王露露，辜 兵

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088)

湯漁湖行洪區(qū)位于淮河左岸，對(duì)岸即為淮南市區(qū)，由湯漁湖行洪堤、湯荊隔堤及淮北大堤圍成封閉圈堤，總面積72.7km2，耕地8.3萬(wàn)畝，涉及淮南市潘集區(qū)、蚌埠市懷遠(yuǎn)縣。區(qū)內(nèi)人口5.27萬(wàn)人，全部居住在低洼地，其中建檔立卡貧困率4.91%[1]。湯漁湖行洪區(qū)屬于淮河高標(biāo)準(zhǔn)行洪區(qū)，現(xiàn)狀行洪方式為口門行洪，規(guī)定行洪水位為淮南24.15m，行洪流量4300m3/s[2]。自1972年建成以來(lái)，從未分蓄干流洪水，僅1991年大水滯蓄了淮河支流泥黑河洪水[3]。湯漁湖行洪區(qū)位置如圖1所示。

湯漁湖行洪區(qū)面積大、居住人口多，雖緊臨淮南市區(qū)，地理優(yōu)勢(shì)明顯，但受行洪區(qū)定位的限制，區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、產(chǎn)業(yè)布局等發(fā)展長(zhǎng)期滯后，社會(huì)經(jīng)濟(jì)及群眾生活水平低，貧困人口多。行蓄洪區(qū)既是臨時(shí)滯蓄洪水的場(chǎng)所，也是區(qū)內(nèi)群眾賴以生存發(fā)展的基地[4]。在以人為本、保障民生的新治水理念指引下，在安徽省委省政府聚焦行蓄洪區(qū)脫貧攻堅(jiān)的背景下，湯漁湖行洪區(qū)調(diào)整方案，在滿足流域防洪安全的前提下，還需考慮解決區(qū)內(nèi)5萬(wàn)多群眾長(zhǎng)期防洪安全與脫貧致富問(wèn)題[5- 7]。本文基于MIKE11模型計(jì)算湯漁湖維持行洪區(qū)與改為防洪保護(hù)區(qū)兩種工況下，淮干重要節(jié)點(diǎn)洪峰流量、水位和洪水傳播歷時(shí)差異，為湯漁湖調(diào)整定位提供依據(jù)。

圖1 湯漁湖行洪區(qū)位置圖

1 模型原理

MIKE 11水動(dòng)力計(jì)算模型是基于垂向積分的物質(zhì)和動(dòng)量守恒方程，即一維非恒定流Saint-Venant方程組來(lái)模擬河流的水流狀態(tài)；以Abbott-lonescu六點(diǎn)隱式差分格式求解[8- 10]，公式如下：

(1)

動(dòng)量方程

(2)

式中，x、t—分別為計(jì)算點(diǎn)空間和時(shí)間的坐標(biāo)；A—斷面過(guò)流面積；Q—斷面流量；h—水位；q—旁側(cè)入流流量；C—謝才系數(shù)；R—水力半徑；α—?jiǎng)恿啃Ｕ禂?shù)；g—重力加速度。

2 模型構(gòu)建

2.1 河網(wǎng)及行蓄洪區(qū)概化

構(gòu)建淮河干流正陽(yáng)關(guān)至浮山段河道及行洪區(qū)一

圖2 淮河正陽(yáng)關(guān)至浮山段干流河道及行蓄洪區(qū)概化圖

維水動(dòng)力學(xué)模型，河道長(zhǎng)235.1km?；春痈闪髡?yáng)關(guān)至浮山段涉及行蓄洪區(qū)8處，其中瓦埠湖蓄洪區(qū)2003年、1954年、1954年型以及100年一遇洪水均不啟用，在本模型中不進(jìn)行概化，其余壽西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、湯漁湖、荊山湖、花園湖7處行洪區(qū)均按一維河道進(jìn)行概化，概化的一維河道分別長(zhǎng)16.9、6.8、7.6、8.1、9.8、19、23km。

以MIKE 11 SO模塊的Control Structure功能概化7個(gè)行蓄洪區(qū)的分洪閘或分洪口門結(jié)構(gòu)物及淮干重要控泄結(jié)構(gòu)物蚌埠閘。其中壽西湖、董峰湖、湯漁湖的進(jìn)、退洪閘為規(guī)劃工程，按照規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)概化，上六坊堤、下六坊堤、荊山湖、花園湖的分洪口門或分洪閘為現(xiàn)狀工程，按現(xiàn)狀情況進(jìn)行概化。行蓄洪區(qū)分洪結(jié)構(gòu)物調(diào)度條件按照規(guī)劃調(diào)度規(guī)則設(shè)置[11- 12]，蚌埠閘洪水期調(diào)度條件為敞泄。

淮河干流及行蓄洪區(qū)概化如圖2所示。

2.2 模擬工況設(shè)置

工況設(shè)置考慮洪水量級(jí)、河道及行蓄洪區(qū)工程情況2個(gè)主要因素。

(1)洪水量級(jí)

20年一遇洪水選擇2003年，分析湯漁湖改保護(hù)區(qū)對(duì)淮干灘槽泄量影響；50年一遇洪水選擇1954年，淮干設(shè)計(jì)洪水采用1954年型100年一遇洪水，分析湯漁湖蓄與泄對(duì)干流洪水影響。

(2)河道及行蓄洪區(qū)工況

選取湯漁湖維持行洪區(qū)、湯漁湖改防洪保護(hù)區(qū)2種工況。

湯漁湖維持行洪區(qū)工況：湯漁湖建設(shè)進(jìn)、退洪閘，設(shè)計(jì)行洪流量2000m3/s，行洪區(qū)堤防退建、加固，規(guī)劃滯洪庫(kù)容3億m3；疏浚湯漁湖進(jìn)洪閘至荊山湖進(jìn)洪閘段干流河道，該段河道規(guī)劃總體過(guò)流能力達(dá)到10000m3/s(包括湯漁湖行洪流量2000m3/s)。淮河干流其余河段及行蓄洪區(qū)有規(guī)劃工程的按照已批復(fù)規(guī)劃建設(shè)工程構(gòu)建模型[11]，無(wú)規(guī)劃工程的按照現(xiàn)狀情況構(gòu)建模型。

湯漁湖改防洪保護(hù)區(qū)：取消湯漁湖行洪區(qū)，行洪區(qū)堤防退建、加固，疏浚湯漁湖進(jìn)洪閘至荊山湖進(jìn)洪閘段干流河道，該段河道規(guī)劃總體過(guò)流能力達(dá)到10000m3/s?；春痈闪髌溆嗪佣渭靶行詈閰^(qū)模型構(gòu)建同湯漁湖維持行洪區(qū)工況。

2.3 河道斷面數(shù)據(jù)

河道基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)采用實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)，其中淮河干流正陽(yáng)關(guān)至黑泥溝段斷面測(cè)量時(shí)間為1991年，黑泥溝至峽山口段斷面測(cè)量時(shí)間為2013年；峽山口至鳳臺(tái)橋段斷面測(cè)量時(shí)間為1991年；鳳臺(tái)橋至荊山湖進(jìn)洪閘段斷面測(cè)量時(shí)間為2010年；荊山湖進(jìn)洪閘至吳家渡段斷面測(cè)量時(shí)間1991年；吳家渡至浮山段斷面測(cè)量時(shí)間為2009年。各斷面間距平均按800m左右控制。

2.4 邊界條件

淮河干流正陽(yáng)關(guān)至浮山段河道沿程有茨淮新河、渦河兩大支流匯入，因此上游邊界條件為淮干正陽(yáng)關(guān)及支流茨淮新河、渦河流量過(guò)程，下游邊界為浮山水位-流量關(guān)系。

3 模型驗(yàn)證

《淮河中游河道水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型研究與應(yīng)用》[13]中對(duì)淮河干流王家壩至小柳巷段一維河道水動(dòng)力學(xué)模型糙率取值進(jìn)行了率定與驗(yàn)證，主河槽和灘地糙率取值分別為0.024～0.028、0.036～0.045[13- 14]；考慮本次分析對(duì)模型的精確性、合理性需求，對(duì)構(gòu)建的淮河干流正陽(yáng)關(guān)至浮山段一維水動(dòng)力模型在吸收已有成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。由于2004年前后河道工況變化較大，模型驗(yàn)證采用2005年(2場(chǎng))、2007年(1場(chǎng))三場(chǎng)次洪水過(guò)程，河道地形數(shù)據(jù)及工程等還原至當(dāng)年，上、下游及支流邊界條件采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

以水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范[15]對(duì)驗(yàn)證成果分析，2007年大洪水年份，峰值誤差較小，水位確定性系數(shù)DC≥0.90，QR≥85.0，驗(yàn)證精度等級(jí)為甲級(jí)；2005年中洪水年份，峰值誤差不大，水位確定性系數(shù)0.90≥DC≥0.70，QR≥85.0，驗(yàn)證精度等級(jí)為乙級(jí)；即驗(yàn)證精度較高，模型概化合理。模型精度評(píng)價(jià)見表1。

表1 淮河干流正陽(yáng)關(guān)至浮山段模型精度評(píng)價(jià)

注：洪水場(chǎng)次①指2005.07.06至2005.07.23；②指2005.08.24至2005.09.13；③指2007.07.03至2007.07.10

4 模擬結(jié)果

4.1 2003年洪水

2003年洪水正陽(yáng)關(guān)實(shí)測(cè)最大流量7890m3/s，正陽(yáng)關(guān)以下行洪區(qū)僅上六坊堤、下六坊堤進(jìn)洪，可分析湯漁湖維持行洪區(qū)不啟用情況下，湯漁湖段河道不同疏浚規(guī)模對(duì)干流洪水的影響。

正陽(yáng)關(guān)至浮山段淮河干流主要控制站點(diǎn)中，峽山口站位于湯漁湖上游，淮南站位于湯漁湖進(jìn)洪閘附近，蚌埠及香廟站位于湯漁湖下游。

湯漁湖維持行洪區(qū)與改保護(hù)區(qū)兩種工況，上游峽山口及淮南洪峰流量、出現(xiàn)時(shí)間均相同；湯漁湖維持行洪區(qū)與改保護(hù)區(qū)相比，峽山口、淮南最高水位分別由24.57m、23.72m降低到24.52m、23.67m，最高水位均降低5cm。兩種工況下，下游蚌埠和香廟洪峰流量、最高水位以及出現(xiàn)的時(shí)間均相同。

由于湯漁湖改保護(hù)區(qū)方案湯漁湖段干流河道退堤、疏浚規(guī)模比維持行洪區(qū)方案大，因此淮南及以上段河道水位有略有降低，而對(duì)湯漁湖下游河道最高水位以及干流的洪峰流量、傳播時(shí)間基本沒(méi)有影響。

4.2 1954年洪水

1954年洪水正陽(yáng)關(guān)流量大于9000m3/s的有9d，正陽(yáng)關(guān)以下需先后啟用上六坊堤、下六坊堤、董峰湖、荊山湖、花園湖、壽西湖、湯漁湖行洪區(qū)，湯漁湖維持行洪區(qū)與改為保護(hù)區(qū)兩種工況下，蚌埠最大流量均不超過(guò)設(shè)計(jì)流量13000m3/s，不需啟用懷洪新河分洪，沿程水位不超過(guò)設(shè)計(jì)洪水位。

兩種工況下，上游峽山口及淮南最高水位相同、洪峰流量基本相同，峽山口、淮南最高水位分別為25.11、24.13m。湯漁湖維持行洪區(qū)與改保護(hù)區(qū)相比，下游蚌埠、香廟最高水位分別由22.29、19.81m抬高到22.31、19.82m，最高水位分別增加2、1cm。蚌埠洪峰流量由維持行洪區(qū)的12505m3/s增加到改為保護(hù)區(qū)的12635m3/s，增加130m3/s，洪水過(guò)程中流量最大增加314m3/s。兩種工況下蚌埠流量、水位過(guò)程如圖3—4所示。

湯漁湖維持行洪區(qū)，于7月20日進(jìn)洪，進(jìn)洪流量最大僅400m3/s，直到洪水過(guò)程結(jié)束仍未蓄滿，蓄滯洪量2.2億m3，對(duì)洪水過(guò)程、洪峰流量影響均較小。

圖3 蚌埠流量過(guò)程線

圖4 蚌埠水位過(guò)程線

4.3 1954年型100年一遇洪水

1954年型100年一遇洪水，正陽(yáng)關(guān)流量接近10000m3/s的達(dá)20d，正陽(yáng)關(guān)以下需先后啟用上六坊堤、下六坊堤、董峰湖、荊山湖、花園湖、壽西湖、湯漁湖行洪區(qū)；啟用懷洪新河分洪，控制蚌埠最大流量不超過(guò)設(shè)計(jì)流量13000m3/s，控制蚌埠、香廟最高水位均不超過(guò)設(shè)計(jì)水位。

湯漁湖改為保護(hù)區(qū)與維持行洪區(qū)兩種工況下，上游峽山口及淮南最高水位相同，洪峰流量基本相同，峽山口、淮南最高水位分別為設(shè)計(jì)水位25.54、24.48m。

若懷洪新河不啟用，蚌埠洪峰流量由維持行洪區(qū)的13712m3/s增加到改為保護(hù)區(qū)的13980m3/s，增加268m3/s，洪水過(guò)程中流量最大增加876m3/s；且湯漁湖改保護(hù)區(qū)比維持行洪區(qū)蚌埠洪峰出現(xiàn)時(shí)間提前4h。懷洪新河不啟用時(shí)，兩種工況下蚌埠流量過(guò)程如圖5所示。

按淮河洪水調(diào)度，懷洪新河啟用，則兩種工況下，蚌埠、香廟最高水位均為設(shè)計(jì)水位22.48m、20.02m，蚌埠最大流量均為13000m3/s。湯漁湖改為保護(hù)區(qū)比維持行洪區(qū)，懷洪新河分洪時(shí)間提前3d；最大分洪流量由維持行洪區(qū)的1000m3/s增加到改為保護(hù)區(qū)的1280m3/s，增加280m3/s；分洪量由維持行洪區(qū)的2.3億m3增加到改為保護(hù)區(qū)的4.3億m3，增加2億m3。懷洪新河啟用時(shí)，兩種工況下蚌埠流量、水位過(guò)程如圖6—7所示。

湯漁湖維持行洪區(qū)，于7月18日進(jìn)洪，7與21日蓄滿，滯蓄洪量3億m3?；茨?、蚌埠(懷洪新河不啟用)洪峰出現(xiàn)時(shí)間分別為7月25日、7月23日，即在洪峰前湯漁湖已經(jīng)蓄滿，主要是滯蓄前期洪水。

圖5 蚌埠流量過(guò)程線(懷洪新河不啟用)

圖6 蚌埠流量過(guò)程線(懷洪新河啟用)

圖7 蚌埠水位過(guò)程線(懷洪新河啟用)

5 結(jié)語(yǔ)

基于MIKE 11模型的分析表明，湯漁湖改保護(hù)區(qū)對(duì)淮干洪水影響甚微。20年一遇洪水，湯漁湖改保護(hù)區(qū)對(duì)干流洪峰流量、傳播時(shí)間基本無(wú)影響，可略為降低淮南以上河段洪水位。50年一遇及100年一遇洪水，湯漁湖改為保護(hù)區(qū)對(duì)湯漁湖上游干流洪水基本無(wú)影響，對(duì)下游影響范圍不超過(guò)浮山；發(fā)生100年一遇洪水，懷洪新河提前3d分洪，增加2億m3分洪量，即可保證洪水安全下泄，沿程流量和水位均不超過(guò)設(shè)計(jì)值。本研究成果定量說(shuō)明了湯漁湖由行洪區(qū)改為防洪保護(hù)區(qū)對(duì)淮河干流洪水的影響程度，為湯漁湖行洪區(qū)調(diào)整定位的決策提供了重要數(shù)據(jù)支撐及依據(jù)。