滯洪區(qū)調(diào)控對浦陽江尖瘦型洪水過程水位的影響

張鴻清，包中進(jìn)， 王自明

(1.浙江省水利河口研究院，杭州 310020；2.浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州 310058)

0 引 言

浦陽江是錢塘江水系的一條重要支流[1,2]，受江道狹窄曲折影響，流域歷史上曾洪水泛濫成災(zāi)[3-5]。對新中國成立以來浦陽江幾次大的洪水過程作了分析，洪峰形態(tài)大致上可劃分為尖瘦型和寬胖型兩種，以尖瘦型居多，且歷史上洪水持續(xù)時間一般為3天左右。浦陽江流域治理一貫堅(jiān)持“上蓄、中分、下泄”原則[6]。但在2011年梅雨洪水中，流域暴露出了“上蓄不夠、中分難分、下泄不暢”的新問題。

位于諸暨市的高湖蓄滯洪區(qū)[7]是流域洪水“中分”的唯一大型防洪工程，它對保障浙贛鐵路和諸暨城區(qū)及下游農(nóng)田、人民的生命財(cái)產(chǎn)安全等方面起到巨大作用。但經(jīng)50多年的變遷，分洪區(qū)啟用決策日益艱難，運(yùn)用方式整體與新的防洪形勢不相適應(yīng)，已出現(xiàn)多次達(dá)到分洪標(biāo)準(zhǔn)而未能啟動的現(xiàn)象。同時，高湖蓄滯洪區(qū)位于浦陽江分汊河道東江的雙潭江位置，分洪前后浦陽江沿程各河段水動力及洪水位將發(fā)生變化，影響覆蓋范圍較廣泛，為一個非常復(fù)雜的流域性防洪減災(zāi)工程。因此，探討典型洪水時期在不同泄洪總量和泄洪方式作用下浦陽江沿程洪水位變化過程，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化滯洪區(qū)洪水調(diào)度模式的目的。目前，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算錢塘江流域洪水方面的研究已有一系列成果[8-10]。本文選擇1999年“6.18”(諸暨洪峰為850 m3/s，洪水時段為6月17-19日)浦陽江尖瘦型洪水過程作為典型過程，通過建立浦陽江二維水動力模型，探討高湖泄洪總量為2 500、1 500、500 萬m3時，高湖滯洪閘壩以“先增后減”、“均勻變化”、“逐漸減小”運(yùn)行方式下浦陽江沿程洪水位變化過程，為優(yōu)化高湖泄洪閘的調(diào)控方式提供指導(dǎo)。

1 數(shù)學(xué)模型建立及驗(yàn)證

1.1 模型建立

本文利用DHI研制的mike21水動力模塊[11-13]，構(gòu)建浦陽江流域二維水動力模型，其模型范圍及計(jì)算網(wǎng)格分別見圖1和圖2。數(shù)學(xué)模型的入口邊界設(shè)在浦陽江的綄沙橋和楓橋江[14]的駱家橋，出口邊界設(shè)在高湖滯洪閘壩和三江口。其中，浦陽江綄沙橋和楓橋江駱家橋?yàn)榱髁窟M(jìn)口邊界，高湖滯洪閘壩為流量出口邊界，三江口為水位邊界。綄沙橋和駱家橋分別采用諸暨站和楓橋站實(shí)測流量資料，高湖滯洪閘壩的出口流量邊界根據(jù)泄洪總量確定，三江口的出口水位邊界采用離浦陽江出口2.5 km的聞家堰站實(shí)測水位。

圖1 計(jì)算區(qū)域Fig.1 Calculation area

1.2 邊界條件

本文選擇1999年“6.18”(諸暨洪峰為850 m3/s)洪水過程作為研究時段。因此，綄沙橋和駱家橋的流量邊界采用1999年6月17日零時-6月20日零時諸暨站和楓橋站的實(shí)測流量過程，下游邊界采用1999年6月17日零時-6月20日零時聞家堰站的實(shí)測水位過程。而在高湖不同泄流總量時，假定三種泄洪方式作用下閘壩的出口流量線性過程分別如圖3。

圖2 計(jì)算網(wǎng)格Fig.2 Grid partitioning of calculation area

圖3 閘壩在三種泄洪方式作用下的出口流量過程線Fig.3 Outlet flow process line of gate dam under three kinds of flood discharge methods

1.3 模型驗(yàn)證

采用2011年6月13-21日洪水期各邊界實(shí)測資料(高湖出口流量為0 m3/s)對模型進(jìn)行洪水位驗(yàn)證。洪水期間諸暨站實(shí)測洪峰流量為1 050 m3/s，浦陽江沿程臨浦、湄池和諸暨的驗(yàn)證成果見圖4。由圖可知，最高洪水位誤差控制在4 cm以內(nèi)，且計(jì)算和實(shí)測洪水位過程變化規(guī)律基本一致，表明模型率定參數(shù)基本合理，可用于浦陽江洪水位變化的分析研究。

圖4 2011年6月中旬洪水期諸水位過程線Fig.4 The hydrograph of discharge in flood period of mid-June 2011

2 計(jì)算結(jié)果及分析

在浦陽江流域沿程選取10個典型位置點(diǎn)，探討高湖不同泄洪總量和不同泄洪方式組合對浦陽江各典型位置點(diǎn)洪水位變化過程的影響，計(jì)算結(jié)果如圖5～圖7。圖5為尖瘦型洪水在高湖泄洪總量500 萬m3時3種泄洪方式作用下浦陽江典型位置洪水位變化過程曲線圖。

由圖5可知，①在3種泄洪方式作用下，流域各典型位置的洪水位過程曲線變化規(guī)律基本一致；②上游～湄池河段各典型位置點(diǎn)在“先增后減”泄洪方式作用下各區(qū)域洪峰水位值均最小，而其他兩種泄洪方式作用下的洪峰水位值相等。其中，“先增后減”泄洪方式作用下{太平橋、茅渚埠、新亭埠、姚公埠、高湖分洪口、五浦頭、墨城電排、草江口、湄池}與其他兩種泄洪方式間的洪峰水位差值分別為{0.04、0.04、0.03、0.02、0.06、0.04、0.02、0.02、0.01 m}。然在浦陽江下游的臨浦，3種泄洪方式作用下的洪峰水位差值一致；③浦陽江各典型位置點(diǎn)在3種泄洪方式作用下的洪峰達(dá)到時間均一致，且越靠下游，洪峰時間越延后。

圖6為尖瘦型洪水在高湖泄洪總量1 500 萬m3時三種泄洪方式作用下浦陽江典型位置洪水位過程變化曲線圖。由圖6可知。

(1)在整個洪水過程中，流域上游～湄池河段各典型位置點(diǎn)的洪水位變化曲線均呈現(xiàn)以下特征：洪水第一日為低洪水位時段，3種泄洪方式作用下洪水位高低排序?yàn)椤跋仍龊鬁p”>“均勻變化”>“逐漸減小”。洪水第二日為高洪水位時段，洪水位高低排序?yàn)椤熬鶆蜃兓?“逐漸減小”> “先增后減”，即高湖閘壩以“先增后減”方式運(yùn)行較其他兩種方式能有效地降低東、西江在高洪水位時段的水位。在洪水第三日，洪水位逐漸降低，且各泄洪方式作用下洪水位高低的排序?yàn)椤爸饾u減小”> “先增后減” >“均勻變化”，即在防洪排澇的最終成效方面，“均勻變化”方式優(yōu)于其他兩種方式。而在浦陽江下游的臨浦，3種泄洪方式作用下洪水位曲線變化過程基本重合。

(2)流域上游～湄池各典型位置點(diǎn)在3種泄洪方式作用下洪峰水位均較前述高湖泄洪總量500 萬m3工況有所減小。同時，“先增后減”泄洪方式與其他兩種泄洪方式間的洪峰水位差值較前述高湖泄洪總量500 萬m3時均有所增大。其中，太平橋、茅渚埠、新亭埠、姚公埠、高湖分洪口、五浦頭、墨城電排、草江口、湄池洪峰水位差值分別為0.10、0.12、0.11、0.07、0.18、0.11、0.08、0.03、0.02 m。然在浦陽江下游的臨浦，3種泄洪方式作用下的洪峰水位差值均與前述高湖泄洪總量500 萬m3工況時的洪峰水位值一致。

(3)與前述高湖泄洪總量500 萬m3工況相比，流域上游～湄池各典型位置點(diǎn)在“均勻變化”泄洪方式作用下不同區(qū)域洪峰達(dá)到時間保持不變，且洪峰達(dá)到時間均不滯后于其他兩種泄洪方式的；在西江河段，“逐漸減小”泄洪方式作用下的洪峰達(dá)到時間要滯后0～2 h，而“先增后減”泄洪方式則保持不變；在東江河段，“逐漸減小”和“先增后減”泄洪方式作用下的洪峰達(dá)到時間均滯后0～10 h；而在浦陽江下游的臨浦，3種泄洪方式作用下區(qū)域洪峰達(dá)到時間均無變化。

圖5 泄洪總量為500 萬m3時3種泄洪方式作用下各典型位置洪水位變化過程Fig.5 The hydrograph of discharge of typical locations under three kinds of flood discharge methods when total flood discharge of Gaohu is 500 Million m3

圖6 泄洪總量為1 500 萬m3時3種泄洪方式作用下各典型位置洪水位變化過程Fig.6 The hydrograph of discharge of typical locations under three kinds of flood discharge methods when total flood discharge of Gaohu is 1 500 Million m3

圖7 泄洪總量為2 500 萬m3時3種泄洪方式作用下各典型位置洪水位變化過程Fig.7 The hydrograph of discharge of typical locations under three kinds of flood discharge methods when total flood discharge of Gaohu is 2 500 Million m3

圖7為尖瘦型洪水在高湖泄洪總量2 500 萬m3時3種泄洪方式作用下浦陽江典型位置洪水位過程變化曲線圖。由圖7可知：

(1)與前述高湖泄洪總量1 500 萬m3工況相比，上游～湄池河段各典型位置點(diǎn)在洪水第二日“先增后減”泄洪方式以及洪水第三日“均勻變化”泄洪方式與其他兩種泄洪方式作用下洪水位曲線間距均有所增大。

(2)上游～湄池河段各典型位置點(diǎn)在“先增后減”泄洪方式作用下的洪峰水位與其他兩種泄洪方式間的差值較前述高湖泄洪總量1 500 萬m3時也進(jìn)一步增大，即“先增后減”方式對東、西江在高洪水位時段水位的降低作用進(jìn)一步增強(qiáng)。其中，{太平橋、茅渚埠、新亭埠、姚公埠、高湖分洪口、五浦頭、墨城電排、草江口、湄池}洪峰水位差值分別為0.17、0.18、0.16、0.05、0.27、0.18、0.09、0.06、0.05 m。同時，在防洪排澇的最終成效方面，“均勻變化”方式的優(yōu)勢也進(jìn)一步增強(qiáng)。然在浦陽江下游的臨浦，3種泄洪方式作用下的洪峰水位差值均與前述高湖泄洪總量1 500 萬m3工況時的洪峰水位值一致。

(3)與前述高湖泄洪總量1 500 萬m3工況相比，在西江河段，各典型位置點(diǎn)在3種泄洪方式作用下的洪峰達(dá)到時間均不變；在東江河段，各典型位置點(diǎn)在“逐漸減小”、“均勻變化”、“先增后減”泄洪方式作用下的洪峰達(dá)到時間分別滯后0～8、0～8、0～12 h。從總體來看，3種泄洪方式對該流域洪峰時間的滯后作用排序?yàn)椋骸跋仍龊鬁p”>“逐漸減小”>“均勻變化”。有關(guān)部門可根據(jù)工程對洪峰達(dá)到時間早晚的需要，選擇不同的泄洪方式運(yùn)行。而在浦陽江下游的臨浦，3種泄洪方式作用下區(qū)域洪峰達(dá)到時間仍無變化。

3 結(jié) 語

本文通過建立二維水動力模型，選擇浦陽江1999年6月17-19日作為研究時段，探討了浦陽江尖瘦型洪水過程中高湖不同泄洪總量和泄洪方式作用對浦陽江沿程洪水位的影響，得到以下結(jié)論：

(1)流域上游～湄池河段各典型位置點(diǎn)在3種泄洪方式作用下洪峰水位均隨著高湖泄洪總量的增大而降低，且高湖不同泄洪總量工況下“先增后減”泄洪方式的洪峰水位均最低。當(dāng)高湖泄洪總量大于1 500 萬m3時，洪水第二日“先增后減”泄洪方式以及洪水第三日“均勻變化”泄洪方式作用下洪水位曲線均位于其他兩種泄洪方式的下方，且間距均隨泄洪總量的增大而增大，也即“先增后減”方式運(yùn)行較其他兩種方式能有效地降低東、西江在高洪水位時段的水位，在防洪排澇的最終成效方面，“均勻變化”方式則優(yōu)于其他兩種方式。并且，隨著泄洪總量的增大，兩種泄洪方式的優(yōu)勢更明顯；

(2)與高湖泄洪總量為500 萬m3時相比，當(dāng)高湖泄洪總量大于1 500 萬m3時，“逐漸減小”泄洪方式對西江的洪峰時間能滯后0～2 h，而其他兩種泄洪方式則無影響。而在東江，3種泄洪方式對該流域洪峰時間的滯后作用排序?yàn)椋骸跋仍龊鬁p”>“逐漸減小”>“均勻變化”，且3種泄洪方式對洪峰時間滯后作用隨高湖泄洪總量的增大而增強(qiáng)。有關(guān)部門可根據(jù)工程對洪峰達(dá)到時間早晚的需要，選擇不同的泄洪方式運(yùn)行；

(3)在浦陽江下游的臨浦，高湖不同泄洪方式與泄洪總量組合并不影響該位置的洪水位變化過程、洪峰水位值以及洪峰到達(dá)時間。

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