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        松滋口建閘水文條件及其對(duì)減少松澧地區(qū)超額洪量作用分析

        2019-03-21 08:08:52平,錢(qián)湛,李
        中國(guó)農(nóng)村水利水電 2019年3期
        關(guān)鍵詞:松滋澧水洪量

        宋 平,錢(qián) 湛,李 覓

        (湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 洞庭湖研究中心,長(zhǎng)沙 410007)

        松澧地區(qū)既包括了澧水臨澧新安以下至小渡口的下游部分,也跨越了澧水流域范圍之外的澧水尾閭洪道和長(zhǎng)江入湖松滋洪道的水網(wǎng)交匯地帶(湖南省部分),行政區(qū)域跨7個(gè)縣、市、農(nóng)場(chǎng),總面積2 090 km2,耕地12 萬(wàn)多hm2。該區(qū)域歷來(lái)為湖南省洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)之一,新中國(guó)成立以來(lái)就有17年發(fā)生不同程度的潰垸災(zāi)害(1949-1952、1954、1955、1957、1963、1964、1976、1980、1983、1988、1989、1991、1998、2003年)。早在20世紀(jì)90年代,湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院在澧水流域防洪規(guī)劃報(bào)告中就提出了松滋口建閘減輕松澧地區(qū)防洪壓力的遠(yuǎn)景設(shè)想。盧承志[1]基于20世紀(jì)90年代以前的江湖關(guān)系和大洪水情況對(duì)松滋口建閘的作用進(jìn)行了初步分析。三峽水庫(kù)建成后,鄧命華[2]、王翠平等[3]基于新的江湖關(guān)系和洪水情勢(shì)分析了松滋口閘錯(cuò)峰調(diào)度對(duì)降低松澧地區(qū)洪水位的作用以及對(duì)長(zhǎng)江防洪的影響。

        松澧洪水是否具備錯(cuò)峰調(diào)度條件以及錯(cuò)峰調(diào)度對(duì)松澧地區(qū)的防洪作用,是影響松滋口閘控工程上層決策的兩大關(guān)鍵問(wèn)題。本文試從松滋河與澧水洪水特性和洪水遭遇情況入手,分析松滋口閘錯(cuò)峰調(diào)度的水文基礎(chǔ)條件,并從減少松澧地區(qū)超額洪量[4]方面入手,分析松滋口閘的防洪作用,為松滋口閘工程提供決策依據(jù)。

        1 區(qū)域洪水分析

        1.1 洪水特性

        區(qū)域洪水分別來(lái)自澧水和長(zhǎng)江,二者在松澧地區(qū)七里湖交匯。當(dāng)澧水水位猛漲時(shí),除石龜山處河段下泄約10 000 m3/s流量外,其余洪水經(jīng)七里湖調(diào)蓄后,再由五里河?xùn)|流與松滋中支合流轉(zhuǎn)泄安鄉(xiāng)河段,甚至由松滋西支倒流經(jīng)青龍窖匯入松滋中支。當(dāng)松滋河處于洪峰期,除松滋西支自然分流入七里湖與澧水合流外,還可以由中支分流一部分轉(zhuǎn)泄七里湖。

        澧水地處著名的五峰大暴雨區(qū),山高坡陡,灘多水急,干支流匯集迅速,洪峰尖瘦,猛漲猛落[5]。上游涼水口站水位最大漲率為3.58 m/h,一次洪水過(guò)程3~5 d,三江口站最大水位變幅達(dá)25.25 m。三江口站1935年調(diào)查流量達(dá)到30 300 m3/s,新中國(guó)成立后石門(mén)站1998年實(shí)測(cè)最大流量19 900 m3/s,2003年最大流量18 700 m3/s。下游津市站新中國(guó)成立后實(shí)測(cè)最大流量為2003年的17 100 m3/s,其次為1998年的15 900 m3/s。

        松滋河作為長(zhǎng)江的分流河道,洪峰矮胖,漲落緩慢,洪水過(guò)程可達(dá)30 d以上[6],與澧水形成鮮明對(duì)比。松滋河實(shí)測(cè)最大洪峰流量為1938年的12 300 m3/s,此外1954年實(shí)測(cè)最大流量達(dá)10 100 m3/s,1998年最大流量為9 210 m3/s。三峽工程建成后,控制100年一遇以下洪水長(zhǎng)江枝城站來(lái)流量不超過(guò)56 700 m3/s,按現(xiàn)狀分流比松滋河相應(yīng)來(lái)流量不超過(guò)7 800 m3/s。

        松滋河洪峰多見(jiàn)于7月上旬至8月上旬,澧水則為6月下旬至7月下旬,松滋河滯后于澧水一旬左右,一次洪水過(guò)程往往頭尾搭接,但洪峰相錯(cuò)。這種洪水特征加上三峽工程對(duì)長(zhǎng)江洪水的調(diào)節(jié)作用,為松滋口建閘對(duì)松澧地區(qū)洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度提供了有利條件。

        1.2 洪水組成

        松澧洪水組成如表1所示。從多年平均情況來(lái)看,最大一日洪峰中澧水洪峰所占比重略大于松滋河,二者比值約為52.5%和47.5%。隨著時(shí)段拉長(zhǎng),澧水所占比重越來(lái)越小,而松滋河所占比重越來(lái)越大,到30 d洪量組成,澧水和松滋河比例達(dá)到22.5%和77.5%。從歷史典型大水年份來(lái)看,最大一日洪峰澧水占70%左右,松滋河占30%左右,30 d洪量?jī)伤急戎貏t正好相反。洪水組成隨歷時(shí)的變化反映出兩水不同的洪水特征:澧水洪峰流量大于松滋河,松滋河的洪量則大于澧水。

        圖1 松澧地區(qū)水系示意圖Fig.1 Sketch map of river system in Song-Li region

        1.3 洪水遭遇

        澧水石門(mén)站及松滋口新江口和沙道觀站處洪水傳播至松澧地區(qū)安鄉(xiāng)河段的時(shí)間均約為1 d。統(tǒng)計(jì)松滋河入口新江口水文站和澧水干流控制站石門(mén)水文站1951-2013年歷年最大洪峰流量及出現(xiàn)時(shí)間,如表2所示。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出63年中,兩水同日出現(xiàn)洪峰的年份只有1年,而3日、7日、15日和30日

        表1 松澧洪水組成分析表Tab.1 Composition analysis table of Songzi River and Lishui River flood

        表2 1951-2013年松澧洪水遭遇統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Encounter statistical table of Songzi River and Lishui River flood between 1951 and 2013

        內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)洪峰的年數(shù)分別為8年、13年、21年和27年,占總年份的12.7%、20.6%、33.3%和42.9%。統(tǒng)計(jì)規(guī)律顯示,松澧洪水遭遇以澧水洪峰遭遇松滋河洪水過(guò)程為主[7],兩水洪峰遭遇情況比較少見(jiàn)。

        統(tǒng)計(jì)松澧實(shí)際大洪水年份最大組合流量出現(xiàn)時(shí)枝城流量,如表3所示。8個(gè)統(tǒng)計(jì)年份中,只有1954年淞澧洪峰出現(xiàn)時(shí)枝城流量較大,而該年份澧水來(lái)水不大。其他年份組合洪峰出現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)江來(lái)流量均不大,由于松滋口以下長(zhǎng)江干流安全泄量約為56 700 m3/s(對(duì)應(yīng)沙市水位45 m),啟用松滋閘錯(cuò)峰對(duì)長(zhǎng)江防洪不會(huì)產(chǎn)生災(zāi)害性影響。以上分析說(shuō)明,利用松滋閘對(duì)松澧洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度具備水文基礎(chǔ)條件。

        表3 淞澧實(shí)際大水年最大組合洪水出現(xiàn)時(shí)枝城流量表Tab.3 Discharge Table of Zhicheng Station at the largest combined flood during actual flood years of the Songzi River and Lishui River

        2 松澧地區(qū)河道安全泄量

        洞庭湖區(qū)水位流量關(guān)系非單值關(guān)系,各站水位流量關(guān)系受下游水位影響很大。以1990年以來(lái)各控制站實(shí)測(cè)水位和流量為基本資料并考慮下游水位頂托影響[8],將南嘴站堤防設(shè)計(jì)水位36.05 m作為下游控制水位,點(diǎn)繪石龜山站和安鄉(xiāng)站兩組水位流量關(guān)系線,如圖2所示。根據(jù)石龜山站和安鄉(xiāng)站堤防設(shè)計(jì)水位40.82 m和39.38 m,在圖2中查得相應(yīng)河段安全泄量分別為9 400 m3/s 和5 600 m3/s。

        圖2 南嘴站控制水位36.05 m時(shí)各站水位流量關(guān)系線Fig.2 Stage-discharge line of each station under the control water level 36.05 m of Nanzui Station

        3 松澧地區(qū)超額洪量計(jì)算分析

        3.1 超額洪量計(jì)算方法

        以石門(mén)和枝城水文站分別作為澧水來(lái)流和長(zhǎng)江來(lái)流代表站,并按近年分流比計(jì)算松滋河來(lái)流[9]。依據(jù)近年實(shí)測(cè)洪水資料建立枝城~松滋口流量相關(guān)線,枝城各級(jí)流量條件下的松滋口分流量可通過(guò)該相關(guān)線查閱,如圖3所示。

        圖3 枝城~松滋口流量相關(guān)線Fig.3 Discharge correlation line between Zhicheng and Songzhikou

        石門(mén)至津市河段洪水演算采用馬斯京根法[10],由實(shí)測(cè)大洪水資料分析得X=0.35,K=6,得出津市站洪水過(guò)程線。對(duì)于津市至石龜山及新江口+沙道觀至安鄉(xiāng)河段,受下游水系復(fù)雜程度及水文資料限制,洪水演算較為困難,此處采用馬斯京根法的簡(jiǎn)化-調(diào)蓄系數(shù)μ值系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算式如下:

        Q2=μ(I1+I2)/2+(1-μ)Q1

        (1)

        式中:I、Q分別為入流、出流,μ值為用實(shí)測(cè)入、出流資料演算分析而得的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。通過(guò)大量的試算分析,確定津市至石龜山河段μ=0.72,松滋口至安鄉(xiāng)河段μ=0.58。通過(guò)兩個(gè)典型洪水年驗(yàn)證,兩站洪水過(guò)程線疊加結(jié)果與實(shí)測(cè)石龜山站和安鄉(xiāng)站的組合洪水過(guò)程基本吻合,如圖4所示。以津市站、石龜山站和安鄉(xiāng)站的安全泄量作為控制基準(zhǔn),計(jì)算洪量超出部分得到松澧地區(qū)超額洪量。對(duì)于上游水庫(kù)調(diào)節(jié)的作用,澧水主要考慮江埡和皂市水庫(kù),長(zhǎng)江主要考慮三峽水庫(kù)的影響[11]。

        圖4 組合洪水典型洪水過(guò)程線驗(yàn)證Fig.4 Verification of typical flood hydrograph of combined flood

        3.2 松滋口閘錯(cuò)峰調(diào)度原則

        松滋口閘的控洪調(diào)度[2],不得影響長(zhǎng)江防洪安全。長(zhǎng)江上游來(lái)水量大時(shí),荊江河段超過(guò)安全泄量的情況下,松滋閘不得進(jìn)行控洪調(diào)度;長(zhǎng)江中小洪水時(shí),荊江河段未超過(guò)安全泄量的情況下,以補(bǔ)償調(diào)度的方式控制松滋口進(jìn)洪流量,以盡量減輕松澧地區(qū)防洪壓力。

        3.3 松滋口閘對(duì)松澧地區(qū)超額洪量減少作用

        對(duì)于1935年型特大洪水,天然狀況下松澧地區(qū)的超額洪量為28.36 億m3。在三峽+江埡+皂市水庫(kù)共同作用下,松澧地區(qū)仍然有12.12 億m3超額洪量。啟用松滋閘錯(cuò)峰調(diào)度后,可將松澧地區(qū)超額洪量減少至7.83 億m3,超額洪量主要集中在津市河段。

        對(duì)于1954年洪水,天然狀況下松澧地區(qū)的超額洪量為5.8 億m3,該部分超額洪量主要來(lái)自于松滋河分泄長(zhǎng)江洪水。在三峽建成后,長(zhǎng)江洪水得到控制,荊江河段最大下泄流量不超過(guò)56 700 m3/s,松滋口最大分泄流量為7800 m3/s,相應(yīng)松澧地區(qū)超額洪量3.28 億m3,主要集中在安鄉(xiāng)附近。由于1954年澧水并未發(fā)生大洪水,松澧地區(qū)洪水與長(zhǎng)江大洪水同步,且經(jīng)三峽調(diào)蓄后的荊江河段流量接近安全泄量,若松滋口閘控洪將對(duì)長(zhǎng)江荊江河段防洪安全產(chǎn)生威脅,因此1954年洪水松滋口閘不進(jìn)行控洪調(diào)度。

        對(duì)于1998年洪水,天然狀況下松澧地區(qū)的超額洪量為8.53 億m3。在三峽+江埡+皂市水庫(kù)共同作用下,松澧地區(qū)仍然有5.93 億m3超額洪量,這是由于98年洪水時(shí)澧水洪水主要為區(qū)間來(lái)水,支流水庫(kù)區(qū)來(lái)水較小,而澧水兩水庫(kù)均建在支流,對(duì)該年防洪作用不明顯,加之石龜山及安鄉(xiāng)的安全泄量均較1989年澧水尾閭防洪規(guī)劃時(shí)有所減小。在啟用松滋閘進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度后,雖然對(duì)澧水來(lái)水無(wú)減小作用,但由于松滋和與澧水在七里湖聯(lián)通,松滋閘阻擋松滋來(lái)水后,原流經(jīng)石龜山的洪水逆流入松滋河通過(guò)安鄉(xiāng)下泄。經(jīng)分析計(jì)算,如在澧水最大洪水出現(xiàn)時(shí),松滋閘控制最大進(jìn)洪流量不超過(guò)2 000 m3/s,此時(shí)長(zhǎng)江荊江河段不會(huì)超過(guò)安全泄量,松澧地區(qū)超額洪量可減至3.95 億m3。由于澧水來(lái)水太大而津市河段泄流能力不夠(約為12 000 m3/s),該3.95 億m3的超額洪量集中在津市河段。

        分析表明,松滋口建閘對(duì)松澧洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度,可有效減少松澧地區(qū)的超額洪量,減少該地區(qū)分蓄洪頻率與規(guī)模。

        表4 各洪水典型年松澧地區(qū)不同防洪方案超額洪量計(jì)算表Tab.4 Calculation table of excess flood volume in different flood control program and typical flood year of Song-Li region

        4 結(jié) 論

        澧水洪水洪峰尖瘦,猛漲猛落,來(lái)自長(zhǎng)江的松滋河洪水洪峰矮胖,漲落緩慢,且兩水峰現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)開(kāi),這種洪水特征加上三峽水庫(kù)對(duì)長(zhǎng)江洪水的調(diào)節(jié)作用,為松滋口建閘對(duì)松澧地區(qū)洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度提供了有利條件。在不影響長(zhǎng)江荊江河段防洪安全的情況下,在澧水發(fā)生大洪水時(shí)利用松滋口閘對(duì)松滋河來(lái)流進(jìn)行控制,對(duì)于1935年洪水,可減少超額洪量4.3 億m3;對(duì)于1954年洪水,由于長(zhǎng)江荊江河段防洪形勢(shì)緊張,松滋口閘不宜進(jìn)行控洪調(diào)度;對(duì)于1998年洪水,可減少超額洪量2 億m3。

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