府澴河臥龍?zhí)兑韵潞佣魏樗{(diào)度方案研究

馬 全 姚 瑤2 常景坤

(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430064；2.武漢原野水利工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430064)

洪水調(diào)度是防洪工作的核心，主要依據(jù)水、雨、工情實況和暴雨、洪水預(yù)報，統(tǒng)籌江河防洪全局，設(shè)計和優(yōu)選出洪水調(diào)度方案，運用防洪工程措施和非工程措施，有計劃地調(diào)節(jié)和控制洪水，保證防洪安全，努力減少洪水災(zāi)害。

府澴河為長江中游左岸一級支流，是湖北省僅次于漢江、清江的第三大水系，歷來是湖北省河流防洪的重點地區(qū)之一。1996年澴水發(fā)生100年一遇大洪水后，府澴河流域編制了《府澴河防洪調(diào)度方案》，該調(diào)度方案編制于20世紀(jì)90年代，隨著三峽工程的完建、丹江口續(xù)建工程的竣工，府澴河流域上游大中型水庫除險加固的完成以及其他防洪水利工程的建設(shè)，水情和工情均發(fā)生了較大改變，原有調(diào)度方案已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)狀工程和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。同時，隨著水文資料系列的延長，有必要對原采用的設(shè)計洪水成果進(jìn)行復(fù)核和調(diào)整。本文采用MIKE 11水動力模型模擬府澴河洪水過程，研究府澴河發(fā)生不同頻率洪水時，分蓄洪區(qū)民垸分洪時機(jī)及過程對臥龍?zhí)墩舅坏挠绊懗潭?，為府澴河臥龍?zhí)墩疽韵碌暮樗{(diào)度提供技術(shù)支持。

1 工程概況

府澴河干流發(fā)源于大洪山北麓海拔1042m的齋公巖，自北向南流經(jīng)湖北省的隨縣、曾都區(qū)、廣水、安陸、應(yīng)城、云夢、孝昌、孝南、東西湖區(qū)、黃陂區(qū)等縣(市、區(qū))，在武漢市黃陂區(qū)境內(nèi)與灄水匯合后注入長江。干流全長331.70km，流域面積14769km2。府澴河臥龍?zhí)兑陨细闪饔址Q府河，支流澴水于臥龍?zhí)蹲蟀度雲(yún)R。下游出口河道在武漢市岱家山以下分為南北兩支，南支朱家河在諶家磯注入長江，北支新河納灄水在江嘴流入長江。府澴河臥龍?zhí)吨梁涌诙伍L63.20km，河道平均比降約0.10‰，河道區(qū)間流域面積1974km2(不含灄水流域)。

府澴河流域多年平均降水量1050～1200mm，年最大降雨量達(dá)2180mm(1954年)，年最小降雨量僅620mm(1961年)，年際變化懸殊，年內(nèi)分配不均，其中6—8月占全年降雨量的65%。全流域多年平均徑流深350～450mm，5—9月為汛期，徑流量占全年的68%，成災(zāi)暴雨多發(fā)生在5—7月，尤以7月最重。

府澴河流域目前已形成了由上游大中型水庫群、中下游堤防和分蓄洪民垸組成的綜合防洪體系，保護(hù)武漢市、東西湖區(qū)及孝感市的防洪安全。府澴河流域分蓄洪民垸有孝感市孝南區(qū)幸福垸、東風(fēng)垸，武漢市東西湖區(qū)外東風(fēng)垸，孝感市孝南區(qū)和武漢市黃陂區(qū)共有的童家湖分蓄民垸共4處，總面積149km2，有效蓄洪總?cè)莘e約為5.28億m3，總耕地面積11.20萬畝，總?cè)丝诩s6萬人。府澴河臥龍?zhí)墩疽韵铝饔蚣胺中詈槊褊植家妶D1。

2 研究方法

MIKE 11水動力模塊采用隱式有限差分格式離散方程對一維河道及河口河網(wǎng)水流進(jìn)行模擬，水動力模型基于一維明渠非恒定流方程，其理論基礎(chǔ)是由水流連續(xù)方程和運動方程組成的圣維南方程組：

(1)

式中：Q為流量,m3/s；A為過水?dāng)嗝婷娣e,m2；x為沿水流方向的距離,m；t為時間,s；q為河段單位長度的旁側(cè)入流量；y為水深,m；i0為河底坡度；v為斷面平均流速,m/s；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑,m；g為重力加速度,m2/s。

3 模型計算參數(shù)

3.1 計算工況

為研究府澴河在發(fā)生不同頻率洪水時，分蓄洪區(qū)民垸分洪過程對府澴河臥龍?zhí)稊嗝嫠坏挠绊懗潭?，模擬了10種工況，即當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇、50年一遇和30年一遇洪水，外江水位分別為25m、26m、27m和28m情況下，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸、童家湖分洪和不分洪時的府澴河洪水演進(jìn)過程，進(jìn)而研究分洪過程對臥龍?zhí)稊嗝娴挠绊懗潭?具體計算工況見表1。

圖1 府澴河臥龍?zhí)墩疽韵铝饔蚣胺中詈槊褊植?/p>

表1 府澴河洪水調(diào)度模擬計算工況

3.2 計算控制條件

a.控制斷面的選?。阂耘P龍?zhí)墩緸榭刂普?，該站位于府河與澴水匯合口下游約1.30km處，距府澴河出口61.00km，控制流域面積12795km2。

b.臥龍?zhí)端坏目刂品绞剑哼\用分蓄洪民垸的目的是控制內(nèi)河洪水位的上漲，使之不超過堤防保證水位。當(dāng)現(xiàn)有分蓄洪區(qū)不能控制臥龍?zhí)端簧蠞q達(dá)到30.26m時，假定不開辟新的分蓄洪區(qū)，運用現(xiàn)有分蓄洪區(qū)，力爭控制臥龍?zhí)端徊怀^30.50m。

c.分洪時機(jī)：分蓄洪民垸運用時機(jī)應(yīng)根據(jù)上游府河隔蒲潭站、澴水花園站實測洪水，臥龍?zhí)端患吧蠞q速率來綜合決策。分析實測資料，洪水傳播時間隔蒲潭至臥龍?zhí)都s6h，花園至臥龍?zhí)都s12h，故可以用隔蒲潭、花園兩站實測流量預(yù)報臥龍?zhí)逗樗?。?dāng)臥龍?zhí)端贿_(dá)到30.00m并繼續(xù)上漲時(隔蒲潭、花園站實測洪水持續(xù)增加)，應(yīng)啟用分蓄民垸分洪。

3.3 計算參數(shù)條件

a.斷面條件：河道斷面選用府澴河實測的65個斷面，分別為府澴河樁號62+389～9+674區(qū)間的50個斷面、老河樁號9+061～1+175區(qū)間的7個斷面和新河樁號8+407～0+169區(qū)間的8個斷面。

b.邊界流量條件：采用流量途徑推求設(shè)計洪水，并考慮上游水庫攔蓄作用,府澴河臥龍?zhí)墩静煌l率洪水過程見圖2。

圖2 府澴河臥龍?zhí)墩静煌l率洪水過程

c.分洪情況：不同工況下，計算府澴河分洪情況，見表2。

表2 不同工況下府澴河分洪情況

d.水位條件：由外江水位推算得到老河和新河出口處的水位。

e.糙率條件：根據(jù)1963年、1996年兩場洪水過程，率定河段綜合糙率為0.04。

4 計算結(jié)果

4.1 臥龍?zhí)稊嗝嫠贿^程

a.當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，外江水位分別為25.00m、26.00m時，計算孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖3。當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，外江水位分別為27.00m 、28.00m 時，計算孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸、童家湖分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖3。

由圖3可知，當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，外江水位分別為25.00m、26.00m時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m左右；外江水位分別為27.00m 、28.00m 時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸、童家湖按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m以下。

b.當(dāng)府澴河發(fā)生50年一遇洪水，外江水位分別為25.00m、26.00m、27.00m和28.00m時，計算分蓄洪民垸分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖4。其中外江水位為25.00m時，孝南區(qū)幸福垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m左右。外江水位分別為26.00m、27.00m時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m左右。外江水位分別為28.00m時，孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m以下。

c.當(dāng)府澴河發(fā)生30年一遇洪水，外江水位分別為27.00m和28.00m時，計算分蓄洪民垸分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩镜乃贿^程，見圖5。外江水位分別為27.00m、28.00m時，孝南區(qū)幸福垸按照擬定的分洪方案進(jìn)行分洪，臥龍?zhí)墩镜乃豢梢钥刂圃?0.50m以下。

4.2 府澴河洪水調(diào)度方案

根據(jù)上述府澴河分洪過程洪水模擬，擬定府澴河臥龍?zhí)兑韵潞佣魏樗{(diào)度方案如下：

a.當(dāng)府澴河發(fā)生20年一遇或1996年型洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榉辶髁?170m3/s，可確保堤防安全，做到不潰垸分洪。

b.當(dāng)府澴河發(fā)生30年一遇洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榱髁?990m3/s，若遭遇長江武漢關(guān)水位超27.00m時，則啟用幸福垸分蓄超額洪水，控制口門寬70.00m，最大分洪流量1030m3/s。

圖3 府澴河1%洪水時分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩舅贿^程

圖4 府澴河2%洪水時分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)墩舅贿^程

圖5 府澴河3.33%洪水時峰分洪和不分洪情況下臥龍?zhí)稊嗝嫠贿^程

c.若上游水位繼續(xù)上漲，府澴河達(dá)50年一遇洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榉辶髁?890m3/s，若武漢關(guān)水位在25.00m及以下時，加強(qiáng)防御措施，可不需要分洪；若遭遇長江武漢關(guān)水位達(dá)25.00～27.00m時，相繼啟用孝南區(qū)幸福垸、東西湖東風(fēng)垸蓄滯洪區(qū)分洪，其中東西湖東風(fēng)垸洪口門寬100.00m，最大分洪流量為1460m3/s；若遭遇長江武漢關(guān)水位超27.00m以上時，還需啟用孝南區(qū)東風(fēng)垸扒口分洪，口門寬120.00m，最大分洪流量為1750m3/s。

d.若上游水位繼續(xù)上漲，府澴河達(dá)到100年一遇洪水時，相應(yīng)臥龍?zhí)逗榉辶髁?150m3/s。若長江武漢關(guān)水位在26.00m及以下時，相繼啟用幸福垸、東西湖區(qū)東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸分洪；若武漢關(guān)水位達(dá)到或超過27.00m時，除運用上述3處分蓄洪區(qū)外，還需啟用童家湖分蓄洪區(qū)，控制其分洪口門300.00m，最大分洪流量4090m3/s。

5 結(jié) 語

本文采用MIKE 11水動力模型模擬了分蓄洪民垸分洪對府澴河臥龍?zhí)墩舅坏挠绊?，?dāng)府澴河發(fā)生不同頻率的洪水時，擬定的分洪方案基本上控制了府澴河臥龍?zhí)墩镜乃?。?jīng)研究，府澴河臥龍?zhí)逗樗{(diào)度方案為：不分洪情況下，府澴河臥龍?zhí)兑韵驴煞烙?0年一遇洪水或1996年型洪水，可使臥龍?zhí)端徊怀^30.26m；啟用幸福垸可防御30年一遇洪水；遇50年一遇洪水時，則需啟用幸福垸、東西湖區(qū)外東風(fēng)垸和孝南區(qū)東風(fēng)垸；當(dāng)府澴河發(fā)生100年一遇洪水，若武漢關(guān)水位在26.00m以下時，啟用幸福垸、東西湖區(qū)東風(fēng)垸、孝南區(qū)東風(fēng)垸分洪，可控制臥龍?zhí)端徊怀^30.50m，若武漢關(guān)水位超過27.00m時，除上述3處蓄滯洪區(qū)啟用外，還需啟用童家湖分蓄超額洪水。