主要途徑,可以有效地解決河口防洪排澇難題。

本文根據浙江省獨流入海某河口的實際情況,提出外移河口大閘,充分利用下游河道水體增加調蓄容積,大大改善區(qū)域防洪排澇條件。此外,河口大閘外移后,既可以進行蓄淡,也可以配合潮汐電站進行發(fā)電,發(fā)揮工程綜合效益,為解決我國沿海同類河口地區(qū)的防洪排澇問題提供了一種思路,具有一定的借鑒意義。

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[2]柯紅革,張莎.臺州經濟開發(fā)區(qū)濱海工業(yè)區(qū)塊的排澇問題與治理對策[J].浙江水利水電?？茖W校學報,2007,19(3):37-38.

[3]陳華鏡.墾區(qū)土地開發(fā)之排澇對策探討 [J].黑龍江水利科技,2010(3):89-90.

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[5]朱岳明,劉立軍.從排澇角度論平原河網地區(qū)水域調蓄能力的重要性[J].浙江水利科技,2005(5):26-27.