湖南省洞庭湖堤垸區(qū)實(shí)用性洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制

宋 平 鄭 穎 于思洋（.湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 40007；.湖南省防汛抗旱指揮部辦公室 長沙市 40007）

湖南省洞庭湖堤垸區(qū)實(shí)用性洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制

宋 平1鄭 穎1于思洋2
（1.湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007；2.湖南省防汛抗旱指揮部辦公室 長沙市 410007）

在分析洞庭湖區(qū)地理特征、洪水特性基礎(chǔ)上，提出了采用水位作為洪水量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以簡化外河洪水分析，采用同一潰口多個(gè)進(jìn)洪流量以盡量彌補(bǔ)潰口寬度不確定性影響的洞庭湖堤垸區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制方案，并在提交基本圖件成果基礎(chǔ)上，繪制了堤垸區(qū)特征點(diǎn)進(jìn)洪歷時(shí)～水深關(guān)系曲線、進(jìn)洪歷時(shí)～災(zāi)損關(guān)系曲線，豐富了防汛搶險(xiǎn)決策依據(jù)信息。編制成果對(duì)指導(dǎo)實(shí)時(shí)防汛搶險(xiǎn)具有較好的實(shí)用性。

洞庭湖 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖 洪水標(biāo)準(zhǔn) 潰口流量 防汛搶險(xiǎn)

1 區(qū)域概況

1.1 自然地理

洞庭湖區(qū)是指長江荊江河段以南，湘、資、沅、澧四水尾閭控制站以下，高程在50 m以下跨湘、鄂兩省的廣大平原、湖泊水網(wǎng)區(qū)，湖區(qū)總面積19 195 km2，其中天然湖泊面積約2 625 km2，受堤防保護(hù)面積15 152 km2【1】。

洞庭湖地勢(shì)整體上呈西高東低的趨勢(shì)。廣大的洞庭湖沖積平原為水系堤防所分割，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅湖南省洞庭湖區(qū)千畝以上堤垸就有215個(gè)。單個(gè)堤垸的面積不大，垸內(nèi)地勢(shì)平坦開闊，高差起伏不大，平均地面高程與洪水位之差一般在6 m以上。

1.2 河流水系

洞庭湖水系主要由湘江、資水、沅江、澧水四大水系和長江松滋口、太平口、藕池口、調(diào)弦口（1958年冬封堵）三口分流水系組成，還有汩羅江、新墻河等支流入?yún)R。河湖之間又有串河、洪道溝通，水系錯(cuò)綜復(fù)雜，為典型的平原水網(wǎng)區(qū)?，F(xiàn)在洞庭湖分西、南、東三個(gè)湖泊，洪水時(shí)洪道、湖泊連成一片，水流相互頂托干擾。見圖1。

圖1 洞庭湖水系圖

2 洞庭湖區(qū)洪水特征

（1）洪水歷時(shí)長。洞庭湖來水條件復(fù)雜，出口又受長江洪水的頂托影響，高洪水位持續(xù)時(shí)間長達(dá)半年之久，如岳陽城陵磯七里山站，1998年實(shí)測(cè)最高水位為35.94 m，超32 m水位持續(xù)時(shí)間達(dá)84 d，超33 m水位達(dá)78d。

（2）洪水位高。洞庭湖沖積平原區(qū)地勢(shì)低平，洪水期外河洪水位一般高出堤垸內(nèi)地面平均高程6 m以上，受江湖關(guān)系變化影響，洞庭湖區(qū)洪水位逐年抬升。在相同流量條件下保留80年代洞庭湖的水位比荊江裁彎前（1966～1972年）系統(tǒng)抬高（1.25～2.19）m；20世紀(jì)90年代又比80年代抬高（0.57～0.64）m[2]。

（3）洪水流量及洪量大。根據(jù)洞庭湖出口城陵磯（七里山）站統(tǒng)計(jì)，洞庭湖歷年最大出湖洪峰流量為43 900 m3/s，多年平均洪峰流量為27 600 m3/s。多年平均最大 3 d、7 d、10 d、15 d、30 d洪量分別為70，157，217，309，544億m3[1，3]。

3 洪水分析方案設(shè)置

3.1 設(shè)計(jì)洪水

洞庭湖區(qū)堤垸設(shè)計(jì)洪水一直沿用水利部水總規(guī)[1997]58號(hào)文“關(guān)于報(bào)送《洞庭湖區(qū)綜合治理近期規(guī)劃報(bào)告》審查意見的報(bào)告”中明確的“東南洞庭湖及藕池河系仍按1954年實(shí)測(cè)最高洪水位，西洞庭湖及松滋、太平水系以解放以來至1991年實(shí)測(cè)最高洪水位為設(shè)計(jì)水位”。

該次洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制對(duì)于外河洪水量級(jí)，沿用洞庭湖區(qū)一貫方式，以水位表征洪水量級(jí)。洪水分析采用堤防設(shè)計(jì)水位和歷史最高水位兩種量級(jí)。

由于洞庭湖洪水歷時(shí)長，洪量大，采用特征水位作為設(shè)計(jì)洪水，客觀反映了洞庭湖洪水特點(diǎn)。

3.2 堤垸潰決方案

3.2.1 潰口位置設(shè)置

潰口位置根據(jù)對(duì)保護(hù)區(qū)影響較大和各種不利情況的組合，綜合考慮堤防險(xiǎn)工情況、堤垸內(nèi)現(xiàn)狀地物阻隔情況、歷史潰口情況等設(shè)置。

對(duì)于蓄滯洪區(qū)，還應(yīng)考慮規(guī)劃或已建分洪口門主動(dòng)分洪情況。

以共雙茶蓄洪垸為例：共雙茶垸內(nèi)有兩條間堤，分別為共雙間堤和茶雙間堤，將共雙茶垸分成共華垸片、雙華垸片、茶盤洲片?？紤]到各分片的堤防阻隔作用，在各分片各設(shè)置一處被動(dòng)潰口。潰口位置擬定時(shí)，先對(duì)各分片堤防險(xiǎn)工和歷史潰口進(jìn)行了調(diào)查，并與當(dāng)?shù)胤姥床块T進(jìn)行了協(xié)商與溝通，初步擬定西華電排下、東南拐和八形叉（1996年潰決）三處被動(dòng)潰口。

附表 擬定被動(dòng)潰口基本情況表 m

共雙茶垸主動(dòng)分洪口門位于鲇魚下，規(guī)劃為12孔單寬24m的分洪閘[5]。

共雙茶垸分洪潰口位置見圖2。

圖2 共雙茶垸分洪口及潰口分布圖

3.2.2 潰口流量設(shè)置

由于堤防潰口寬度影響因素非常復(fù)雜，與河道寬度、堤防地質(zhì)條件、洪水位高低、洪水特性（場次洪水歷時(shí)）、堤垸大?。ㄓ绊懛趾闅v時(shí)從而影響潰口沖刷時(shí)間）等因素相關(guān)。從洞庭湖歷史潰口調(diào)查情況來看，萬畝以上堤垸單處潰口寬度從幾十米到五百多米不等，四水尾閭及四口河系地區(qū)潰口寬度以（50～300）m居多，臨湖堤防潰口寬度要寬一些，最大寬度達(dá) 564 m。總體上潰口寬度具有較大的隨機(jī)性。

為了盡可能全面地反映未來潰決事件發(fā)生后的堤垸區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)信息，以增強(qiáng)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖實(shí)用性，對(duì)于洞庭湖區(qū)四水、四口尾閭及洞庭湖洪道，以理論計(jì)算潰口寬度對(duì)應(yīng)的潰洪流量為基礎(chǔ)，并考慮潰口寬度具有一定的隨機(jī)性，在理論潰洪流量附近等差設(shè)置四個(gè)進(jìn)洪流量級(jí)進(jìn)行洪水分析。由于洞庭湖水位變化緩慢，采用恒定流量對(duì)分析計(jì)算成果影響不大。

仍以共雙茶垸為例，共雙茶垸北臨赤磊洪道，東、西、南面均為洞庭湖大水域。

對(duì)于共雙茶垸北面赤磊洪道西華電排潰口，《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)細(xì)則》推薦的潰口寬度計(jì)算公式如下：

式中 Bb——潰口寬（m）;

B——河寬（m）。

西華電排潰口處河寬340 m，計(jì)算潰口寬度180 m。

理論潰口寬度對(duì)應(yīng)的潰洪流量按寬頂堰公式計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中 m——自由溢流的流量系數(shù)；

σ——淹沒系數(shù)；

Qb——潰決口處出流（m3/s）；

Z——決口處河道水位（m）；

Zb——潰口底部高程（m）；

B——潰口寬度（m）。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)水位潰口流量2 572 m3/s，歷史最高水位潰口流量3 990 m3/s。以此流量為基礎(chǔ)，按潰口進(jìn)洪流量1 500 m3/s、2 500 m3/s、3 500 m3/s、4 500 m3/s等差設(shè)置4個(gè)進(jìn)洪流量級(jí)進(jìn)行洪水分析。其中設(shè)計(jì)水位條件下對(duì)應(yīng)進(jìn)洪流量1 500 m3/s和3 500 m3/s，歷史最高水位對(duì)應(yīng)進(jìn)洪流量2 500 m3/s和4500 m3/s。

對(duì)于臨湖堤防潰口寬度，因無理論計(jì)算公式，參照調(diào)查到的1996年共雙茶垸八形汊潰口（調(diào)查流量6 400 m3/s）及錢糧湖垸潰口（調(diào)查流量約7 500 m3/s）進(jìn)洪流量級(jí)進(jìn)行設(shè)置?？紤]潰口寬度具有一定的隨機(jī)性，按2 000 m3/s、4 000 m3/s、6 000 m3/s、8 000 m3/s等差設(shè)置4個(gè)進(jìn)洪流量級(jí)進(jìn)行洪水分析。其中設(shè)計(jì)水位條件下對(duì)應(yīng)進(jìn)洪流量2 000 m3/s和6 000 m3/s，歷史最高水位對(duì)應(yīng)進(jìn)洪流量4 000 m3/s和8 000 m3/s。

4 成果及其在防汛搶險(xiǎn)決策中的應(yīng)用

湖南省洞庭湖堤垸區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制主要應(yīng)用成果包括每個(gè)方案的淹沒水深分布圖、洪水前鋒到達(dá)時(shí)間圖、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移圖（每個(gè)潰口一張）、洪災(zāi)損失、特征點(diǎn)進(jìn)洪歷時(shí)～水深關(guān)系曲線、進(jìn)洪歷時(shí)～災(zāi)損關(guān)系曲線（見圖3）。由于洞庭湖洪水歷時(shí)較長，淹沒歷時(shí)圖實(shí)際意義不大，對(duì)此成果沒有要求。

圖3 進(jìn)洪歷時(shí)～洪災(zāi)損失曲線示例圖

上述成果為防汛搶險(xiǎn)決策提供了豐富的信息，對(duì)于緊急情況下的決策更具有實(shí)際指導(dǎo)作用。

對(duì)于未來相近潰決條件的突發(fā)潰垸情況，利用淹沒水深分布圖，可以大致確定撤退轉(zhuǎn)移的范圍；利用洪水前鋒到達(dá)時(shí)間圖，大致確定緊急撤退時(shí)間及批次，撤退轉(zhuǎn)移方向；利用災(zāi)害損失信息，與其他堤垸潰決情況相比，可以做出保與棄的決策；利用特征點(diǎn)進(jìn)洪歷時(shí)～水深關(guān)系曲線、進(jìn)洪歷時(shí)～災(zāi)損關(guān)系曲線，決定搶險(xiǎn)力度及投入，以及潰決一段時(shí)間后后續(xù)搶險(xiǎn)必要性（在某個(gè)時(shí)間拐點(diǎn)之前，災(zāi)害損失持續(xù)增加，則持續(xù)全力搶險(xiǎn)，某個(gè)時(shí)間拐點(diǎn)后，災(zāi)害損失已變化不大，則無繼續(xù)搶險(xiǎn)必要）。

由于每個(gè)潰口分析了4個(gè)流量級(jí)方案，方案較多，如果未來實(shí)際潰垸洪水潰決條件（潰口位置、外河水位、潰口流量）與已分析方案不同，可以采用直接借鑒、內(nèi)插外延等方法從已編制方案成果中獲取相應(yīng)洪水風(fēng)險(xiǎn)信息，從而為防汛搶險(xiǎn)決策提供依據(jù)。

5 結(jié) 語

洞庭湖洪水歷時(shí)長、水量大、來水條件復(fù)雜，采用不同特征水位作為洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制方案的洪水量級(jí)，符合洞庭湖區(qū)實(shí)際情況且簡化了外河洪水分析；方案設(shè)置上每個(gè)分片均設(shè)置潰口，更全面地考慮了未來可能的潰決情況；每個(gè)潰口設(shè)置多個(gè)進(jìn)洪流量級(jí)方案，更多的反映了潰口寬度的隨機(jī)性。編制成果增加了特征點(diǎn)進(jìn)洪歷時(shí)～水深關(guān)系曲線、進(jìn)洪歷時(shí)～災(zāi)損關(guān)系曲線，為防汛搶險(xiǎn)決策提供了更豐富的信息和依據(jù)。

[1]聶芳容.洞庭湖——演變、治理與綜合開發(fā)[M].長沙：湖南人民出版社，2013.

[2]盧承志.洞庭湖水利規(guī)劃文集[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[3]湖南省政協(xié)經(jīng)濟(jì)科技委員會(huì).三峽工程與洞庭湖關(guān)系研究[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[4]中國水利水電科學(xué)研究院.洞庭湖治理及松滋口建閘關(guān)鍵技術(shù)研究專題——新水沙條件下長江與洞庭湖湖江湖關(guān)系變化研究初步成果[R].2013.

[5]長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.洞庭湖區(qū)錢糧湖、共雙茶、大通湖東垸蓄洪工程分洪閘工程可行性研究報(bào)告[R].2010.

2016-06-14）

宋平（1975-），男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電規(guī)劃工作，E-mail:Sonping@126.com。