張曉波，張瑤蘭，張 健

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

對(duì)于閘泵結(jié)合的平原排澇，業(yè)界一般認(rèn)為，在邊界高水位頂托，平原難以開閘自排時(shí)，在平原現(xiàn)有的排澇閘側(cè)設(shè)置泵站，可擴(kuò)大排水時(shí)間和外排水量，使閘排和泵排呈疊加的正效應(yīng)。在浙江省沿海平原的主要外排口門，在外海低潮時(shí)，形成足夠的水力坡降，自排流量往往達(dá)幾百甚至上千個(gè)流量；在外海高潮關(guān)閘時(shí)啟用泵站，一般設(shè)計(jì)流量達(dá)50～200 m3/s，這種情況下，排澇效益往往是閘排和泵排疊加的正效應(yīng)。但對(duì)于某些外排至排水干河的平原，其水閘的自排能力往往取決于平原內(nèi)澇水位與外排干河水位的相對(duì)高低。有些排澇閘看起來自排能力較大，實(shí)際是以較高的內(nèi)澇水位為代價(jià)形成的自排水頭。增設(shè)強(qiáng)排泵站后，在降低內(nèi)澇水位的同時(shí)，也降低了水閘的自排流量，甚至無法開閘。這種條件下，閘排和自排并非“1+1”的疊加關(guān)系，實(shí)際呈一種相互抵消的負(fù)效應(yīng)。以下以永寧江流域的西江平原閘站排澇情況為例進(jìn)行說明。

1 案例基本情況

永寧江是椒江流域的第二大支流，集水面積889.8 km2。其中，長潭水庫壩址以上河長34 km，集水面積441 km2；長潭以下河長46 km，集水面積449 km2。

西江平原位于永寧江南岸，流域面積197.5 km2，黃巖主城區(qū)基本位于西江平原[1]，而西江平原是臺(tái)州市重點(diǎn)內(nèi)澇區(qū)域之一，2013年“菲特”臺(tái)風(fēng)期間，黃巖城區(qū)所在的西江平原大面積受淹。西江平原上游主要排水河道包括沙埠溪、西南中涇、東南中涇等，下游主要排水河道為西江、南官河、東官河等。西江平原地面高程在3.2～4.0 m，地勢(shì)低洼，而匯水面積相對(duì)較大，排澇原始動(dòng)力不足。西江是西江平原最大的河流(河寬只有20～38 m)，西江閘(凈寬20 m)為西江平原的主要排澇出口。另外，城西河閘、永裕河閘雖已建成，但配套河道尚未建成，少量澇水通過南官河、東官河排往椒江河口，因此西江平原排水出路偏少，導(dǎo)致西江排澇壓力增加；加上永寧干流高水位行洪對(duì)排澇河道有頂托作用，進(jìn)一步加劇了西江平原排澇壓力。

西江平原除了現(xiàn)有的西江排澇通道外，還需規(guī)劃城西河、方山隧洞和永裕河等排澇出口[2]，新建城西河泵站150 m3/s、西江泵站80 m3/s、外東浦泵站40 m3/s和永裕泵站100 m3/s等四座泵站，才能滿足西江平原應(yīng)對(duì)20年一遇洪水的排澇標(biāo)準(zhǔn)。西江平原所在位置及排澇格局見圖1。

圖1 西江平原排澇格局圖

2 閘泵排澇的“抵消”效應(yīng)分析

本工況假定配套的城西河、方山隧洞和永裕河排澇出口均已建成[3]，僅比較泵站建成與否的排澇效益。建泵后，永寧江干流水位抬高0.1～0.4 m，其水位變化見圖2。

圖2 建泵前后永寧江干流水位變化圖

2.1 建泵前后閘上下水位過程對(duì)比

城西河閘站、西江閘站、外東浦泵站、永裕河泵站建泵前后的閘上、閘下水位過程見圖3—圖6[2]?？梢钥闯觯俏骱娱l站處于永寧江的中游段，永寧江水位較高，現(xiàn)狀閘站的自排時(shí)間就很少;建泵后，幾乎沒有閘排時(shí)間。西江閘是現(xiàn)狀的主要排水口門，但洪峰階段，受永寧江洪水頂托，每個(gè)高潮階段約有3～4 h難以開閘自排，開閘時(shí)內(nèi)河水位壅高至3.8～3.9 m；建泵后，閘前水位最高水位降至3.4 m，閘前水位全程低于外江水位，無法開閘自排，泵排占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。外東浦閘站、永裕閘站建泵前后的水位過程規(guī)律類似于西江閘，不再贅述。

圖3 城西河閘站建泵前后的閘上下水位過程

圖4 西江閘站建泵前后的閘上下水位過程

圖5 外東浦閘站建泵前后的閘上下水位過程

圖6 永裕河泵閘站建泵前后的閘上下水位過程

2.2 建泵前后的外排水量

西江平原城西河閘站、西江閘站、外東浦泵站、永裕河泵閘站建泵前后的閘上、閘下外排流量過程見圖7[2]。統(tǒng)計(jì)口門閘泵的運(yùn)行時(shí)間和外排水量見表1。

表1 外排口門閘泵運(yùn)行時(shí)間和外排水量統(tǒng)計(jì)表

由圖7和表1看出，現(xiàn)狀條件下，城西河閘站由于永寧江洪水頂托[4]，開閘時(shí)間很少，洪水中后期幾乎不開閘。設(shè)置泵站后，泵排時(shí)間迅速擴(kuò)大，而閘排時(shí)間變得更少[5]，閘排時(shí)間由13 h減少至1 h，由于泵排規(guī)模較大，外排水量增加2.840×107m3。西江閘是主要的排水口門，最大過閘流量達(dá)130～140 m3/s，設(shè)置泵站后，泵排時(shí)間迅速擴(kuò)大，由于平原水位降低，開閘時(shí)間也變得極少，表1顯示西江閘開閘只有3 h，大部分均為泵排，由此可見閘排、泵排的運(yùn)行時(shí)間的相互抵消。盡管泵排流量低于原閘排最大流量，但由于運(yùn)行時(shí)間長，整體外排水量增加0.350×107m3。外東浦閘站、永裕閘站的閘排泵排的“抵消”效應(yīng)類似于西江閘站。從西江平原的外排口門總體統(tǒng)計(jì)看，開閘時(shí)間由173 h下降到11 h，而泵排擴(kuò)大到254 h，總體外排水量由5.434×107m3擴(kuò)大到8.564×107m3，由此可見，泵站外排占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

圖7 外排閘站建泵前后的流量過程對(duì)比

有分析認(rèn)為西江閘發(fā)揮了很大的排澇作用，沒有必要設(shè)置這么大規(guī)模的四個(gè)泵站這種認(rèn)識(shí)實(shí)際是基于“1+1”的疊加效益，并沒有認(rèn)識(shí)到泵站、閘排效益的相互抵消作用。地勢(shì)低平的平原閘排水頭并不占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在大流量泵站實(shí)施后，迅速降低閘前水位，導(dǎo)致閘排條件的喪失，正是閘排泵排效益相互抵消的原因所在。在本案例中，實(shí)際就是泵排抵消、替代了原有的閘排功能，基本相當(dāng)于圩區(qū)排澇模式。

3 啟示和思考

案例中的排澇模式，暫稱之為西江平原排澇模式。這種排澇模式，從表面看仍舊是自排模式，即僅需要閘站外排。實(shí)際上，自排模式僅僅在小量級(jí)洪水時(shí)是成立的，在遭遇大洪水時(shí)，承泄平原澇水的外排干河水位也很高，實(shí)際造成了平原排澇的圩區(qū)模式。這種排澇模式，介于圩區(qū)電排和沿海閘排之間。從地形高程上看，此排澇模式地面高程高于圩區(qū)區(qū)域的地面，有一定的自排能力，并不是完全依靠電排，但遭遇一定量級(jí)的洪水后，就等同于圩區(qū)模式。從口門邊界條件看，即使在前期洪水較小或者干流水位較低時(shí)，平原可以自排，但自排流量也完全不能跟沿海閘排的邊界條件相比，低潮位時(shí)，沿海閘站的自排流量很大，案例中的自排受干流洪水頂托，自排流量非常有限[6]。因此，西江平原排澇模式，并不能完全等同于沿海平原閘站的排澇模式，泵站的增設(shè)一定會(huì)抵消原有的部分閘排效益，但要實(shí)現(xiàn)遭遇大洪水下的排澇能力達(dá)標(biāo)，泵站規(guī)模的設(shè)計(jì)還需要考慮閘泵排澇的“抵消”效應(yīng)，而不能簡單地進(jìn)行“1+1”的主觀估計(jì)。