基于洪水演進(jìn)計(jì)算的泗河滯洪區(qū)建設(shè)調(diào)控技術(shù)研究

鄭燦強(qiáng) 張 莉 蘇海進(jìn)

一、泗河流域概況

（一）泗河流域水系構(gòu)成

泗河發(fā)源于山東省泰安新泰市太平頂山西側(cè)，流經(jīng)新泰、泗水、曲阜、兗州、鄒城、微山，于任城區(qū)辛閘村入南陽湖，全長159km，流域面積2357km2。流域內(nèi)有大小支流32 條，其中左岸13 條，右岸19 條，其中流域面積100km2以上的一級(jí)支流5 條：大黃溝、濟(jì)河、石漏河、小沂河、蓼河；大中型水庫4 座，小型水庫138 座，塘壩758 座。

（二）泗河流域防洪工程的重要性

泗河作為山洪河道，河形彎曲多變，地勢(shì)起伏較大，超標(biāo)準(zhǔn)洪水來勢(shì)兇猛，峰急浪高。短時(shí)間內(nèi)兩岸堤防難以承泄上游大量來水，極易造成決口，而且決口損失十分巨大。泗河防護(hù)區(qū)內(nèi)，有規(guī)劃中的濟(jì)寧、兗州、曲阜、鄒城大都市區(qū)，歷史文化名城曲阜、鄒城，濟(jì)寧市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心濟(jì)寧城區(qū)，全國重要交通樞紐兗州；有兗州煤田的特大礦井鮑店煤礦、興隆莊煤礦，以及濟(jì)東煤田的二號(hào)井、三號(hào)井，裝機(jī)360 萬kW 的鄒縣電廠等大型煤礦和電力企業(yè)；有京滬、石新鐵路，京福、日東高速公路等重要交通干線；人口100 余萬，其中下游人口約74 萬。

二、滯洪區(qū)建設(shè)規(guī)模的計(jì)算原理及方法

（一）決口口門與洪泛區(qū)范圍的分析

決口口門的位置關(guān)系到淹沒的范圍及程度。根據(jù)泗河歷年防汛經(jīng)驗(yàn)，最危險(xiǎn)的堤段有兩處：一是位于右岸23+000 處的李家河口，決口洪水將由兗州市南部進(jìn)入任城區(qū)，最后滯蓄在任城區(qū)接莊、石橋鎮(zhèn)。二是高家村，此段位于小沂河入口至?xí)憾蔚挠野叮?8+600～40+000），洪水由河槽直沖大堤，堤外地勢(shì)低洼，堤身高而單薄，是最危險(xiǎn)的堤段。高家村堤段決口后，將直接威脅京滬鐵路和兗州城區(qū)，根據(jù)鐵路橋涵的過水能力，有2/3 的水量由兗州城北向西南，洪水波及大安、泗莊、谷村、黃屯等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最后滯留在洸氵府河與蓼溝河之間；有1/3 的水量從兗州城向南，洪水波及城關(guān)、王因、接莊、石橋及黃屯南部，最后與下游決口的洪水一起滯留在下游的接莊、石橋鎮(zhèn)。防洪工程完成以后，根據(jù)各河段地理位置、河形走勢(shì)及設(shè)計(jì)堤防防洪能力，泗河遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水（1/50），李家河口段已能滿足泄洪能力，在高家村將出現(xiàn)決口危險(xiǎn)，故本次決口水量及淹沒范圍按高家村處決口計(jì)。

（二）決口水量分析及超標(biāo)準(zhǔn)洪量的計(jì)算

1.計(jì)算原理

根據(jù)不同頻率洪水，自上而下，按河道防洪能力確定是否決口及決口的先后次序。如遇50年一遇的洪水，首先根據(jù)書院站斷面的洪水過程，看是否超過書院站至小沂河入口堤防的行洪能力，如超過，則超出部分水量即為造成洪災(zāi)的水量。此水量可從洪水過程線上采取近似的方法切割出來，起點(diǎn)為行洪能力，止點(diǎn)為河道的平槽泄量（計(jì)算示意圖見圖1）。下一段即小沂河入口至湖口段的洪水過程，考慮到上段已決口，以扣除決口流量的洪水過程與下段堤防行洪能力比較，確定是否決口，向下依次類推直至湖口。其他頻率的洪水按同一方法進(jìn)行推求。其各河段決口水量的總和即整個(gè)河段造成洪災(zāi)的洪量。

圖1 決口流量過程線計(jì)算示意圖

2.計(jì)算方法

各種頻率洪峰流量，按湖東水文計(jì)算方法計(jì)算，水庫調(diào)洪按半圖解法，單輔助曲線進(jìn)行計(jì)算，具體見式（1）～（3），決口水量計(jì)算按式（4）計(jì)算。

洪峰流量計(jì)算公式：

式中：S主支—主支流平均坡度；F—流域面積；R—各時(shí)段分配的凈雨深，由湖東水文計(jì)算和查表而得。

洪峰歷時(shí)計(jì)算公式：

式中各符號(hào)的含義同（1）式。滯洪區(qū)調(diào)洪計(jì)算公式：

式中：Q1、Q2—時(shí)段Δt 初、末的來水量（m3/s）；q1、q2—時(shí)段Δt初、末的泄水量（m3/s）；ΔV—時(shí)段Δt初、末的蓄水變量m3。

式中：Q（t）—大河流量過程曲線；q（t）—決口流量過程曲線；dt—計(jì)算時(shí)段，（h）。

3.計(jì)算結(jié)果

以泗河工程治理前后1/50 洪水標(biāo)準(zhǔn)為例，計(jì)算泗河洪水過程線、滯洪區(qū)泄洪流量線和調(diào)洪后泗河洪水過程線，計(jì)算結(jié)果見表1。滯洪區(qū)調(diào)洪前后泗河洪水流量過程線見圖2。

圖2 滯洪區(qū)建設(shè)前后泗河流量過程線圖（1/50）

表1 泗河治理后1/50 洪水流量過程線及滯洪區(qū)蓄水量計(jì)算表

三、建設(shè)的必要性和調(diào)控的科學(xué)性

將泗河防洪工程治理前后，遭遇不同頻率洪水，滯洪區(qū)滯水水量和上下游決口水量進(jìn)行計(jì)算，統(tǒng)計(jì)對(duì)比見表2。

表2 滯洪區(qū)滯水水量和上下游決口水量計(jì)算成果表

（一）滯洪區(qū)建設(shè)的必要性

當(dāng)遭遇50年一遇或100年一遇的洪水時(shí)，天然滯洪區(qū)的滯洪能力已不能滿足防洪要求。洪水一旦漫堤決口，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。工程現(xiàn)狀中，只將泗沂三角地帶滯洪區(qū)和相應(yīng)河段作為整體，考慮其調(diào)蓄作用，所以滯洪區(qū)僅相當(dāng)于天然水庫，不能科學(xué)有效地控制滯洪區(qū)進(jìn)出水量，使工程在遇到50年一遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，滯洪區(qū)僅滯水796.7 萬m3，下游李家河口附近仍會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水，致使該處險(xiǎn)工險(xiǎn)段可能出現(xiàn)決口。決口水量經(jīng)計(jì)算為13583.2 萬m3。所造成農(nóng)林牧副漁、工礦企業(yè)、交通、旅游等各產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，按2000年國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算，約合人民幣為26.23 億元。其他頻率工程前后決口水量對(duì)比見表2。

（二）確定滯洪區(qū)建設(shè)的規(guī)模和位置

根據(jù)工程的實(shí)際情況和防洪要求，本著既能充分發(fā)揮泗河防洪工程的重要作用，又能切實(shí)有效減少淹沒損失，特別是保證下游兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全的原則，確定滯洪區(qū)的建設(shè)規(guī)模和位置。由表2可以看出，工程治理后，滯洪區(qū)最大滯水量應(yīng)為1803.5 萬m3，所以滯洪區(qū)的規(guī)模應(yīng)不小于該滯水水量。根據(jù)滯洪區(qū)地形和地勢(shì)，確定積水深度后，即可確定滯洪區(qū)的范圍。根據(jù)歷次泗河有關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)和工程運(yùn)用實(shí)際，建議泗河滯洪區(qū)設(shè)在泗河左岸——泗沂三角地區(qū)（48+600～40+595）。根據(jù)地形圖，按照設(shè)計(jì)洪水位55.3m（已扣除分洪閘過閘水頭損失），滯洪區(qū)最大蓄水量為1831.53 萬m3，滿足滯洪要求。

（三）滯洪區(qū)調(diào)控的科學(xué)性

科學(xué)調(diào)度控制的原則為：（1）當(dāng)泗河遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，要將超標(biāo)準(zhǔn)洪水峰量盡量削減至設(shè)計(jì)行洪能力以下，以保證洪峰安全下泄；（2）在保證削減首次洪峰后，滯洪區(qū)仍有能力削減設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的第二洪峰；（3）盡量降低滯洪區(qū)的滯洪水量，以減少淹沒損失。所以在泗河防洪工程建成后，泗河滯洪區(qū)調(diào)控措施為：（1）遇20年一遇的洪水不需啟用滯洪區(qū)；（2）遇50年一遇的洪水應(yīng)及時(shí)啟用滯洪區(qū)，并參照表1實(shí)時(shí)控制進(jìn)洪閘的流量；（3）遇100年一遇的洪水，超出堤防設(shè)計(jì)和校核范圍，此時(shí)該滯洪區(qū)上游白家店處可能出現(xiàn)決口風(fēng)險(xiǎn)，需提前進(jìn)行加固處理，上游水庫調(diào)蓄泄洪，需適時(shí)科學(xué)合理地啟用滯洪區(qū)，以保障泗河下游行洪安全■