入海江河泄洪閘、擋潮閘的設(shè)計洪水位分析計算

李勇泉

（福建省漳州市水利水電勘測設(shè)計研究院，福建漳州 363000）

入海江河泄洪閘、擋潮閘的設(shè)計洪水位分析計算

李勇泉

（福建省漳州市水利水電勘測設(shè)計研究院，福建漳州 363000）

通過福建省龍海市南溪下游河道整治工程、晉江市金井溪河道整治工程，對入?？谄鹗妓坏倪x定及潮水與洪水組合選擇進(jìn)行分析，了解到入海江河潮汐對洪水的頂托影響，以引起對感潮段設(shè)計洪水位計算方法的科學(xué)應(yīng)用和重視。

入海江河；泄洪閘；感潮；潮洪組合；起始水位；設(shè)計潮型；設(shè)計水位

1 存在的問題

福建省沿海入海江河下游水利工程的實際洪水位經(jīng)常超出設(shè)計洪水位，沿海擋潮閘下淤積的主要原因是建閘后上游徑流量減少、落潮歷時延長、流速減弱、潮流量變小、潮波變形、潮汐水道變化和圍墾不當(dāng)?shù)?，閘下淤積影響了工程效益的充分發(fā)揮；另一很重要原因是設(shè)計洪水位計算不夠合理。本文主要分析設(shè)計洪水位的計算方法對工程的影響，通過兩例實際工程設(shè)計洪水位計算的分析，對一般工程的設(shè)計洪水位計算問題展開討論，以期對類似工程有所借鑒［1］。

2 南溪橋閘下游河道整治工程洪水位計算

2.1 現(xiàn)狀

南溪位于福建省南部，屬九龍江支流，流域面積660km2，流經(jīng)平和、漳浦、龍海3個市縣，南溪橋閘位于南溪流域南溪河口上游18km處河段。

解放后，每逢影響大的臺風(fēng)暴雨，南溪流域多發(fā)生洪水，1959—1963年曾連續(xù)發(fā)生洪水5次，以1960年“6.9”洪水損失為大，良田受淹數(shù)千公頃，房屋倒塌近千間，糧食損失數(shù)萬擔(dān)，傷亡百余人。

進(jìn)入21世紀(jì)后，發(fā)生了歷史最大洪水。2006年5—7月，1號強(qiáng)臺風(fēng)“珍珠”、4號強(qiáng)熱帶風(fēng)暴 “碧利斯”和5號超強(qiáng)臺風(fēng)“格美”先后來襲，給南溪流域帶來大暴雨和特大暴雨，南溪橋閘上游水位達(dá)5.89m，超橋閘100a一遇校核洪水位（原設(shè)計4.18m）1.71m，為歷史最高水位。堤防多處沖塌，程溪的官園村、東泗鄉(xiāng)的碧浦、水滸、漸山等村受淹，官園村水深4m多，堤防決口42處，坍塌74處，龍海市經(jīng)濟(jì)損失1.6億元，歷史罕見。

南溪流域中下游防洪堤各段高低不一，斷面邊坡陡，穩(wěn)定安全系數(shù)小，經(jīng)不起一場較大的洪水來襲。南溪橋閘1965年由龍溪水利電力局設(shè)計，水閘上游校核洪水位4.18m，游潮水位4.4m，確定閘墩頂高程5.00m。應(yīng)橋閘和龍海市水利局及相關(guān)主管部門的要求，對南溪橋閘下游河道的洪水位進(jìn)行重新設(shè)計［2］。

2.2 計算分析成果

南溪橋閘建成于1966年12月，20世紀(jì)80年代以前資料不完整，現(xiàn)有南溪橋閘1980—2006年橋閘上游和1980—2006年橋閘下游年最高位水位觀測資料、白水站1981—2006年、浮宮站1970—2006年年最高觀測水位資料。選取南溪下游浮宮大橋斷面作為南溪下游河道水面線計算起始斷面，起始水位以浮宮大橋觀測潮位作為設(shè)計依據(jù)。據(jù)浮宮大橋1970—2006年共37a實測年最高潮位資料，進(jìn)行頻率曲線分析計算，成果如下：

根據(jù)浮宮大橋?qū)崪y潮位資料分析，浮宮大橋最高潮位由最高天文潮位所產(chǎn)生，依據(jù)洪潮組合原則，可由上游總?cè)肓髁磕骋活l率設(shè)計洪峰流量及浮宮大橋多年平均最高潮位值，即是該頻率浮宮大橋的相應(yīng)起始水位。

根據(jù)推求的各河道設(shè)計洪峰流量、斷面糙率及起始水位資料，按伯努利能量方程式由下往上逐段推求南溪橋閘閘下設(shè)計洪水位。分析復(fù)核設(shè)計成果、原設(shè)計成果與實際發(fā)生洪水比較，原設(shè)計成果明顯偏小甚多（見表1），復(fù)核成果偏大4.74%?？紤]復(fù)核洪水標(biāo)準(zhǔn)略大于碧利斯臺風(fēng)洪水，復(fù)核設(shè)計成果與實際洪水位基本一致。

表1 南溪橋閘閘下洪水位復(fù)核成果 m

2.3 原設(shè)計成果洪水位偏小的影響分析

原設(shè)計按潮水定下游水位，沒有考慮南溪橋閘至河口距離有18km，河道狹窄，遭遇洪水時不可能僅為潮水位，下游水位的抬高影響橋閘泄洪，使得原設(shè)計水閘閘門高度、泄洪凈寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，使得橋閘上游洪水排泄不暢，受災(zāi)頻繁，極大影響上游地區(qū)的社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。根據(jù)本次分析，對南溪水閘的更新改造已迫在眉睫。

3 晉江市金井溪河道整治工程洪水位計算

3.1 現(xiàn)狀

金井溪發(fā)源于福建省晉江市金井鎮(zhèn)新街，流經(jīng)新街、新市、下丙等村莊，于金井鎮(zhèn)的利生橋（下丙橋）匯入下游養(yǎng)殖場港道，經(jīng)9孔攔潮閘注入圍頭灣，金井溪下游出?？跀r潮閘控制流域面積24.1km2，主河道長7.0km，平均坡降1.4‰。

晉江市位于福建省東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，同時也是臺風(fēng)活動頻繁地區(qū)之一，由此造成的臺風(fēng)暴雨、大暴雨，甚至特大暴雨時有發(fā)生；加之流域中上游地處中低山地，暴雨洪水在中上游匯流快，而下游地處平坦低洼的晉南海濱平原，受沿海潮水與晉江洪水的頂托，洪水（澇水）出流不暢，極易造成洪澇災(zāi)害。

1988年10月：受24號臺風(fēng)和9月大潮的共同襲擊，沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)損失嚴(yán)重，金井圍墾海堤決口一處寬80m，堤內(nèi)19.53hm2對蝦養(yǎng)殖場“全軍覆沒”，場內(nèi)設(shè)施遭受嚴(yán)重破壞，損失1799.5萬元，堵口及修復(fù)加固大堤資金371萬元。還有陳埭、東石、英林等鄉(xiāng)鎮(zhèn)海堤都遭受不同程度的破壞。

2000年8月25日第10號臺風(fēng)于8月23日上午在晉江市正面登陸，由于這次臺風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)、范圍廣、移動快、來勢猛，使晉江市遭受嚴(yán)重?fù)p失，金井、鈔岱一帶村莊基本受淹，金井龍蝦養(yǎng)殖場管理房42座被毀、損失74萬元。應(yīng)晉江市水利局及相關(guān)主管部門的要求，對金井溪下游港道擋潮閘閘前設(shè)計洪水位進(jìn)行重新設(shè)計。

3.2 擋潮閘閘前洪水位計算

3.2.1 設(shè)計潮型分析

金井溪由下游的養(yǎng)殖場港道經(jīng)9孔攔潮閘流入圍頭灣，下游為感潮河段，其水位受河口外海潮位影響，由于圍頭灣無長系列實測的潮位資料，因此圍頭灣的設(shè)計潮位采用附近的崇武潮位站潮位分析成果。

根據(jù)福建省沿海潮汐統(tǒng)計分析：泉州海域?qū)俚湫偷陌肴粘眳^(qū)，潮型呈比較規(guī)律的漲潮6h、落潮6h，每日兩個周期。以崇武站1956年以來潮位系列資料（其中1993年和1994年缺測）年最高潮水位進(jìn)行排頻計算，按P—Ⅲ線型進(jìn)行適線分析，求得崇武站年最高潮水位頻率曲線成果為：多年平均年最高潮水位為3.73m，變差系數(shù) Cv＝0.04，Cs／Cv＝19.0；按極值Ⅰ型統(tǒng)計分析，成果為：多年平均年最高潮水位為3.73m，均方差S＝0.247。崇武站潮位一般采用極值Ⅰ型統(tǒng)計分析成果，崇武站年最高潮位設(shè)計成果：

通過對崇武潮水位站資料分析，選擇實際發(fā)生過接近多年平均高潮水位的1977年8月潮位過程線作為典型潮型，對選用的典型潮水位過程線進(jìn)行放大修正，從而確定外海潮水位過程線。

3.2.2 閘前起始水位分析計算

金井溪經(jīng)過下游養(yǎng)殖場港道于出?？?孔攔潮閘處注入圍頭灣。目前金井溪下游港道在養(yǎng)殖場內(nèi)的河寬較為平順，河寬為40～55m。下游出?？谔幒訉捦蝗辉龃?，最寬處達(dá)210m。出?？谔幍?孔攔潮閘，每孔閘門寬2.8m，閘底高程為－1.87m。本次復(fù)核設(shè)計在工程可行性研究的基礎(chǔ)上，對下游港道進(jìn)行清淤拓寬，增加上游河道作為河川半日型調(diào)節(jié)水庫的調(diào)蓄能力，本次起始水位計算根據(jù)下游整治情況及閘排方式進(jìn)行調(diào)洪計算確定。

由滯洪容積、20a一遇內(nèi)江洪水過程線以及外海多年平均年最高潮水位過程線等，結(jié)合澇區(qū)最高內(nèi)澇限制水位，應(yīng)用水量平衡方程式進(jìn)行蓄水排澇計算，計算中當(dāng)內(nèi)河水位高于外海潮水位時開啟閘門排水，當(dāng)外海潮位高于內(nèi)河水位時關(guān)閉閘門，由此以0.5h為一時段進(jìn)行滑動調(diào)洪試算，選取最不利條件下的排澇流量和內(nèi)江水位作為本次設(shè)計成果（見表2）。其中，水量平衡公式如下：

式中：Q1、Q2為時段初、末入庫流量，m3／s；q1、q2為初段初、末出庫流量，m3／s；V1、V2為時段初、末水庫蓄水量，萬m3。

表2 金井溪（攔潮閘以上）調(diào)洪過程表

3.2.3 調(diào)洪演算分析

由于不同的潮洪組合對調(diào)洪演算結(jié)果影響較大，在以往的多次設(shè)計及研究報告已經(jīng)確定，潮洪組合按設(shè)計洪水和外海多年平均最高潮水位遭遇，因此本次復(fù)核，主要分析外海最高潮位與入庫洪峰流量的不同組合（見表3）對工程的影響。由表3可知，經(jīng)過不同組合的滑動分析計算，選擇峰前潮后1h的組合方式作為設(shè)計依據(jù)對工程的安全是最可靠的，此組合可作為本區(qū)域設(shè)計洪潮組合的一般規(guī)律，可起類似工程參考作用。

表3 金井溪（攔潮閘以上）閘上洪水位復(fù)核成果m

4 結(jié) 語

經(jīng)過以上分析研究和實踐表明，通過對福建九龍江南溪橋閘閘下洪水位復(fù)核成果及福建晉江小流域金井溪（攔潮閘以上）閘上洪水位復(fù)核成果進(jìn)行分析，了解到入海江河潮汐對洪水的頂托影響，進(jìn)一步認(rèn)識和掌握起始水位確定的重要性。同時，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利建設(shè)工程的發(fā)展，認(rèn)識和掌握江河位于感潮河道上潮洪遭遇規(guī)律，對水利工程的設(shè)計起到至關(guān)的作用。

［1］華家鵬，孔令婷.分期限水位和設(shè)計洪水位的確定方法［J］.水電能源科學(xué)，2002，20（01）：21－23.

［2］謝迪泉，余文公.用頻率組合法分析湘潭站設(shè)計洪水位［J］.黑龍江水利科技，2006，34（03）：1－2.

TV122.3

B

1007－7596（2014）08－0085－03

2014－04－08

李勇泉（1979－），男，福建漳州人，工程師，從事水文水資源分析及研究工作。