馬 全 姚 瑤2 常景坤

(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430064；2.武漢原野水利工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430064)

洪水調(diào)度是防洪工作的核心，主要依據(jù)水、雨、工情實(shí)況和暴雨、洪水預(yù)報(bào)，統(tǒng)籌江河防洪全局，設(shè)計(jì)和優(yōu)選出洪水調(diào)度方案，運(yùn)用防洪工程措施和非工程措施，有計(jì)劃地調(diào)節(jié)和控制洪水，保證防洪安全，努力減少洪水災(zāi)害。

府澴河為長江中游左岸一級支流，是湖北省僅次于漢江、清江的第三大水系，歷來是湖北省河流防洪的重點(diǎn)地區(qū)之一。1996年澴水發(fā)生100年一遇大洪水后，府澴河流域編制了《府澴河防洪調(diào)度方案》，該調(diào)度方案編制于20世紀(jì)90年代，隨著三峽工程的完建、丹江口續(xù)建工程的竣工，府澴河流域上游大中型水庫除險(xiǎn)加固的完成以及其他防洪水利工程的建設(shè)，水情和工情均發(fā)生了較大改變，原有調(diào)度方案已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)狀工程和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。同時，隨著水文資料系列的延長，有必要對原采用的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行復(fù)核和調(diào)整。本文采用MIKE 11水動力模型模擬府澴河洪水過程，研究府澴河發(fā)生不同頻率洪水時，分蓄洪區(qū)民垸分洪時機(jī)及過程對臥龍?zhí)墩舅坏挠绊懗潭龋瑸楦疂缀优P龍?zhí)墩疽韵碌暮樗{(diào)度提供技術(shù)支持。

1 工程概況

府澴河干流發(fā)源于大洪山北麓海拔1042m的齋公巖，自北向南流經(jīng)湖北省的隨縣、曾都區(qū)、廣水、安陸、應(yīng)城、云夢、孝昌、孝南、東西湖區(qū)、黃陂區(qū)等縣(市、區(qū))，在武漢市黃陂區(qū)境內(nèi)與灄水匯合后注入長江。干流全長331.70km，流域面積14769km2。府澴河臥龍?zhí)兑陨细闪饔址Q府河，支流澴水于臥龍?zhí)蹲蟀度雲(yún)R。下游出口河道在武漢市岱家山以下分為南北兩支，南支朱家河在諶家磯注入長江，北支新河納灄水在江嘴流入長江。府澴河臥龍?zhí)吨梁涌诙伍L63.20km，河道平均比降約0.10‰，河道區(qū)間流域面積1974km2(不含灄水流域)。

府澴河流域多年平均降水量1050～1200mm，年最大降雨量達(dá)2180mm(1954年)，年最小降雨量僅620mm(1961年)，年際變化懸殊，年內(nèi)分配不均，其中6—8月占全年降雨量的65%。全流域多年平均徑流深350～450mm，5—9月為汛期，徑流量占全年的68%，成災(zāi)暴雨多發(fā)生在5—7月，尤以7月最重。

府澴河流域目前已形成了由上游大中型水庫群、中下游堤防和分蓄洪民垸組成的綜合防洪體系，保護(hù)武漢市、東西湖區(qū)及孝感市的防洪安全。府澴河流域分蓄洪民垸有孝感市孝南區(qū)幸福垸、東風(fēng)垸，武漢市東西湖區(qū)外東風(fēng)垸，孝感市孝南區(qū)和武漢市黃陂區(qū)共有的童家湖分蓄民垸共4處，總面積149km2，有效蓄洪總?cè)莘e約為5.28億m3，總耕地面積11.20萬畝，總?cè)丝诩s6萬人。府澴河臥龍?zhí)墩疽韵铝饔蚣胺中詈槊褊植家妶D1。

2 研究方法

MIKE 11水動力模塊采用隱式有限差分格式離散方程對一維河道及河口河網(wǎng)水流進(jìn)行模擬，水動力模型基于一維明渠非恒定流方程，其理論基礎(chǔ)是由水流連續(xù)方程和運(yùn)動方程組成的圣維南方程組：

(1)

式中：Q為流量,m3/s；A為過水?dāng)嗝婷娣e,m2；x為沿水流方向的距離,m；t為時間,s；q為河段單位長度的旁側(cè)入流量；y為水深,m；i0為河底坡度；v為斷面平均流速,m/s；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑,m；g為重力加速度,m2/s。

3 模型計(jì)算參數(shù)

3.1 計(jì)算工況

為研究府澴河在發(fā)生不同頻率洪水時，分蓄洪區(qū)民垸分洪過程對府澴河臥龍?zhí)稊嗝嫠坏挠绊懗潭?，模擬了10種工況，即當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇、50年一遇和30年一遇洪水，外江水位分別為25m、26m、27m和28m情況下，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸、童家湖分洪和不分洪時的府澴河洪水演進(jìn)過程，進(jìn)而研究分洪過程對臥龍?zhí)稊嗝娴挠绊懗潭?具體計(jì)算工況見表1。

圖1 府澴河臥龍?zhí)墩疽韵铝饔蚣胺中詈槊褊植?/p>

表1 府澴河洪水調(diào)度模擬計(jì)算工況

3.2 計(jì)算控制條件

a.控制斷面的選取：以臥龍?zhí)墩緸榭刂普?，該站位于府河與澴水匯合口下游約1.30km處，距府澴河出口61.00km，控制流域面積12795km2。

b.臥龍?zhí)端坏目刂品绞剑哼\(yùn)用分蓄洪民垸的目的是控制內(nèi)河洪水位的上漲，使之不超過堤防保證水位。當(dāng)現(xiàn)有分蓄洪區(qū)不能控制臥龍?zhí)端簧蠞q達(dá)到30.26m時，假定不開辟新的分蓄洪區(qū)，運(yùn)用現(xiàn)有分蓄洪區(qū)，力爭控制臥龍?zhí)端徊怀^30.50m。

c.分洪時機(jī)：分蓄洪民垸運(yùn)用時機(jī)應(yīng)根據(jù)上游府河隔蒲潭站、澴水花園站實(shí)測洪水，臥龍?zhí)端患吧蠞q速率來綜合決策。分析實(shí)測資料，洪水傳播時間隔蒲潭至臥龍?zhí)都s6h，花園至臥龍?zhí)都s12h，故可以用隔蒲潭、花園兩站實(shí)測流量預(yù)報(bào)臥龍?zhí)逗樗?。?dāng)臥龍?zhí)端贿_(dá)到30.00m并繼續(xù)上漲時(隔蒲潭、花園站實(shí)測洪水持續(xù)增加)，應(yīng)啟用分蓄民垸分洪。

3.3 計(jì)算參數(shù)條件

a.斷面條件：河道斷面選用府澴河實(shí)測的65個斷面，分別為府澴河樁號62+389～9+674區(qū)間的50個斷面、老河樁號9+061～1+175區(qū)間的7個斷面和新河樁號8+407～0+169區(qū)間的8個斷面。

b.邊界流量條件：采用流量途徑推求設(shè)計(jì)洪水，并考慮上游水庫攔蓄作用,府澴河臥龍?zhí)墩静煌l率洪水過程見圖2。

圖2 府澴河臥龍?zhí)墩静煌l率洪水過程

c.分洪情況：不同工況下，計(jì)算府澴河分洪情況，見表2。

表2 不同工況下府澴河分洪情況

d.水位條件：由外江水位推算得到老河和新河出口處的水位。

e.糙率條件：根據(jù)1963年、1996年兩場洪水過程，率定河段綜合糙率為0.04。

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 臥龍?zhí)稊嗝嫠贿^程

a.當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，外江水位分別為25.00m、26.00m時，計(jì)算孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖3。當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，外江水位分別為27.00m 、28.00m 時，計(jì)算孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸、童家湖分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖3。

由圖3可知，當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，外江水位分別為25.00m、26.00m時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m左右；外江水位分別為27.00m 、28.00m 時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸、童家湖按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m以下。

b.當(dāng)府澴河發(fā)生50年一遇洪水，外江水位分別為25.00m、26.00m、27.00m和28.00m時，計(jì)算分蓄洪民垸分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖4。其中外江水位為25.00m時，孝南區(qū)幸福垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m左右。外江水位分別為26.00m、27.00m時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m左右。外江水位分別為28.00m時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m以下。

c.當(dāng)府澴河發(fā)生30年一遇洪水，外江水位分別為27.00m和28.00m時，計(jì)算分蓄洪民垸分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖5。外江水位分別為27.00m、28.00m時，孝南區(qū)幸福垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m以下。

4.2 府澴河洪水調(diào)度方案

根據(jù)上述府澴河分洪過程洪水模擬，擬定府澴河臥龍?zhí)兑韵潞佣魏樗{(diào)度方案如下：

a.當(dāng)府澴河發(fā)生20年一遇或1996年型洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榉辶髁?170m3/s，可確保堤防安全，做到不潰垸分洪。

b.當(dāng)府澴河發(fā)生30年一遇洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榱髁?990m3/s，若遭遇長江武漢關(guān)水位超27.00m時，則啟用幸福垸分蓄超額洪水，控制口門寬70.00m，最大分洪流量1030m3/s。

圖3 府澴河1%洪水時分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩舅贿^程

圖4 府澴河2%洪水時分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩舅贿^程

圖5 府澴河3.33%洪水時峰分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)稊嗝嫠贿^程

c.若上游水位繼續(xù)上漲，府澴河達(dá)50年一遇洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榉辶髁?890m3/s，若武漢關(guān)水位在25.00m及以下時，加強(qiáng)防御措施，可不需要分洪；若遭遇長江武漢關(guān)水位達(dá)25.00～27.00m時，相繼啟用孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸蓄滯洪區(qū)分洪，其中東西湖東風(fēng)垸洪口門寬100.00m，最大分洪流量為1460m3/s；若遭遇長江武漢關(guān)水位超27.00m以上時，還需啟用孝南區(qū)東風(fēng)垸扒口分洪，口門寬120.00m，最大分洪流量為1750m3/s。

d.若上游水位繼續(xù)上漲，府澴河達(dá)到100年一遇洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榉辶髁?150m3/s。若長江武漢關(guān)水位在26.00m及以下時，相繼啟用幸福垸、東西湖區(qū)東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸分洪；若武漢關(guān)水位達(dá)到或超過27.00m時，除運(yùn)用上述3處分蓄洪區(qū)外，還需啟用童家湖分蓄洪區(qū)，控制其分洪口門300.00m，最大分洪流量4090m3/s。

5 結(jié) 語

本文采用MIKE 11水動力模型模擬了分蓄洪民垸分洪對府澴河臥龍?zhí)墩舅坏挠绊?，?dāng)府澴河發(fā)生不同頻率的洪水時，擬定的分洪方案基本上控制了府澴河臥龍?zhí)墩镜乃?。?jīng)研究，府澴河臥龍?zhí)逗樗{(diào)度方案為：不分洪情況下，府澴河臥龍?zhí)兑韵驴煞烙?0年一遇洪水或1996年型洪水，可使臥龍?zhí)端徊怀^30.26m；啟用幸福垸可防御30年一遇洪水；遇50年一遇洪水時，則需啟用幸福垸、東西湖區(qū)外東風(fēng)垸和孝南區(qū)東風(fēng)垸；當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，若武漢關(guān)水位在26.00m以下時，啟用幸福垸、東西湖區(qū)東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸分洪，可控制臥龍?zhí)端徊怀^30.50m，若武漢關(guān)水位超過27.00m時，除上述3處蓄滯洪區(qū)啟用外，還需啟用童家湖分蓄超額洪水。