調(diào)弦口分洪和華容河防洪問(wèn)題模擬與分析

劉曉群 向朝暉

摘要 通過(guò)華容河實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，采用一維水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型，進(jìn)口調(diào)弦口設(shè)置可控制分洪遭遇不同的華容河初始水位，考慮六門閘出口不同的出流條件，以華容縣城防洪為重點(diǎn)，分析了調(diào)弦口閘分洪后華容河防洪問(wèn)題。不同的分洪流量下華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間為1～6 h，在調(diào)弦口分洪前，應(yīng)最大限度降低華容河水位；調(diào)弦口分洪900 m3/s時(shí)，洪水位在華容縣城附近將超過(guò)堤頂形成漫潰?，F(xiàn)僅有灌溉引水功能的調(diào)弦口閘無(wú)法承擔(dān)分洪1 440 m3/s的任務(wù)，非閘控條件下分洪華容河兩岸無(wú)法確保分洪安全；在可控制分洪流量的條件下，華容河現(xiàn)有的河道泄流能力最大不超過(guò)980 m3/s?？紤]到三峽水庫(kù)運(yùn)用后1954年型洪水荊江不需要分蓄洪，調(diào)弦口分蓄洪任務(wù)應(yīng)予以調(diào)整。

關(guān)鍵詞 調(diào)弦口分洪；華容河防洪；模擬分析

中圖分類號(hào) S27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）27-0186-03

Simulation and Analysis of Flood Diversion from the Link Mouth and Flood Control of Huarong River

LIU Xiaoqun1， XIANG Zhaohui2

（1.Hunan Academy of Water Conservancy and Hydropower Science， Changsha， Hunan 410007；2.Hunan Dongting Lake Water Conservancy Engineering Administration Bureau， Changsha， Hunan 410007）

Abstract Based on the measured topographic data of Huarong River and onedimensional hydrodynamic numerical model， the initial water level of Huarong River after flood diversion can be controlled at the inlet chord mouth， and the different outflow conditions at the outlet of the six gates are considered. The flood control problem of Huarong River after flood diversion by chord gate is analyzed.The time when Huarong County reaches flood control level under different flood diversion discharge is 1-6 hours. The water level of Huarong River should be lowered as far as possible before the diversion of flood at the chord mouth.When flood diversion reaches 900 m3/s， the flood level will surpass the embankment in the vicinity of Huarong county.At present， the chord gate with irrigation diversion function can not undertake the task of 1 440 m3/s flood diversion， and the flood diversion safety can not be ensured on both banks of Huarong River under the condition of nonsluice control.Under the condition of controllable flood diversion discharge， the maximum discharge capacity of Huarong River is not more than 980 m3/s.Considering the 1954 type flood of the Three Gorges Reservoir does not require flood diversion and storage， the task of diversion and storage at the chord mouth should be adjusted.

Key words Flood diversion from the link mouth；Flood control of Huarong River；Simulation analysis

基金項(xiàng)目 湖南省水利廳重大水利科研（湘水科計(jì)[2017]230-23，湘水科計(jì)（2015）245-12）。

作者簡(jiǎn)介 劉曉群（1967—），男，湖南安鄉(xiāng)人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，博士，從事洞庭湖水問(wèn)題研究。

收稿日期 2018-06-03

華容河是自荊江南岸四口之一的調(diào)弦口分流長(zhǎng)江的河道，流經(jīng)湖北石首市和湖南省華容縣、岳陽(yáng)市君山區(qū)，流域面積1 679.8 km2，其中湖北531.0 km2，湖南華容縣1 148.8 km2。華容河流域是長(zhǎng)江—洞庭湖間平原河網(wǎng)區(qū)的一部分，自調(diào)弦口在湖北石首市沿桃花山西麓蜿蜒南行12.0 km進(jìn)入湖南省華容縣境內(nèi)，再南行18.0 km后，在華容縣城以下分為南、北兩支，北支23.7 km為主流，南支24.9 km，兩支在罐頭尖匯合，南北兩支中間為新華小垸，屬于國(guó)家級(jí)蓄洪垸錢糧湖大垸的一部分；再經(jīng)君山區(qū)錢糧湖農(nóng)場(chǎng)于六門閘注入東洞庭湖，以北支算華容河全長(zhǎng)60.78 km。受進(jìn)口調(diào)弦口閘、出口進(jìn)東洞庭湖的六門閘調(diào)節(jié)，一般情況下近似啞河。河道河底高程 24.80～30.80 m（除特殊說(shuō)明外，均為吳淞高程， -1.76 m為黃海高程），河道寬 80～100 m。華容河兩岸地面高程 27.80～35.10 m，地勢(shì)平坦，土地肥沃，氣候溫和，雨量充沛，適宜糧、棉、油類等農(nóng)作物生長(zhǎng)，兩岸為湖北石首市和湖南華容縣、岳陽(yáng)市君山區(qū)，人口39.54萬(wàn)，2016年工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)100億元。

調(diào)弦口是荊江分流入洞庭湖的四口之一，長(zhǎng)江水沙經(jīng)調(diào)弦口進(jìn)入華容河到東洞庭湖，1935年調(diào)弦口最大分流1 970.0 m3/s，1954年最大流量1 440.0 m3/s[1]。1958年 因分水量不足長(zhǎng)江的2.5%，經(jīng)湖南、湖北兩省協(xié)議并報(bào)中央批準(zhǔn)，在調(diào)弦口封堵建調(diào)弦口閘、出口旗桿咀建六門閘與江湖分隔，成為一條上下被控制的河道，其中調(diào)弦口閘設(shè)計(jì)引水流量43.7 m3/s，六門閘設(shè)計(jì)泄流能力為200.0 m3/s。汛期以調(diào)蓄堤垸4.33萬(wàn)hm2農(nóng)作區(qū)的漬水為主，兩岸126處排澇機(jī)埠總裝機(jī)27 240 kW，流量277.75 m3/s。華容河歷年最高洪水位35.85 m（1998年7月29日，六門閘），多年平均枯水位26.50 m[2]。

2016年汛期，長(zhǎng)江和四水洪水遭遇頂托，城陵磯最高水位34.27 m，接近保證水位34.40 m。6 月中下旬華容河流域持續(xù)強(qiáng)降雨，水位不斷上漲， 受外湖頂托影響下游六門閘泄流不暢，7 月 8 日起華容河超過(guò)保證水位35.00 m，7月10日09：30華容河南北支之間的新華小垸堤防出現(xiàn)滲漏險(xiǎn)情，不到2 h潰決，潰決時(shí)水位 35.15 m，最大潰口寬50 m，最大流量為381.0 m3/s，水面最大流速為2.6 m/s，垸內(nèi)平均水深約2.0 m，淹沒(méi)面積約0.17萬(wàn)hm2，約2萬(wàn)人受災(zāi)。根據(jù)長(zhǎng)江中游防洪要求，當(dāng)長(zhǎng)江監(jiān)利水位達(dá)36.57 m時(shí)，調(diào)弦口需扒口由華容河向洞庭湖分洪，分洪流量為1 440.0 m3/s。在上游調(diào)弦口沒(méi)有泄流的情況下，高洪水位即導(dǎo)致華容河本地出現(xiàn)防洪險(xiǎn)情，如果按照協(xié)議扒口作為長(zhǎng)江分洪通道，要保護(hù)好華容河兩岸防洪安全，華容河的泄流能力值得深入研究[3-4]。

1 華容河行洪模擬

利用MIKE11建立華容河一維水動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，模擬不同工況下華容河水文情勢(shì)和水力要素的變化[5-6]，分析評(píng)價(jià)調(diào)弦口分洪對(duì)華容河防洪的影響[7-8]。

1.1 模型方程

采用圣維南方程，建立描述河道水流運(yùn)動(dòng)的一維非恒定流數(shù)學(xué)模型：

1.2 邊界條件

以華容河調(diào)弦口閘為上邊界，下邊界到六門閘。根據(jù)實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，布置了201個(gè)斷面，其中干流（包括北支）161個(gè)斷面，支流（南支）50個(gè)斷面，分為長(zhǎng)江入水口—調(diào)弦口閘、調(diào)弦口閘—人民垸堤?hào)|風(fēng)閘、人民垸堤?hào)|風(fēng)閘—六門閘3段。以調(diào)弦口分流為入流，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將六門閘設(shè)為可控建筑物，根據(jù)外河出口水位條件計(jì)算其流量。

1.3 模擬計(jì)算工況

通過(guò)調(diào)弦口上邊界賦予分洪流量，下邊界賦予排水流量，考慮華容河蓄水水位，采用數(shù)值模擬的方法，模擬上游長(zhǎng)江不同分洪流量、下游不同排水流量條件下，華容河洪水位的演進(jìn)情況。調(diào)弦口分洪與華容河蓄水水位的組合計(jì)算如下。

1.3.1 上游調(diào)弦口分洪洪峰流量。

調(diào)弦口承擔(dān)分洪任務(wù)最大流量為1 440.0 m3/s，需要擴(kuò)大當(dāng)前調(diào) 弦口閘泄流能力才可以分洪，故調(diào)弦口分洪帶來(lái)的華容河分洪問(wèn)題以1 440.0 m3/s 為最大值[7]。

在非閘控條件下，相應(yīng)于監(jiān)利36.57 m水位扒開(kāi)調(diào)弦口堤段50 m寬、下游為華容河33.06 m的最高水位時(shí)，調(diào)弦口泄洪流量就可超過(guò)2 000.0 m3/s，將遠(yuǎn)大于1 440.0 m3/s的分洪任務(wù)?？紤]華容河沿線堤防和河道斷面情況，假定調(diào)弦口不同分洪工況為1 440.0、1 200.0、1 100.0和900.0 m3/s 4種。

1.3.2 華容河初始水位。

華容河防洪水位為33.06 m，汛期低水位為30.56 m。因此，該研究擬定的華容河初始水位為30.56、31.56、32.56和33.06 m共4種六門閘水位條件。

調(diào)弦口水位為36.77 m。

1.3.3 下游六門閘抽排流量。

六門閘按抽排0和200 m3/s流量2種情景設(shè)計(jì)。根據(jù)以上組合，共有32種計(jì)算工況，如表1所示。

2 結(jié)果分析

調(diào)弦口分洪時(shí)，華容河沿線水位會(huì)快速上漲，不考慮兩岸堤防非漫頂潰決，則距離調(diào)弦口30～37 km、堤防較低的華容縣城位置成為防洪問(wèn)題的突出堤段。一是分洪后洪水抵達(dá)華容縣城的時(shí)間，二是洪水位超過(guò)堤頂漫潰。

2.1 洪水傳播時(shí)間問(wèn)題

在華容河不同初始水位、六門閘不同排水情景下，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間如圖1～2所示。對(duì)于調(diào)弦口分洪1 440.0 m3/s，當(dāng)六門閘不排水時(shí)，相應(yīng)于華容河初始水位處于高水位32.56 m時(shí)，分洪流量最快于1.25 h內(nèi)即到達(dá)華容縣城，并將造成華容縣城段達(dá)到防洪水位33.06 m；華容河水位為30.56 m時(shí)，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間最快為5.25 h。當(dāng)六門閘排水200.0 m3/s時(shí)，華容河處于高水位32.56 m時(shí)，華容縣城段同樣將最快1.25 h達(dá)到防洪水位33.06 m；華容河水位為30.56 m時(shí)，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間最快為6.00 h。

調(diào)弦口分洪時(shí)，不同的分洪流量下華容縣城達(dá)到防洪水位存在差異。分洪流量越大，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間越短；華容河開(kāi)始水位越高，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間越短。六門閘排水可滯緩華容縣城達(dá)到防洪水位時(shí)間，但受六門閘排水能力所限，緩滯時(shí)間并不顯著，最大緩滯時(shí)間為0.75 h。

模擬結(jié)果也表明，華容河較低水位時(shí)，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間稍長(zhǎng)。因此，為了減少華容河防洪風(fēng)險(xiǎn)，在調(diào)弦口分洪前，應(yīng)最大限度降低華容河水位。

2.2 華容縣城漫潰時(shí)的調(diào)弦口分洪流量

對(duì)應(yīng)900.0 m3/s分洪流量遭遇華容河30.56 m初始水位時(shí)，洪水傳播到華容縣城位置時(shí)，華容河洪水位與華容河左右堤頂高程對(duì)比可知，洪水位在華容縣城左右兩岸均將超過(guò)堤頂。

值得說(shuō)明的是，如果下游六門閘與調(diào)弦口分洪相應(yīng)扒開(kāi)時(shí)，即華容河水位與華容縣城防洪或洞庭湖分蓄洪水位3306 m相同，可以華容縣城堤防不漫頂試算，河道過(guò)流能力為980.0 m3/s。

3 結(jié)論

通過(guò)華容河實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)，采用一維水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型，假定調(diào)弦口有1 440.0、1 200.0、1 100.0和900.0 m3/s 4種上游來(lái)流工況、華容河初始水位為30.56、31.56、32.56和33.06 m共4種六門閘水位條件，以及六門閘按抽排0和200.0 m3/s流量2種工況，設(shè)計(jì)了32種計(jì)算情景，并以華容縣城為斷面分析了調(diào)弦口閘分洪后華容河防洪風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果表明：

（1）調(diào)弦口分洪時(shí)，不同的分洪流量下華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間為1.00～6.00 h。分洪流量越大，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間越短；華容河開(kāi)始水位越高，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間越短。六門閘排水可滯緩華容縣城達(dá)到防洪水位時(shí)間，但受六門閘排水能力所限，緩滯時(shí)間并不顯著，最大緩滯時(shí)間為0.75 h。在華容河低水位下，華容縣城達(dá)到防洪水位的時(shí)間明顯較長(zhǎng)。因此，為了減少華容河防洪風(fēng)險(xiǎn)，在調(diào)弦口分洪前，應(yīng)最大限度地降低華容河水位。

（2）根據(jù)河道斷面條件，調(diào)弦口分洪900.0 m3/s時(shí)，華容河洪水位與華容河左右堤頂高程對(duì)比可知，洪水位在華容縣城附近即超過(guò)堤頂形成漫潰，容易造成洪災(zāi)。

現(xiàn)僅有灌溉引水功能的調(diào)弦口閘無(wú)法承擔(dān)分洪1 440.0 m3/s的任務(wù)，模擬分析表明，非閘控條件下分洪華容河兩岸無(wú)法確保分洪安全；在可控制分洪流流量的條件下，華容河現(xiàn)有的河道泄流能力最大不超過(guò)980.0 m3/s?？紤]到三峽水庫(kù)運(yùn)用后1954年型洪水荊江分洪區(qū)不需要分蓄洪，與其洪水來(lái)源相同的華容河分蓄長(zhǎng)江洪水的任務(wù)，也應(yīng)隨著工情、水情的變化予以調(diào)整[7-8]，以此為解決華容河兩岸防洪擔(dān)憂，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)更好地發(fā)展。

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