改進(jìn)平湖法在平原感潮區(qū)排澇設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

江淼

【摘要】以海域或感潮河段作為承泄區(qū)的排澇涵閘排澇計(jì)算采用改進(jìn)平湖法作為典型涵閘計(jì)算

【關(guān)鍵詞】排澇分區(qū)；改進(jìn)平湖法；蓄排計(jì)算

1、問題由來

我國沿海地區(qū)的平原感潮區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢平坦，溝渠密布，汛期暴雨多強(qiáng)度大，常受臺風(fēng)侵襲，并伴隨風(fēng)暴潮，防護(hù)區(qū)內(nèi)澇水受外江（海）洪潮水位頂托，澇水排泄不暢通，常內(nèi)澇成災(zāi)；沿海堤圍防護(hù)區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)按《治澇標(biāo)準(zhǔn)》（SL723-2016）確定，本次以澄海區(qū)蘇溪圍為例，對感潮區(qū)排澇計(jì)算方法的選取與應(yīng)用。

2、感潮區(qū)除澇水文計(jì)算方法

感潮區(qū)的排澇與暴雨歷時及強(qiáng)度、外江（海）洪潮水位的漲落密切相關(guān)；蘇溪圍位于澄海區(qū)中部，三面受韓江東溪蓮陽河、支流南溪河及義豐河包圍，東臨南海，本圍地屬韓江三角洲出?？冢鞅蹦现派酵?，其余均是沖積平原，地勢西北高、東南低，地面標(biāo)高一般在0.6～2.0米（珠基，下同）之間，全圍總面積126.25平方公里，蘇溪圍堤防總長度57.16公里，其中江堤長度32.1公里，海堤長度25.06公里，捍衛(wèi)著圍內(nèi)溪南、蓮上和蓮下三個鎮(zhèn)，共59個管理區(qū)，總?cè)丝?4.6萬人，圍內(nèi)耕地4.62萬畝。根據(jù)《治澇標(biāo)準(zhǔn)》確定蘇溪圍治澇標(biāo)準(zhǔn)采用城鎮(zhèn)、村莊、經(jīng)濟(jì)作物區(qū)（含水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)）10年一遇24h降雨1日排干，農(nóng)田3日排干；歷史上蘇溪圍的排水主要依靠排澇涵閘，因下游河道修建蓮陽橋閘及東里橋閘，其正常蓄水位分別為3.05m和2.65m，兩座橋閘正常使用后，形成橋閘上游涵閘以灌溉引水為主，橋閘下游以排澇為主，堤圍受洪潮高水位影響，即形成圍內(nèi)的易澇區(qū)，其中海堤段穿堤涵閘共23宗，海堤段未設(shè)排澇泵站，全圍的澇水均依靠23宗穿堤涵閘的自排。

根據(jù)《治澇標(biāo)準(zhǔn)》附錄A除澇水文計(jì)算方法平原坡水區(qū)宜采用平均排除法、排澇模數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式法、單位線法等方法；潮位頂托區(qū)宜采用平均排除法、水量平衡法、河網(wǎng)水力學(xué)模型法等方法。結(jié)合蘇溪圍地形，兼具平原坡水區(qū)及潮位頂托區(qū)特征，全圍排澇流量設(shè)計(jì)采用排澇模數(shù)法，分別統(tǒng)計(jì)山地、水塘、水田、城鎮(zhèn)、旱地、園地及其他，按不同徑流系數(shù)計(jì)算得出平均排澇模數(shù)。

排澇分區(qū)按照高水高排、低水低排、分片排澇、適度集中的原則，對圍內(nèi)澇水排澇渠道和涵閘重新復(fù)核，以現(xiàn)有的排澇渠系形成以黃厝草閘、合昌六孔閘、利豐關(guān)閘為主，進(jìn)行分片排澇，各排澇涵閘形成相對獨(dú)立的排澇分區(qū)，排澇涵閘排除各自分區(qū)澇水至外海，以圍內(nèi)地形圖量算各排澇分區(qū)面積，以排澇模數(shù)法計(jì)算各排澇閘排澇流量，按多年平均高潮位0.57m作為外海側(cè)排澇設(shè)計(jì)水位，依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》寬頂堰計(jì)算內(nèi)河側(cè)設(shè)計(jì)水位及初定閘孔凈寬。

3、改進(jìn)平湖法典型計(jì)算

對典型排澇涵閘合昌六孔閘采用改進(jìn)平湖法驗(yàn)算排澇能力與規(guī)模，作為對排澇模數(shù)法計(jì)算的補(bǔ)充與完善。合昌六孔閘集雨面積13.14km2，排澇分區(qū)產(chǎn)匯流計(jì)算結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，分別采用推理公式法（綜合單位線法）以及山地洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式法概化過程線+平原平均排除法計(jì)算來水過程線，比選后者，外海側(cè)疊加《廣東省防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)試行通知》中對排水不利的5年一遇典型潮位過程線，采用改進(jìn)平湖法，將圍內(nèi)排澇分區(qū)及河網(wǎng)視為蓄水湖泊，考慮河網(wǎng)水面存在比降，實(shí)測選取渠道代表性斷面計(jì)算水位—流量模數(shù)曲線，對排澇分區(qū)進(jìn)行河網(wǎng)概化并選取澇區(qū)中心，通過量算確定水位庫容曲線，考慮片區(qū)僅閘排，需在強(qiáng)降雨期進(jìn)行搶排以騰空庫容，故選定正常蓄水位0.5m作為閘排起排水位。計(jì)算原則外海水位低于內(nèi)河水位時，開閘搶排，外海水位高于內(nèi)河水位時，關(guān)閘擋潮。

蓄排計(jì)算按排澇模數(shù)法初定水閘規(guī)模及過閘總凈寬，水閘為重建工程，堰頂高程基本維持不變，結(jié)合長期管理運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選取單孔凈寬3m，按4、5、6孔進(jìn)行比選，按寬頂堰計(jì)算過閘水位流量關(guān)系曲線。根據(jù)蓄排計(jì)算結(jié)果可知，在水閘外海潮位頂托的情況下，在閘孔凈寬達(dá)到一定規(guī)模后，繼續(xù)增加閘孔凈寬對過閘流量影響有限，同時會導(dǎo)致渠道過流能力與水閘過閘能力不匹配，經(jīng)濟(jì)適用性較差；降低閘底板高程對水閘過閘能力影響較大，但同時對渠道過流能力提出更高要求；水閘最終寬度根據(jù)過閘水頭差、過閘單寬流量、河道寬度、渠道過流能力等綜合確定，重建按照5孔，堰頂高程不變設(shè)計(jì)，遭遇5年一遇典型潮位過程線，澇區(qū)中心水位最高0.96m，低于澇區(qū)中心限制水位1.0m，城鎮(zhèn)、村莊、道路基本不受浸，農(nóng)田低洼處按0.8m，受浸最長歷時7小時，受澇水深0.16m，滿足治澇標(biāo)準(zhǔn)不成災(zāi)的要求，城鎮(zhèn)村莊基本不受澇。同時通過計(jì)算還可對防護(hù)區(qū)提出高程建議，建議城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民區(qū)建設(shè)地坪高程1.2m以上，村道不低于1.0m，農(nóng)田、魚塘田埂高程不低于1.0m，對比現(xiàn)狀地形及歷史洪澇災(zāi)害，防護(hù)區(qū)內(nèi)村道基本在1.2m、城鎮(zhèn)1.5m以上，同時排澇渠系能經(jīng)受住臺風(fēng)暴潮考驗(yàn)，受澇歷時不長，低洼農(nóng)田、魚塘易受澇等現(xiàn)狀，表明改進(jìn)平湖法計(jì)算結(jié)果精度較高，成果可信。

4、結(jié)論

排澇模數(shù)法適用于排澇區(qū)計(jì)算，但部分排澇涵閘作為排澇區(qū)的控制性水閘，采用平均排澇模數(shù)，易出現(xiàn)排澇能力不足的不利情況，建議進(jìn)行典型涵閘的控制性計(jì)算作為補(bǔ)充，特別是在感潮區(qū)，受外海側(cè)潮位變化，直接采用多年平均高潮位作為外海側(cè)排澇設(shè)計(jì)水位，不利于水閘的搶排，同時無法直觀體現(xiàn)圍內(nèi)內(nèi)澇控制性水位，通過改進(jìn)平湖法的計(jì)算作為排澇模數(shù)法的補(bǔ)充，更有利于水閘設(shè)計(jì)工況的體現(xiàn)，同時可以為感潮區(qū)閘門運(yùn)行控制提供依據(jù)，為防護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)地面高程提供參考，并驗(yàn)證水閘設(shè)計(jì)規(guī)模的合理性，合理比選水閘設(shè)計(jì)方案。

改進(jìn)平湖法對比常見的排澇模數(shù)法、平均排除法計(jì)算更為準(zhǔn)確；對比排峰法計(jì)算排澇涵閘規(guī)模，在集雨面積較大時，更為經(jīng)濟(jì)適用；對比水量平衡法、平湖法等考慮了搶排、時間步長，在泵閘聯(lián)合運(yùn)用的蓄排驗(yàn)算中更為常見適用。但仍存在較多問題需要深入研究，主要受來水過程線的選擇、防護(hù)區(qū)內(nèi)洪水與潮水遭遇幾率、蓄排澇水位庫容的準(zhǔn)確性等影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]治澇標(biāo)準(zhǔn)，SL 723-2016；

[2]水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，SL265-2016。

[3]廣東省防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)試行通知，廣東省水利廳以粵水電總字（1995）4號文頒布；