富水水庫下泄對下游防汛形勢影響研究

何 娟，江焱生，姚黑字，董 葦，翟麗妮

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

富水水庫下泄對下游防汛形勢影響研究

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研究院，430070，武漢；2.湖北省防汛抗旱辦公室，430070，武漢）

運用降雨徑流經(jīng)驗相關(guān)圖方法推求和預測富水干流下游場次暴雨洪水過程，采用陽新長江干堤洪水風險圖編制項目富水河堤漫溢方案中建立的富水下游干流一維水動力學模型，對富水水庫不同泄洪方案下富水下游干流水位變化情況進行分析，研判預測時段富水下游干流防汛形勢，提出預測時段富水水庫調(diào)度運用的安全泄量，為防汛決策提供技術(shù)支撐。

水動力學模型；洪水預報；洪水風險圖；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最大暴雨，富水水庫入庫流量達3 460m3/s，是自2000年以來出現(xiàn)的最大洪峰。同時，富水下游陽新縣也遭遇連續(xù)暴雨襲擊，水位居高不下。29日，富水中上游水庫水位54.5m （黃海高程，下同），超汛限水位1.4m；下游干流陽新站水位19.1m，達設防水位并有上漲趨勢；富池口大閘閘上、閘下水位基本持平，富水出口處受長江水位頂托，洪水下泄緩慢；水文預報未來5天仍有大到暴雨。防汛形勢異常緊張，水庫不泄洪可能危及富水水庫安全，水庫泄洪量過大可能進一步加劇富水下游干流河段防洪壓力。

陽新長江干堤洪水風險圖項目是2015年全國重點地區(qū)洪水風險圖編制項目湖北省13個編制任務之一，共計算1998年、1954年及1954年300年一遇洪水量級下，陽新長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 （陽新城區(qū)段）等潰口方案12個，富水河堤漫溢方案1個，共計13個方案。本次采用陽新長江干堤洪水風險圖編制項目富水河堤漫溢方案中建立的富水下游干流一維水動力學模型，收集富水流域2016年6月實測降雨及富水水庫下泄過程對富水下游河道水位進行模擬，并與實測值進行比較，符合較好。采用氣象部門7月1—6日預測降雨量推求區(qū)間洪水，分析富水水庫不同下泄流量下富水下游干流水位變化，從而確定富水水庫安全下泄量，為防汛決策提供技術(shù)支撐。

一、項目區(qū)概況

富水干流長195 km，平均坡降3.1‰，為長江中下游南岸一級支流，于陽新縣富池口流入長江。湖北通山縣城以上為上游，通山縣城至富水水庫大壩為中游，富水大壩至陽新縣富池口為下游，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。水庫控制流域面積2 450 km2，總庫容16.65億m3。富水下游干流（富水水庫大壩以下）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，水庫控制流域面積287.7 km2，總庫容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，其中富池口大閘設計排水流量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，設計分洪水位21.5m，朱婆湖分蓄洪區(qū)分洪流量634.3m3/s，設計進洪水位21.3m。

二、研究方法

分析富水水庫下泄對富水下游防汛形勢的影響，一是要做到準確的洪水預報，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，預報即將出現(xiàn)的洪水情況；二是要做到精確的水動力學模擬，即構(gòu)建富水下游干流一維水動力學模型，率定模型參數(shù)，概化合理的邊界條件。

1.洪水預報

（1）產(chǎn)流計算方法

確定實測或預測時段降雨量，對流域內(nèi)共39年的年同時段雨量進行排頻分析，選擇與實測或預測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)典型年降雨過程和實測或預測降雨量得到流域場次降雨過程。采用降雨徑流經(jīng)驗相關(guān)圖法，得到各時段凈雨過程。本次分析采用富水上游廈鋪站的降雨徑流經(jīng)驗相關(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，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）匯流計算方法

采用檢驗過的時段單位線法，根據(jù)產(chǎn)流計算得到的凈雨過程，計算地面徑流過程，再采用《湖北省暴雨徑流查算圖表》方法計算地下徑流過程，兩者疊加即為設計洪水過程。

依據(jù)富水下游區(qū)間的匯流地勢地形特點，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、港口至陽新、陽新至絨湖口、絨湖口至富池口等5個匯流片，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，在干流匯流計算時，再加入圍墾提排流量。

應當說，“大調(diào)解”作為中國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，其積極作用應當肯定。從黨的十八大至黨的十九大，中央都強調(diào)要構(gòu)建和完善多元化糾紛解決機制，加強預防和化解社會矛盾機制建設，“大調(diào)解”模式總體上契合中央的有關(guān)精神和要求。但是，必須正視以往實踐中存在的問題，從社會治理創(chuàng)新的高度和廣度，改革和完善“大調(diào)解”的組織體系和運行機制，通過興利除弊，提升“大調(diào)解”的法治化、社會化水平，更好地發(fā)揮其在預防和化解社會矛盾中的作用。

2.一維水動力學模型

（1）計算原理

富水下游干流一維水動力學模型基于圣維南方程組：

水流連續(xù)方程為

水流運動方程為

（2）計算范圍與河道斷面設置

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

（3）邊界條件設置

上邊界為富水水庫出庫洪水過程、三溪河支流洪水過程、龍港河洪水過程及富水至港口區(qū)間洪水過程；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；初始水位以已知時段流量水位作為入流邊界計算得到預測時段初始時刻河道各斷面流量和水位。

（4）模型的驗證

選取2016年6月1—10日實測降雨及富水下泄過程，對模型進行驗證，模型糙率陽新站以上取0.030，陽新站以下取0.028。將計算值與陽新站及富池口大閘閘上實測水位過程進行對比，見圖1和圖2。陽新站水位計算值與實測值最大誤差小于0.1m。富池口大閘閘上水位受調(diào)度運用及其他因素影響，實測值波動較大，但計算的水位峰值及水位過程趨勢與實測值符合良好，最高水位差值0.002m。

圖1 陽新站水位驗證情況

圖2 富池口閘上水位驗證情況

三、水庫下泄對下游防汛形勢影響分析

氣象部門提供7月1—6日預測降雨量為180mm；采用降雨徑流經(jīng)驗相關(guān)圖法，預測富水下游干流各控制斷面7月1—6日洪水過程如圖3所示。

圖3 預測時段富水下游干流各控制斷面洪水過程

根據(jù)頻率分析，降雨量180mm小于20年一遇。富水水庫汛期調(diào)度運用計劃表明“當遭遇20年一遇以內(nèi)洪水控制泄流量1 300m3/s”。本次水位監(jiān)測點選擇在陽新水文站和網(wǎng)湖分蓄洪區(qū)分洪閘口，陽新水文站位于富水興國城區(qū)堤防段，該堤段保護陽新縣城；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)設置在該堤段，一旦水位超過分蓄洪區(qū)運用水位，需開啟分洪閘運用分蓄洪區(qū)。根據(jù)富水下游干流防汛調(diào)度預案，富水下游干流興國城區(qū)堤防段設防水位、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。方案設置見表1，不同方案下兩水位監(jiān)測點水位變化見圖4、圖5。

圖4 陽新站水位計算成果

圖5 網(wǎng)湖閘水位計算成果

表1 方案設置

由圖4、圖5可以看出，陽新站和網(wǎng)湖閘最高水位均出現(xiàn)在計算的最終時刻，即7月6日8時。通過計算，對于富水興國城區(qū)堤防段，富水水庫出庫洪水按200m3/s下泄，陽新站最高水位20.60m，達到堤防警戒水位20.6 m；富水水庫出庫洪水按汛期調(diào)度運用計劃最大泄量1 300m3/s下泄，陽新站最高水位21.02m，距堤防保證水位（21.1m）0.08m。對于富水下游干流堤防下段，無論富水水庫是否下泄，堤防水位均超警戒水位 （20.2m）；富水水庫出庫洪水按800m3/s下泄，網(wǎng)湖閘水位20.68m，接近堤防保證水位（20.7m）；富水水庫出庫洪水按汛期調(diào)度運用計劃最大泄量 （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)運用水位 （21.5m）差0.68m。

根據(jù)分析成果，建議富水水庫先按下泄流量不大于200m3/s下泄，如庫水位持續(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，在不危及富水水庫安全的前提下，富水水庫下泄流量不超過800m3/s。

四、結(jié) 語

缺乏徑流觀測資料是中小流域洪水預報普遍存在的現(xiàn)象，也成為制約采用水動力學模型解決中小流域水問題的關(guān)鍵因素。本次采用降雨徑流經(jīng)驗相關(guān)圖法推求和預測場次暴雨洪水過程，通過水動力學模型計算水位過程與實測水位過程比較，精度滿足要求，可為其他缺乏徑流觀測資料中小流域的長時段洪水過程推求提供參考?！?/p>

[1]何娟.湖北省陽新長江干堤防洪保護區(qū)洪水風險圖成果報告[R].2016.

[2]胡四一，施勇，王銀堂，等.長江中下游河湖洪水演進的數(shù)值模擬[J].水科學進展，2002（3）.

責任編輯 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，高級工程師，博士，主要從事流域規(guī)劃，防洪減災研究等工作。

全國重點地區(qū)洪水風險圖編制項目。