余玉龍

（溫州市水利電力勘測設(shè)計院有限公司,浙江 溫州 325000）

1 流域概況

江西垟平原位于鰲江下游南港流域。鰲江為江西省八大水系中最小的一條水系,流域面積1580.4 km2,干流全長90 km,主要分屬平陽、蒼南兩縣。鰲江水系呈樹枝狀,根據(jù)地形、地理位置可分為北港和南港兩個流域。其中北港都屬于平陽縣范圍,流域面積826.8 km2。南港流域面積為753.6 km2,大部分屬于蒼南縣,主要支流有橫陽支江、滬山內(nèi)河、蕭江塘河,其中橫陽支江為南港流域排洪、灌溉的主要河道,全長27.3 km,將鰲江流域的最大平原—南港平原分割成江西垟平原和江南垟平原。

江西垟平原西面靠山區(qū),東南緊鄰橫陽支江堤塘,集雨面積156 km2,其中山區(qū)64.9 km2,平原91.1 km2。平原內(nèi)主要有滬山內(nèi)河和蕭江塘河兩大排水河道。

2 現(xiàn)狀排澇能力

江西垟平原總面積156 km2,其中山區(qū)面積64.9 km2,平原91.1 km2。耕地面積10.15 萬畝,其中水田8.7萬畝,田面高程在3.5 m～4.5 m左右,根據(jù)最新的1∶10000地形圖及相關(guān)資料,江西垟平原現(xiàn)狀蓄澇曲線見表1。

表1 江西垟平原現(xiàn)狀蓄澇曲線

江西垟平原現(xiàn)狀受澇情況見表2。

表2 江西垟平原規(guī)劃排澇情況表

根據(jù)1∶10000地形圖,區(qū)域一般田面高程在3.8 m左右,主要為水田,水稻耐淹水深考慮0.25 m,且耐淹時間為4 d～6 d,因此本次區(qū)域受淹時間主要統(tǒng)計一般田面水位達到4.05 m以上的時間。在現(xiàn)狀水利設(shè)施情況下,一旦降雨,山區(qū)洪水漫入平原,平原積水只能向北排入鰲江,如遇鰲江洪潮影響,內(nèi)水難以外排,致使大片農(nóng)田受淹,江西垟?shù)呐艥硺?biāo)準(zhǔn)不足10年一遇。是南港流域的重澇區(qū)之一。

3 泵站布局優(yōu)選

3.1 水利計算數(shù)學(xué)模型

江西垟平原集雨面積156.0 km2,其中山區(qū)64.9 km2,平原91.1 km2。耕地面積10.15萬畝,其中水田8.7 萬畝,田面高程一般在3.3 m～4.5 m之間。平原內(nèi)有靈溪、蕭江等鎮(zhèn),主要河流為沿山內(nèi)河、滬山內(nèi)河、蕭江塘河,蕭江塘河～橫陽支江片面積36.6 km2,滬山內(nèi)河～蕭江塘河片面積21.91 km2,沿山內(nèi)河片集雨面積20.17 km2。山區(qū)主要支流為洛溪、鳳溪、仙塘溪、狀元溪。

3.1.1 計算方法

鰲江及江西垟?shù)绕皆泳W(wǎng)主干河道的水力要素隨時隨地都在變化,屬典型的非恒定流,水利計算方法采用一維圣維南方程組進行數(shù)值解；平原河網(wǎng)中的澇區(qū)或圍圩內(nèi)部水流以及水位漫河堤后的水流隨時間變化較小,為了計算方便,將其劃分為網(wǎng)格單元,采用簡化法計算。

（1）圣維南微分方程組。圣維南方程組由以水位高程Z及流量Q為變量的連續(xù)方程與運動方程組成：

式中：Z為水位,m；Q為流量,m3/s；X為河道沿程位移,m；t為時間,s；Q為河流總寬度,m；q為單位長度河流的旁側(cè)入流,m3/（s·m）；ζ±、M、a均為計算參數(shù)。

計算中將微分方程組進行數(shù)值解,計入河叉、閘叉方程、邊界條件和初始條件,并考慮橋堰的阻水、水流漫灘等水利條件。

（2）簡化法。假定簡化單元i內(nèi)水體體積僅與水位有關(guān),則可得連續(xù)方程：

式中：Pi（t）、Ai為單元i的降水量、水面面積；Qi為單元i的流量交換。

計算中流量Qi的交換主要為明渠恒定流、堰閘等形式,根據(jù)劃定單元實際交換情況予以計列。

3.1.2 計算模型

依據(jù)規(guī)劃區(qū)地理、地形和水系特點進行河網(wǎng)排澇計算。結(jié)合計算需要,搭建兩套計算模型：一是鰲江大流域計算模型,為江西垟?shù)绕皆艥秤嬎闾峁┫逻吔?同時計算分析其對鰲江、橫陽支江規(guī)劃工程措施的影響等；二是江西垟?shù)绕皆艥衬Ｐ停ㄒ妶D1）,具體細(xì)化其平原排澇的各工程措施規(guī)模等事宜。

圖1 江西垟平原水利計算模型圖

①初始條件：計算開始時刻鰲江各斷面水位等于此刻下邊界潮位；平原河道各斷面水位相等,綜合考慮實際調(diào)度,取常年河道水位2.70 m等；流量為0。

②外邊界條件：鰲江大模型中計算上邊界鰲江干流為埭頭、橫陽支江橋墩水庫下泄及各支流,下邊界為鰲江潮位站和琵琶門潮位站；各平原設(shè)計頻率降雨＋洪水＋下邊界鰲江,組合頻率采用水文分析的推薦組合,下邊界過程線采用鰲江流域大模型計算成果提取的過程線。各平原上邊界為山區(qū)集中入流處,河道初始水位和流量根據(jù)河床坡降推算取值。

③邊界條件：鰲江大模型在計算河段內(nèi)選取具有代表性的斷面并適當(dāng)修正,河汊口各段面水面相等且流量連續(xù)；各平原模型在計算河網(wǎng)主河道上選取具有代表性的斷面,將主排水河道上的阻水橋梁簡化為閘堰,共布置414 個斷面,4 個水閘,5個泵站,7個集中入流,20 個概湖進行數(shù)值模擬計算。

④降雨與潮汐組合：由水文分析可知,不同重現(xiàn)期降雨過程線都是以2007年8 月18 日～20 日降水典型過程線為基礎(chǔ),潮位過程線同樣選用鰲江流域防洪規(guī)劃潮汐成果（見表3）,此組合降雨雨峰與高潮位遭遇,對排澇災(zāi)害偏不利。

表3 鰲江潮位站統(tǒng)計潮位特征表 單位：m

⑥汛期水閘開啟內(nèi)河常水位。江西垟平原常水位為2.70 m；汛期內(nèi)高潮頂時泵站開啟水位為2.90 m,關(guān)泵水位為2.50 m。

3.1.3 驗證計算

2007 年8 月17 日～22 日,受9號臺風(fēng)“圣帕”影響,浙江省的溫州、臺州、麗水3市17縣240個鄉(xiāng)鎮(zhèn)198萬人受災(zāi)。江西垟平原普降暴雨,又遇天文大潮汛期,整個流域江河水位猛漲,靈溪、麻步、蕭江等鎮(zhèn)一片汪垟,內(nèi)澇情況嚴(yán)重,104國道等道路基本全線癱瘓。

經(jīng)分析,該場暴雨降水量集中、強度大,內(nèi)河水位高,鰲江高潮位與降水雨峰幾乎同時出現(xiàn),比較符合本流域洪澇災(zāi)害實際情況。其中,實測一日降雨為238.5 mm,三日降雨為386.6 mm,埭頭站實測洪峰流量為2450 m3/s,鰲江三天最高潮位為5.18 m。

同時也針對該場臺風(fēng)中的江西垟平原各點受澇情況進行詳細(xì)調(diào)查,現(xiàn)場調(diào)查照片見圖2。

圖2 蕭江鎮(zhèn)塘河橋附近

江西垟平原內(nèi)設(shè)有靈溪水位站,本次就實測水位、計算水位、調(diào)查水位進行對比,成果見表4。

表4 江西垟洪水驗證成果表

洪水演進計算表明：計算洪水位過程線靈溪站實測水位符合較好,最大水位差值為0.02 m～0.03 m,說明本計算模型比較符合江西垟平原的實際情況,可以用于排澇工程計算。

3.2 閘泵布局比選

計算方法采用3.1計算模型,根據(jù)各泵站特性,擬定主要泵站比較方案見表5。

表5 排澇泵站比較方案表

各方案水利計算成果見表6。

表6 泵站不同規(guī)模代表點水利計算成果

根據(jù)以上計算成果可知：

（1）隨著總泵站流量的增加,片區(qū)洪澇水位逐漸降低。方案二相對方案一,沿山內(nèi)河沿程水位下降7 cm～10 cm,滬山內(nèi)河沿程水位下降0～10 cm,蕭江塘河沿程水位下降1 cm～10 cm；方案三相對方案二,沿山內(nèi)河沿程水位下降4 cm～8 cm,滬山內(nèi)河沿程水位下降0～9 cm,蕭江塘河沿程水位下降1 cm～11 cm。

（2）滬山內(nèi)河和蕭江塘河水位變動區(qū)主要位于河道中下游,對上游影響不大,因此隨泵站規(guī)模加大,靈溪鎮(zhèn)水位變化不大,麻步鎮(zhèn)水位下降6 cm和7 cm,蕭江鎮(zhèn)水位下降12 cm和8 cm。

（3）結(jié)合區(qū)域地形,方案一蕭江鎮(zhèn)難以滿足設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),方案二基本能滿足設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),方案排澇效果最好,故泵站規(guī)模布局按照方案二進行。

3.3 實施后各頻率澇水位參數(shù)

實施后各頻率澇水位參數(shù)見表7。

表7 主要代表點水位計算成果表

采取上述保留農(nóng)田約6.10 萬畝、水域面積不減少、滬山內(nèi)河治理、新建泵站及水閘等措施后,保留了平原調(diào)蓄能力,增大了河道與水閘排水流量,有效增加泵站強排能力,因此,可以降低河道最高水位和縮短排水時間。

（1）10 年一遇平原河道下游最高水位3.90 m,20 年一遇平原下游河道最高水位4.12 m～4.20 m；低于城鎮(zhèn)代表地坪高程4.50 m,滿足內(nèi)河水位不超過地坪高程的排澇要求。

（2）20 年一遇工況下,各區(qū)域最高水位可有效降低0.20 m～0.30 m,其鎮(zhèn)區(qū)基本不受淹,田面一般淹沒時間從49 h降至 8 h～30 h。

4 結(jié)語

江西垟平原排澇既受到鰲江干流高水位的影響,又受流域內(nèi)山區(qū)主要支流為洛溪、鳳溪、仙塘溪、狀元溪等洪峰影響。故在泵站布局過程必須考慮到泵站流量、各個代表點及鄉(xiāng)鎮(zhèn)水位之間的關(guān)系,通過實際的情況進行分析計算優(yōu)化比較,進而落實到項目建設(shè),才能真正提高區(qū)域排澇能力標(biāo)準(zhǔn),從而滿足江西垟平原排澇20年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。