松滋口建閘水文條件及其對(duì)減少松澧地區(qū)超額洪量作用分析

宋 平，錢 湛，李 覓

(湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 洞庭湖研究中心，長(zhǎng)沙 410007)

松澧地區(qū)既包括了澧水臨澧新安以下至小渡口的下游部分，也跨越了澧水流域范圍之外的澧水尾閭洪道和長(zhǎng)江入湖松滋洪道的水網(wǎng)交匯地帶(湖南省部分)，行政區(qū)域跨7個(gè)縣、市、農(nóng)場(chǎng)，總面積2 090 km2，耕地12 萬多hm2。該區(qū)域歷來為湖南省洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，新中國(guó)成立以來就有17年發(fā)生不同程度的潰垸災(zāi)害(1949-1952、1954、1955、1957、1963、1964、1976、1980、1983、1988、1989、1991、1998、2003年)。早在20世紀(jì)90年代，湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院在澧水流域防洪規(guī)劃報(bào)告中就提出了松滋口建閘減輕松澧地區(qū)防洪壓力的遠(yuǎn)景設(shè)想。盧承志[1]基于20世紀(jì)90年代以前的江湖關(guān)系和大洪水情況對(duì)松滋口建閘的作用進(jìn)行了初步分析。三峽水庫建成后，鄧命華[2]、王翠平等[3]基于新的江湖關(guān)系和洪水情勢(shì)分析了松滋口閘錯(cuò)峰調(diào)度對(duì)降低松澧地區(qū)洪水位的作用以及對(duì)長(zhǎng)江防洪的影響。

松澧洪水是否具備錯(cuò)峰調(diào)度條件以及錯(cuò)峰調(diào)度對(duì)松澧地區(qū)的防洪作用，是影響松滋口閘控工程上層決策的兩大關(guān)鍵問題。本文試從松滋河與澧水洪水特性和洪水遭遇情況入手，分析松滋口閘錯(cuò)峰調(diào)度的水文基礎(chǔ)條件，并從減少松澧地區(qū)超額洪量[4]方面入手，分析松滋口閘的防洪作用，為松滋口閘工程提供決策依據(jù)。

1 區(qū)域洪水分析

1.1 洪水特性

區(qū)域洪水分別來自澧水和長(zhǎng)江，二者在松澧地區(qū)七里湖交匯。當(dāng)澧水水位猛漲時(shí)，除石龜山處河段下泄約10 000 m3/s流量外，其余洪水經(jīng)七里湖調(diào)蓄后，再由五里河?xùn)|流與松滋中支合流轉(zhuǎn)泄安鄉(xiāng)河段，甚至由松滋西支倒流經(jīng)青龍窖匯入松滋中支。當(dāng)松滋河處于洪峰期，除松滋西支自然分流入七里湖與澧水合流外，還可以由中支分流一部分轉(zhuǎn)泄七里湖。

澧水地處著名的五峰大暴雨區(qū)，山高坡陡，灘多水急，干支流匯集迅速，洪峰尖瘦，猛漲猛落[5]。上游涼水口站水位最大漲率為3.58 m/h，一次洪水過程3～5 d，三江口站最大水位變幅達(dá)25.25 m。三江口站1935年調(diào)查流量達(dá)到30 300 m3/s，新中國(guó)成立后石門站1998年實(shí)測(cè)最大流量19 900 m3/s，2003年最大流量18 700 m3/s。下游津市站新中國(guó)成立后實(shí)測(cè)最大流量為2003年的17 100 m3/s，其次為1998年的15 900 m3/s。

松滋河作為長(zhǎng)江的分流河道，洪峰矮胖，漲落緩慢，洪水過程可達(dá)30 d以上[6]，與澧水形成鮮明對(duì)比。松滋河實(shí)測(cè)最大洪峰流量為1938年的12 300 m3/s，此外1954年實(shí)測(cè)最大流量達(dá)10 100 m3/s，1998年最大流量為9 210 m3/s。三峽工程建成后，控制100年一遇以下洪水長(zhǎng)江枝城站來流量不超過56 700 m3/s，按現(xiàn)狀分流比松滋河相應(yīng)來流量不超過7 800 m3/s。

松滋河洪峰多見于7月上旬至8月上旬，澧水則為6月下旬至7月下旬，松滋河滯后于澧水一旬左右，一次洪水過程往往頭尾搭接，但洪峰相錯(cuò)。這種洪水特征加上三峽工程對(duì)長(zhǎng)江洪水的調(diào)節(jié)作用，為松滋口建閘對(duì)松澧地區(qū)洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度提供了有利條件。

1.2 洪水組成

松澧洪水組成如表1所示。從多年平均情況來看，最大一日洪峰中澧水洪峰所占比重略大于松滋河，二者比值約為52.5%和47.5%。隨著時(shí)段拉長(zhǎng)，澧水所占比重越來越小，而松滋河所占比重越來越大，到30 d洪量組成，澧水和松滋河比例達(dá)到22.5%和77.5%。從歷史典型大水年份來看，最大一日洪峰澧水占70%左右，松滋河占30%左右，30 d洪量?jī)伤急戎貏t正好相反。洪水組成隨歷時(shí)的變化反映出兩水不同的洪水特征：澧水洪峰流量大于松滋河，松滋河的洪量則大于澧水。

圖1 松澧地區(qū)水系示意圖Fig.1 Sketch map of river system in Song-Li region

1.3 洪水遭遇

澧水石門站及松滋口新江口和沙道觀站處洪水傳播至松澧地區(qū)安鄉(xiāng)河段的時(shí)間均約為1 d。統(tǒng)計(jì)松滋河入口新江口水文站和澧水干流控制站石門水文站1951-2013年歷年最大洪峰流量及出現(xiàn)時(shí)間，如表2所示。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出63年中，兩水同日出現(xiàn)洪峰的年份只有1年，而3日、7日、15日和30日

表1 松澧洪水組成分析表Tab.1 Composition analysis table of Songzi River and Lishui River flood

表2 1951-2013年松澧洪水遭遇統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Encounter statistical table of Songzi River and Lishui River flood between 1951 and 2013

內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)洪峰的年數(shù)分別為8年、13年、21年和27年，占總年份的12.7%、20.6%、33.3%和42.9%。統(tǒng)計(jì)規(guī)律顯示，松澧洪水遭遇以澧水洪峰遭遇松滋河洪水過程為主[7]，兩水洪峰遭遇情況比較少見。

統(tǒng)計(jì)松澧實(shí)際大洪水年份最大組合流量出現(xiàn)時(shí)枝城流量，如表3所示。8個(gè)統(tǒng)計(jì)年份中，只有1954年淞澧洪峰出現(xiàn)時(shí)枝城流量較大，而該年份澧水來水不大。其他年份組合洪峰出現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)江來流量均不大，由于松滋口以下長(zhǎng)江干流安全泄量約為56 700 m3/s(對(duì)應(yīng)沙市水位45 m)，啟用松滋閘錯(cuò)峰對(duì)長(zhǎng)江防洪不會(huì)產(chǎn)生災(zāi)害性影響。以上分析說明，利用松滋閘對(duì)松澧洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度具備水文基礎(chǔ)條件。

表3 淞澧實(shí)際大水年最大組合洪水出現(xiàn)時(shí)枝城流量表Tab.3 Discharge Table of Zhicheng Station at the largest combined flood during actual flood years of the Songzi River and Lishui River

2 松澧地區(qū)河道安全泄量

洞庭湖區(qū)水位流量關(guān)系非單值關(guān)系，各站水位流量關(guān)系受下游水位影響很大。以1990年以來各控制站實(shí)測(cè)水位和流量為基本資料并考慮下游水位頂托影響[8]，將南嘴站堤防設(shè)計(jì)水位36.05 m作為下游控制水位，點(diǎn)繪石龜山站和安鄉(xiāng)站兩組水位流量關(guān)系線，如圖2所示。根據(jù)石龜山站和安鄉(xiāng)站堤防設(shè)計(jì)水位40.82 m和39.38 m，在圖2中查得相應(yīng)河段安全泄量分別為9 400 m3/s 和5 600 m3/s。

圖2 南嘴站控制水位36.05 m時(shí)各站水位流量關(guān)系線Fig.2 Stage-discharge line of each station under the control water level 36.05 m of Nanzui Station

3 松澧地區(qū)超額洪量計(jì)算分析

3.1 超額洪量計(jì)算方法

以石門和枝城水文站分別作為澧水來流和長(zhǎng)江來流代表站，并按近年分流比計(jì)算松滋河來流[9]。依據(jù)近年實(shí)測(cè)洪水資料建立枝城～松滋口流量相關(guān)線，枝城各級(jí)流量條件下的松滋口分流量可通過該相關(guān)線查閱，如圖3所示。

圖3 枝城～松滋口流量相關(guān)線Fig.3 Discharge correlation line between Zhicheng and Songzhikou

石門至津市河段洪水演算采用馬斯京根法[10]，由實(shí)測(cè)大洪水資料分析得X=0.35，K=6，得出津市站洪水過程線。對(duì)于津市至石龜山及新江口+沙道觀至安鄉(xiāng)河段，受下游水系復(fù)雜程度及水文資料限制，洪水演算較為困難，此處采用馬斯京根法的簡(jiǎn)化-調(diào)蓄系數(shù)μ值系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算式如下：

Q2=μ(I1+I2)/2+(1-μ)Q1

(1)

式中：I、Q分別為入流、出流，μ值為用實(shí)測(cè)入、出流資料演算分析而得的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。通過大量的試算分析，確定津市至石龜山河段μ=0.72，松滋口至安鄉(xiāng)河段μ=0.58。通過兩個(gè)典型洪水年驗(yàn)證，兩站洪水過程線疊加結(jié)果與實(shí)測(cè)石龜山站和安鄉(xiāng)站的組合洪水過程基本吻合，如圖4所示。以津市站、石龜山站和安鄉(xiāng)站的安全泄量作為控制基準(zhǔn)，計(jì)算洪量超出部分得到松澧地區(qū)超額洪量。對(duì)于上游水庫調(diào)節(jié)的作用，澧水主要考慮江埡和皂市水庫，長(zhǎng)江主要考慮三峽水庫的影響[11]。

圖4 組合洪水典型洪水過程線驗(yàn)證Fig.4 Verification of typical flood hydrograph of combined flood

3.2 松滋口閘錯(cuò)峰調(diào)度原則

松滋口閘的控洪調(diào)度[2]，不得影響長(zhǎng)江防洪安全。長(zhǎng)江上游來水量大時(shí)，荊江河段超過安全泄量的情況下，松滋閘不得進(jìn)行控洪調(diào)度；長(zhǎng)江中小洪水時(shí)，荊江河段未超過安全泄量的情況下，以補(bǔ)償調(diào)度的方式控制松滋口進(jìn)洪流量，以盡量減輕松澧地區(qū)防洪壓力。

3.3 松滋口閘對(duì)松澧地區(qū)超額洪量減少作用

對(duì)于1935年型特大洪水，天然狀況下松澧地區(qū)的超額洪量為28.36 億m3。在三峽+江埡+皂市水庫共同作用下，松澧地區(qū)仍然有12.12 億m3超額洪量。啟用松滋閘錯(cuò)峰調(diào)度后，可將松澧地區(qū)超額洪量減少至7.83 億m3，超額洪量主要集中在津市河段。

對(duì)于1954年洪水，天然狀況下松澧地區(qū)的超額洪量為5.8 億m3，該部分超額洪量主要來自于松滋河分泄長(zhǎng)江洪水。在三峽建成后，長(zhǎng)江洪水得到控制，荊江河段最大下泄流量不超過56 700 m3/s，松滋口最大分泄流量為7800 m3/s，相應(yīng)松澧地區(qū)超額洪量3.28 億m3，主要集中在安鄉(xiāng)附近。由于1954年澧水并未發(fā)生大洪水，松澧地區(qū)洪水與長(zhǎng)江大洪水同步，且經(jīng)三峽調(diào)蓄后的荊江河段流量接近安全泄量，若松滋口閘控洪將對(duì)長(zhǎng)江荊江河段防洪安全產(chǎn)生威脅，因此1954年洪水松滋口閘不進(jìn)行控洪調(diào)度。

對(duì)于1998年洪水，天然狀況下松澧地區(qū)的超額洪量為8.53 億m3。在三峽+江埡+皂市水庫共同作用下，松澧地區(qū)仍然有5.93 億m3超額洪量，這是由于98年洪水時(shí)澧水洪水主要為區(qū)間來水，支流水庫區(qū)來水較小，而澧水兩水庫均建在支流，對(duì)該年防洪作用不明顯，加之石龜山及安鄉(xiāng)的安全泄量均較1989年澧水尾閭防洪規(guī)劃時(shí)有所減小。在啟用松滋閘進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度后，雖然對(duì)澧水來水無減小作用，但由于松滋和與澧水在七里湖聯(lián)通，松滋閘阻擋松滋來水后，原流經(jīng)石龜山的洪水逆流入松滋河通過安鄉(xiāng)下泄。經(jīng)分析計(jì)算，如在澧水最大洪水出現(xiàn)時(shí)，松滋閘控制最大進(jìn)洪流量不超過2 000 m3/s，此時(shí)長(zhǎng)江荊江河段不會(huì)超過安全泄量，松澧地區(qū)超額洪量可減至3.95 億m3。由于澧水來水太大而津市河段泄流能力不夠(約為12 000 m3/s)，該3.95 億m3的超額洪量集中在津市河段。

分析表明，松滋口建閘對(duì)松澧洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度，可有效減少松澧地區(qū)的超額洪量，減少該地區(qū)分蓄洪頻率與規(guī)模。

表4 各洪水典型年松澧地區(qū)不同防洪方案超額洪量計(jì)算表Tab.4 Calculation table of excess flood volume in different flood control program and typical flood year of Song-Li region

4 結(jié) 論

澧水洪水洪峰尖瘦，猛漲猛落，來自長(zhǎng)江的松滋河洪水洪峰矮胖，漲落緩慢，且兩水峰現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)開，這種洪水特征加上三峽水庫對(duì)長(zhǎng)江洪水的調(diào)節(jié)作用，為松滋口建閘對(duì)松澧地區(qū)洪水進(jìn)行錯(cuò)峰調(diào)度提供了有利條件。在不影響長(zhǎng)江荊江河段防洪安全的情況下，在澧水發(fā)生大洪水時(shí)利用松滋口閘對(duì)松滋河來流進(jìn)行控制，對(duì)于1935年洪水，可減少超額洪量4.3 億m3；對(duì)于1954年洪水，由于長(zhǎng)江荊江河段防洪形勢(shì)緊張，松滋口閘不宜進(jìn)行控洪調(diào)度；對(duì)于1998年洪水，可減少超額洪量2 億m3。

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