富水水庫(kù)下泄對(duì)下游防汛形勢(shì)影響研究

何 娟，江焱生，姚黑字，董 葦，翟麗妮

（1.湖北省水利水電科學(xué)研究院，430070，武漢；2.湖北省防汛抗旱辦公室，430070，武漢）

富水水庫(kù)下泄對(duì)下游防汛形勢(shì)影響研究

何 娟1，江焱生2，姚黑字2，董 葦1，翟麗妮1

（1.湖北省水利水電科學(xué)研究院，430070，武漢；2.湖北省防汛抗旱辦公室，430070，武漢）

運(yùn)用降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖方法推求和預(yù)測(cè)富水干流下游場(chǎng)次暴雨洪水過(guò)程，采用陽(yáng)新長(zhǎng)江干堤洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目富水河堤漫溢方案中建立的富水下游干流一維水動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)富水水庫(kù)不同泄洪方案下富水下游干流水位變化情況進(jìn)行分析，研判預(yù)測(cè)時(shí)段富水下游干流防汛形勢(shì)，提出預(yù)測(cè)時(shí)段富水水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用的安全泄量，為防汛決策提供技術(shù)支撐。

水動(dòng)力學(xué)模型；洪水預(yù)報(bào)；洪水風(fēng)險(xiǎn)圖；安全泄量

2016年6月，位于富水上中游的湖北省通山縣遭遇入汛以來(lái)最大暴雨，富水水庫(kù)入庫(kù)流量達(dá)3 460m3/s，是自2000年以來(lái)出現(xiàn)的最大洪峰。同時(shí)，富水下游陽(yáng)新縣也遭遇連續(xù)暴雨襲擊，水位居高不下。29日，富水中上游水庫(kù)水位54.5m （黃海高程，下同），超汛限水位1.4m；下游干流陽(yáng)新站水位19.1m，達(dá)設(shè)防水位并有上漲趨勢(shì)；富池口大閘閘上、閘下水位基本持平，富水出口處受長(zhǎng)江水位頂托，洪水下泄緩慢；水文預(yù)報(bào)未來(lái)5天仍有大到暴雨。防汛形勢(shì)異常緊張，水庫(kù)不泄洪可能危及富水水庫(kù)安全，水庫(kù)泄洪量過(guò)大可能進(jìn)一步加劇富水下游干流河段防洪壓力。

陽(yáng)新長(zhǎng)江干堤洪水風(fēng)險(xiǎn)圖項(xiàng)目是2015年全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目湖北省13個(gè)編制任務(wù)之一，共計(jì)算1998年、1954年及1954年300年一遇洪水量級(jí)下，陽(yáng)新長(zhǎng)江干堤鄧家祠堂潰口、菖湖潰口、半壁山堤潰口及半壁山堤+富水河堤 （陽(yáng)新城區(qū)段）等潰口方案12個(gè)，富水河堤漫溢方案1個(gè)，共計(jì)13個(gè)方案。本次采用陽(yáng)新長(zhǎng)江干堤洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目富水河堤漫溢方案中建立的富水下游干流一維水動(dòng)力學(xué)模型，收集富水流域2016年6月實(shí)測(cè)降雨及富水水庫(kù)下泄過(guò)程對(duì)富水下游河道水位進(jìn)行模擬，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，符合較好。采用氣象部門7月1—6日預(yù)測(cè)降雨量推求區(qū)間洪水，分析富水水庫(kù)不同下泄流量下富水下游干流水位變化，從而確定富水水庫(kù)安全下泄量，為防汛決策提供技術(shù)支撐。

一、項(xiàng)目區(qū)概況

富水干流長(zhǎng)195 km，平均坡降3.1‰，為長(zhǎng)江中下游南岸一級(jí)支流，于陽(yáng)新縣富池口流入長(zhǎng)江。湖北通山縣城以上為上游，通山縣城至富水水庫(kù)大壩為中游，富水大壩至陽(yáng)新縣富池口為下游，富水上游和中游以山區(qū)、丘陵地形為主，下游為平原湖區(qū)。

富水上中游建有富水水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積2 450 km2，總庫(kù)容16.65億m3。富水下游干流（富水水庫(kù)大壩以下）有龍港河和三溪河兩條支流入?yún)R。三溪河上建有王英水庫(kù)，水庫(kù)控制流域面積287.7 km2，總庫(kù)容6.228億m3。富水下游干流控制性外排閘站為富池口大閘和富池口泵站，其中富池口大閘設(shè)計(jì)排水流量3 330m3/s，富池口泵站排水流量200m3/s。為緩解富水下游防洪壓力，富水下游干流還建有網(wǎng)湖、朱婆湖分蓄洪區(qū)，其中網(wǎng)湖分洪滅螺控制閘分洪流量為1 000m3/s，設(shè)計(jì)分洪水位21.5m，朱婆湖分蓄洪區(qū)分洪流量634.3m3/s，設(shè)計(jì)進(jìn)洪水位21.3m。

二、研究方法

分析富水水庫(kù)下泄對(duì)富水下游防汛形勢(shì)的影響，一是要做到準(zhǔn)確的洪水預(yù)報(bào)，即根據(jù)已經(jīng)發(fā)生的雨情、水情以及富水流域降雨徑流和洪水規(guī)律，預(yù)報(bào)即將出現(xiàn)的洪水情況；二是要做到精確的水動(dòng)力學(xué)模擬，即構(gòu)建富水下游干流一維水動(dòng)力學(xué)模型，率定模型參數(shù)，概化合理的邊界條件。

1.洪水預(yù)報(bào)

（1）產(chǎn)流計(jì)算方法

確定實(shí)測(cè)或預(yù)測(cè)時(shí)段降雨量，對(duì)流域內(nèi)共39年的年同時(shí)段雨量進(jìn)行排頻分析，選擇與實(shí)測(cè)或預(yù)測(cè)降雨量相近的典型年作為典型雨型；采用同倍比縮放的方法，根據(jù)典型年降雨過(guò)程和實(shí)測(cè)或預(yù)測(cè)降雨量得到流域場(chǎng)次降雨過(guò)程。采用降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法，得到各時(shí)段凈雨過(guò)程。本次分析采用富水上游廈鋪站的降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖（P~Pa~Ps三變量相關(guān)圖），利用降雨量（P）和前期影響雨量（Pa）在相關(guān)圖中查得徑流深值（R）。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，流域最大蓄水量 （Wm）取120mm，前期影響雨量（Pa）按 Wm折算法，折算系數(shù)取0.8。

（2）匯流計(jì)算方法

采用檢驗(yàn)過(guò)的時(shí)段單位線法，根據(jù)產(chǎn)流計(jì)算得到的凈雨過(guò)程，計(jì)算地面徑流過(guò)程，再采用《湖北省暴雨徑流查算圖表》方法計(jì)算地下徑流過(guò)程，兩者疊加即為設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。

依據(jù)富水下游區(qū)間的匯流地勢(shì)地形特點(diǎn)，將區(qū)間劃分為富水至排市、排市至港口（含龍港河支流）、三溪河支流、港口至陽(yáng)新、陽(yáng)新至絨湖口、絨湖口至富池口等5個(gè)匯流片，其中三溪口至港口片需考慮上游已建王英、蔡賢、羅北口等大中型水庫(kù)攔洪作用。各匯流片先扣除因圍墾、圍養(yǎng)等不能直接匯入富水河的面積，在干流匯流計(jì)算時(shí)，再加入圍墾提排流量。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)，“大調(diào)解”作為中國(guó)特色的矛盾糾紛解決方案，其產(chǎn)生和存在具有合理性和必要性，其積極作用應(yīng)當(dāng)肯定。從黨的十八大至黨的十九大，中央都強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建和完善多元化糾紛解決機(jī)制，加強(qiáng)預(yù)防和化解社會(huì)矛盾機(jī)制建設(shè)，“大調(diào)解”模式總體上契合中央的有關(guān)精神和要求。但是，必須正視以往實(shí)踐中存在的問(wèn)題，從社會(huì)治理創(chuàng)新的高度和廣度，改革和完善“大調(diào)解”的組織體系和運(yùn)行機(jī)制，通過(guò)興利除弊，提升“大調(diào)解”的法治化、社會(huì)化水平，更好地發(fā)揮其在預(yù)防和化解社會(huì)矛盾中的作用。

2.一維水動(dòng)力學(xué)模型

（1）計(jì)算原理

富水下游干流一維水動(dòng)力學(xué)模型基于圣維南方程組：

水流連續(xù)方程為

水流運(yùn)動(dòng)方程為

（2）計(jì)算范圍與河道斷面設(shè)置

富水干流下游研究范圍為富水水庫(kù)壩下至富池口控制斷面約78 km河段，共設(shè)置斷面157個(gè)，斷面間距約為0.5 km。

（3）邊界條件設(shè)置

上邊界為富水水庫(kù)出庫(kù)洪水過(guò)程、三溪河支流洪水過(guò)程、龍港河洪水過(guò)程及富水至港口區(qū)間洪水過(guò)程；下邊界采用富池口泵站關(guān)閉，富池大閘排水情況；三溪河及龍港河洪水以點(diǎn)源匯入，分片區(qū)間流量沿區(qū)間河段作為線源匯入；初始水位以已知時(shí)段流量水位作為入流邊界計(jì)算得到預(yù)測(cè)時(shí)段初始時(shí)刻河道各斷面流量和水位。

（4）模型的驗(yàn)證

選取2016年6月1—10日實(shí)測(cè)降雨及富水下泄過(guò)程，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，模型糙率陽(yáng)新站以上取0.030，陽(yáng)新站以下取0.028。將計(jì)算值與陽(yáng)新站及富池口大閘閘上實(shí)測(cè)水位過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖1和圖2。陽(yáng)新站水位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值最大誤差小于0.1m。富池口大閘閘上水位受調(diào)度運(yùn)用及其他因素影響，實(shí)測(cè)值波動(dòng)較大，但計(jì)算的水位峰值及水位過(guò)程趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值符合良好，最高水位差值0.002m。

圖1 陽(yáng)新站水位驗(yàn)證情況

圖2 富池口閘上水位驗(yàn)證情況

三、水庫(kù)下泄對(duì)下游防汛形勢(shì)影響分析

氣象部門提供7月1—6日預(yù)測(cè)降雨量為180mm；采用降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法，預(yù)測(cè)富水下游干流各控制斷面7月1—6日洪水過(guò)程如圖3所示。

圖3 預(yù)測(cè)時(shí)段富水下游干流各控制斷面洪水過(guò)程

根據(jù)頻率分析，降雨量180mm小于20年一遇。富水水庫(kù)汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃表明“當(dāng)遭遇20年一遇以內(nèi)洪水控制泄流量1 300m3/s”。本次水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在陽(yáng)新水文站和網(wǎng)湖分蓄洪區(qū)分洪閘口，陽(yáng)新水文站位于富水興國(guó)城區(qū)堤防段，該堤段保護(hù)陽(yáng)新縣城；網(wǎng)湖分蓄洪區(qū)分洪閘口位于富水下游干流堤防下段，網(wǎng)湖分蓄洪區(qū)和朱婆湖分蓄洪區(qū)設(shè)置在該堤段，一旦水位超過(guò)分蓄洪區(qū)運(yùn)用水位，需開(kāi)啟分洪閘運(yùn)用分蓄洪區(qū)。根據(jù)富水下游干流防汛調(diào)度預(yù)案，富水下游干流興國(guó)城區(qū)堤防段設(shè)防水位、警戒水位和保證水位分別為19.6m、20.6m和21.1m；富水下游干流堤防下段設(shè)防水位、警戒水位和保證水位分別為 19.2 m、20.2 m和 20.7 m，網(wǎng)湖、朱婆湖分蓄洪區(qū)啟用水位21.5m。方案設(shè)置見(jiàn)表1，不同方案下兩水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位變化見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 陽(yáng)新站水位計(jì)算成果

圖5 網(wǎng)湖閘水位計(jì)算成果

表1 方案設(shè)置

由圖4、圖5可以看出，陽(yáng)新站和網(wǎng)湖閘最高水位均出現(xiàn)在計(jì)算的最終時(shí)刻，即7月6日8時(shí)。通過(guò)計(jì)算，對(duì)于富水興國(guó)城區(qū)堤防段，富水水庫(kù)出庫(kù)洪水按200m3/s下泄，陽(yáng)新站最高水位20.60m，達(dá)到堤防警戒水位20.6 m；富水水庫(kù)出庫(kù)洪水按汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃最大泄量1 300m3/s下泄，陽(yáng)新站最高水位21.02m，距堤防保證水位（21.1m）0.08m。對(duì)于富水下游干流堤防下段，無(wú)論富水水庫(kù)是否下泄，堤防水位均超警戒水位 （20.2m）；富水水庫(kù)出庫(kù)洪水按800m3/s下泄，網(wǎng)湖閘水位20.68m，接近堤防保證水位（20.7m）；富水水庫(kù)出庫(kù)洪水按汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃最大泄量 （1 300m3/s）下泄，網(wǎng)湖閘水位20.82m，距網(wǎng)湖、朱婆湖分蓄洪區(qū)運(yùn)用水位 （21.5m）差0.68m。

根據(jù)分析成果，建議富水水庫(kù)先按下泄流量不大于200m3/s下泄，如庫(kù)水位持續(xù)上漲則加大泄量。為確保富水下游干流堤防下段不超保證水位，在不危及富水水庫(kù)安全的前提下，富水水庫(kù)下泄流量不超過(guò)800m3/s。

四、結(jié) 語(yǔ)

缺乏徑流觀測(cè)資料是中小流域洪水預(yù)報(bào)普遍存在的現(xiàn)象，也成為制約采用水動(dòng)力學(xué)模型解決中小流域水問(wèn)題的關(guān)鍵因素。本次采用降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法推求和預(yù)測(cè)場(chǎng)次暴雨洪水過(guò)程，通過(guò)水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算水位過(guò)程與實(shí)測(cè)水位過(guò)程比較，精度滿足要求，可為其他缺乏徑流觀測(cè)資料中小流域的長(zhǎng)時(shí)段洪水過(guò)程推求提供參考。■

[1]何娟.湖北省陽(yáng)新長(zhǎng)江干堤防洪保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖成果報(bào)告[R].2016.

[2]胡四一，施勇，王銀堂，等.長(zhǎng)江中下游河湖洪水演進(jìn)的數(shù)值模擬[J].水科學(xué)進(jìn)展，2002（3）.

責(zé)任編輯 安天杭

Im pact of water discharge from Fushui Reservoir on flood prevention downstream

He Juan,Jiang Yansheng, Yao Heizi,DongWei,Zhai Lini

Experience correlation diagram method is adopted to calculate and predict rainstorm flood events in lower reaches of Fushui mainstream.One dimensional hydrodynamic model was created according to the scenario of overtopping of Fushui River Bank during flood risk map of Yangxin Section of Yangtze River Embankment.Changes of water level in Fushui downstream under different flood discharge scenarios are examined,so as tomake judgement and prediction on flood situation in the downstream and ensure safe discharge of water by optimization of reservoir regulation and provide technical support for decisionmaking.

hydrodynamicmodel;flood forecasting;flood riskmap;safe amount ofwater discharge

TV877+TV122

：B

：1000-1123（2017）05-0066-03

2016-10-25

何娟，高級(jí)工程師，博士，主要從事流域規(guī)劃，防洪減災(zāi)研究等工作。

全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目。