湖泊水力調(diào)控對(duì)河湖連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)的緩釋影響

張 晨，鄭云鶴，劉殷竹，于若蘭，高學(xué)平

（天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350）

1 研究背景

近幾十年來(lái)，我國(guó)水資源與水環(huán)境問(wèn)題日益突出，水資源分布時(shí)空不均與新時(shí)代新發(fā)展的理念不相匹配，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。河湖水系連通工程作為國(guó)家治水、用水的重要戰(zhàn)略手段，對(duì)區(qū)域水資源優(yōu)化統(tǒng)籌配置、河湖生態(tài)環(huán)境改善以及抵御水旱災(zāi)害具有重要作用［1］。關(guān)于河湖連通的定義，前人從連通功能［2］、連通特征［3］、連通的時(shí)空性科學(xué)范疇［4］等不同角度詮釋了河湖水系連通的概念與內(nèi)涵，如李原園等［5］闡述了河湖水系連通的定義，即以江河湖庫(kù)等為基礎(chǔ)，通過(guò)人為的疏導(dǎo)、調(diào)度，建立江河湖庫(kù)水體之間的水力聯(lián)系。

隨著河湖水系連通工程的大量興建，對(duì)不同類型和尺度的河湖水系連通進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、預(yù)測(cè)與評(píng)估，建立應(yīng)對(duì)極端水文事件的河湖水系連通伴生風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制，制定變化環(huán)境下河湖水系連通伴生風(fēng)險(xiǎn)的適應(yīng)性對(duì)策，成為河湖水系連通伴生風(fēng)險(xiǎn)管控方面的重要研究?jī)?nèi)容。以往研究主要以兩種方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析：（1）單純的物理過(guò)程模擬。其優(yōu)點(diǎn)是考慮了水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律；缺點(diǎn)是風(fēng)險(xiǎn)情景假設(shè)致使工況方案受限，如從引水流量［6］、引調(diào)水時(shí)間［7］、水量分配［8］等單方面研究河湖水系連通伴生風(fēng)險(xiǎn)分析和管控措施，或分別利用HEC-RAS、MIKE、EFDC 等數(shù)值模擬洪水演進(jìn)過(guò)程，進(jìn)而分析洪水風(fēng)險(xiǎn)［9-10］。（2）單獨(dú)的模糊隨機(jī)分析。該方法雖然可以形成更普遍的隨機(jī)方案群，但缺乏物理機(jī)制過(guò)程，且會(huì)受到現(xiàn)有數(shù)據(jù)量和空間尺度的限制，如劉艷麗等［11］基于模糊環(huán)境構(gòu)建的水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)分析模型。該模型結(jié)合了拉丁超立方抽樣與蒙特卡羅算法的優(yōu)點(diǎn)，適用于單因素風(fēng)險(xiǎn)與多因素組合風(fēng)險(xiǎn)的分析。

本文作者等［12］利用Vine Copula函數(shù)與水動(dòng)力模型模擬技術(shù)，創(chuàng)建隨機(jī)水情條件下河湖水系連通伴生風(fēng)險(xiǎn)分析模型，探討隨機(jī)水情條件下河湖水系連通伴生風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隨機(jī)過(guò)程與物理過(guò)程的結(jié)合；并以沂沭泗水系下游河湖連通工程為例，進(jìn)一步探討湖泊水力調(diào)控對(duì)河湖連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)的定量影響。

2 研究區(qū)域與方法

2.1 研究區(qū)域概況 沂沭泗流域位于淮河流域東北部，流域面積7.96 萬(wàn)km2，占淮河流域面積的29%。沂沭泗水系下游由韓莊運(yùn)河、邳蒼分洪道、中運(yùn)河、沂河下游、老沭河、新沂河以及駱馬湖組成，如圖1 所示。該河湖連通工程中，邳蒼分洪道于1958年開(kāi)挖，連接沂河與中運(yùn)河，防治了沂河上游分洪后的漫流危害；新沂河于1949年開(kāi)挖，承接駱馬湖及老沭河來(lái)水后匯入黃海，在新中國(guó)成立后的沂沭泗流域削減水患中發(fā)揮了巨大作用。沂沭河上中游均位于山區(qū)，源短流急，且南四湖流域洪水起落較快，洪水匯集至沂沭河水系下游后，河道比降變緩，行洪不暢，存在發(fā)生洪水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 沂沭泗水系連通狀況及水文站分布

駱馬湖南北長(zhǎng)20 km，東西寬16 km。湖底高程約19.0～20.0 m，正常蓄水位23.0 m 時(shí)，湖面面積375 km2，容積9.0 億m3；設(shè)計(jì)洪水位25.0 m 時(shí)，容積15億m3；校核洪水位26.0 m 時(shí)，總?cè)莘e19.0億m3。駱馬湖承接沂河下游、中運(yùn)河以及邳蒼分洪道來(lái)水，是南水北調(diào)東線工程第二座調(diào)蓄湖泊，保護(hù)下游1000 萬(wàn)畝耕地和600 萬(wàn)人生命財(cái)產(chǎn)安全［13］，在沂沭泗水系下游的防洪體系中具有舉足輕重的作用。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析模型控制方程 對(duì)于一維、二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，其控制方程為連續(xù)性方程與運(yùn)動(dòng)方程，表述了水體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力、壓力、黏滯力和慣性力之間的平衡關(guān)系［14-15］。由于風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程發(fā)生的隨機(jī)性，采用改進(jìn)后的連續(xù)性方程與運(yùn)動(dòng)方程：

式中：u、v 為沿x、y 方向的流速，m/s；g 為重力加速度，m/s2；h 為水深，m；D 為無(wú)量綱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與河床、邊坡形狀相關(guān)；R 為水力半徑，m；H 為位置水頭，m；C 為謝才系數(shù)，m1/2/s；ω為隨機(jī)源匯項(xiàng)，s-1，ω=f (x，y，t) 。等式（2）左側(cè)為時(shí)變加速度項(xiàng)與對(duì)流項(xiàng)，等式右側(cè)從左至右依次表示重力產(chǎn)生的壓力梯度、黏滯力項(xiàng)、河床底部摩擦及隨機(jī)源匯項(xiàng)。

將C-Vine Copula n 維聯(lián)合密度函數(shù)兩邊積分得n 維累積分布函數(shù)，求解n 維累計(jì)分布函數(shù)的逆函數(shù)，可推導(dǎo)出以流量表述的隨機(jī)源匯項(xiàng)ω具體表達(dá)式為：

式中：Q 為流量，m3/s；x1，x2，…，xn為關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子；累積分布函數(shù)的逆函數(shù)F-1（x1，x2，…，xn）代表隨機(jī)生成的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子x1，x2，…，xn序列。具體計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)［12］。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)分析模型建立及驗(yàn)證 建立沂沭泗水系下游河道一維水動(dòng)力模型，即韓莊運(yùn)河、中運(yùn)河、新沂河每隔1 km 劃分一個(gè)斷面，河段長(zhǎng)度總計(jì)251 km，斷面總數(shù)共253 個(gè)。駱馬湖二維水動(dòng)力模型的網(wǎng)格尺寸為100 m×100 m，共劃分46 213 個(gè)網(wǎng)格。

一維水動(dòng)力模型選用2008年運(yùn)河站洪水過(guò)程率定模型糙率，再以2008年嶂山站洪水過(guò)程校核模型；二維水動(dòng)力模型選用水位庫(kù)容曲線驗(yàn)證模型。其中，運(yùn)河站位于駱馬湖上游的中運(yùn)河段，嶂山站位于駱馬湖下游的新沂河段。經(jīng)模型率定，韓莊運(yùn)河與中運(yùn)河糙率為0.06，新沂河糙率為0.035。模型誤差分析如圖2 所示，結(jié)果表明，平均絕對(duì)誤差（MAE）和均方根誤差（RMSE）均低于0.45 m、納什系數(shù)（NSE）大于0.85。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)分析模型水位模擬值與實(shí)測(cè)值比較

當(dāng)沂沭泗水系遭遇洪水災(zāi)害時(shí)，洪水通過(guò)韓莊運(yùn)河韓莊閘、沂河下游劉道口閘、老沭河勝利堰閘進(jìn)入沂沭泗水系下游及駱馬湖，故選取韓莊運(yùn)河、沂河下游、老沭河邊界斷面洪峰流量作為隨機(jī)變量構(gòu)建Copula 函數(shù)生成邊界條件。

首先，選用4 種常見(jiàn)水文變量分布（威布爾分布、logistic 分布、正態(tài)分布及對(duì)數(shù)正態(tài)分布）分別對(duì)各變量觀測(cè)序列進(jìn)行邊緣分布擬合，通過(guò)AIC（赤池信息準(zhǔn)則）擬合優(yōu)度檢驗(yàn)比選出最適用的邊緣分布。各分布AIC 值列于表1，其K-S 檢驗(yàn)值均大于0.05，通過(guò)檢驗(yàn)。

表1 各隨機(jī)變量不同分布類型對(duì)應(yīng)AIC 值

由表1 結(jié)果可知，韓莊運(yùn)河洪峰流量與沂河下游洪峰流量最優(yōu)擬合分布均為威布爾分布，老沭河洪峰流量最優(yōu)擬合分布為對(duì)數(shù)正態(tài)分布。將韓莊運(yùn)河、沂河下游及老沭河洪峰流量序列用其對(duì)應(yīng)擬合邊緣分布函數(shù)進(jìn)行概率積分轉(zhuǎn)換，使新序列在［0，1］區(qū)間上均勻分布。根據(jù)AIC 準(zhǔn)則，第一層級(jí)從 十種常見(jiàn)的Copula 函 數(shù)（Gaussian Copula、Student-t Copula、Clayton Copula、Gumbel-Hougaard Copula、Frank Copula、Joe Copula、BB 族Copula）選取兩變量間最優(yōu)的Pair Copula 類型，結(jié)果為韓莊運(yùn)河與沂河下游洪峰選用Frank Copula，韓莊運(yùn)河與老沭河洪峰選用Clayton Copula（270 degrees）；第二層級(jí)樹(shù)選用Normal Copula。最后通過(guò)貝葉斯估計(jì)方法估參，并利用極大似然估計(jì)對(duì)采用的Copula函數(shù)參數(shù)估計(jì)進(jìn)行修正，得Vine Copula 的p 值為0.55（大于0.05），通過(guò)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。

2.4 洪水風(fēng)險(xiǎn)源與隨機(jī)邊界條件 結(jié)合沂沭泗流域面積廣、汛期洪水峰高量大、源短流急、來(lái)勢(shì)兇猛等特點(diǎn)［16］，空間上劃分3 種風(fēng)險(xiǎn)源：風(fēng)險(xiǎn)源①，南四湖流域未遭遇洪水，沂沭河上游遭遇洪水，南四湖控制下泄，邳蒼分洪道來(lái)水進(jìn)入中運(yùn)河，繼而進(jìn)入駱馬湖，沂河來(lái)水進(jìn)入駱馬湖；風(fēng)險(xiǎn)源②，沂沭河上游未遭遇洪水，南四湖流域遭遇洪水，沂沭河上游來(lái)水東調(diào)進(jìn)入新沂河，南四湖敞泄，南四湖來(lái)水通過(guò)中運(yùn)河進(jìn)入駱馬湖；風(fēng)險(xiǎn)源③，沂沭泗流域全境遭遇洪水，南四湖洪水敞泄至韓莊運(yùn)河，邳蒼分洪道來(lái)水進(jìn)入中運(yùn)河，沂河來(lái)水進(jìn)入駱馬湖。

根據(jù)歷史水文資料，分別考慮3 種風(fēng)險(xiǎn)源，在韓莊運(yùn)河、沂河下游、老沭河洪峰流量區(qū)間內(nèi)隨機(jī)組合出水情條件，作為風(fēng)險(xiǎn)分析模型的邊界條件，并形成模擬計(jì)算方案，列于表2。

表2 模擬方案

2.5 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算方法 本文選取流量、水位和流速作為定量評(píng)估洪水風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)，分別以校核流量、保證水位、不沖流速作為判別發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的限值。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析模型模擬結(jié)果，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度，公式如下：

式中：P 為風(fēng)險(xiǎn)概率；I 為洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的模擬值，IL為相應(yīng)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)限值，GI＞IL為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)模擬值大于風(fēng)險(xiǎn)限值的模擬組數(shù)；GT為總模擬組數(shù)；R 為風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度；I′為大于風(fēng)險(xiǎn)限值的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)模擬值。借鑒趙勇等［17］依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)影響劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的方法，本文將式（4）得到的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度形成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣，列于表3，進(jìn)而確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣

3 沂沭泗水系河湖連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

當(dāng)沂沭河上游遭遇洪水，南四湖流域未遭遇洪水時(shí)，沂沭泗水系下游連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)如圖3（a）所示。沂沭河上游遭遇重現(xiàn)期為50年一遇洪水時(shí)，南四湖控制下泄，沂河下游流量超過(guò)8000 m3/s時(shí)，邳蒼分洪道進(jìn)行分洪，但分洪量較小，故韓莊運(yùn)河及中運(yùn)河段伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)較低（P=0，R=0）。新沂河承接駱馬湖嶂山閘下泄洪水及老沭河來(lái)水，新沂河全段流量風(fēng)險(xiǎn)為中風(fēng)險(xiǎn)（P=0.55，R=0.3）；大部分河段水位風(fēng)險(xiǎn)處于中風(fēng)險(xiǎn)（P=0.42，R=0.12），?？诙尾糠?jǐn)嗝嫠伙L(fēng)險(xiǎn)達(dá)到高風(fēng)險(xiǎn)（P=1，R=0.26），原因是河口淤積造成河床升高；流速風(fēng)險(xiǎn)大部分處于中風(fēng)險(xiǎn)（P=0.54，R=0.12），其中口頭段為新沂河與老沭河匯流處，河床沖蝕較深，流速降低，因此流速低風(fēng)險(xiǎn)（P=0，R=0）。

圖3 沂沭泗水系下游各風(fēng)險(xiǎn)源下風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布

沂沭河上游未遭遇洪水，南四湖流域遭遇重現(xiàn)期為50年一遇洪水時(shí)，南四湖敞泄，最大下泄流量不超過(guò)5600 m3/s，沂河下游流量未超過(guò)8000 m3/s，邳蒼分洪道不分洪。由于南四湖下泄流量較小，故韓莊運(yùn)河以及中運(yùn)河段風(fēng)險(xiǎn)較低，駱馬湖總?cè)牒髁枯^小，新沂河段風(fēng)險(xiǎn)亦較低，如圖3（b）所示，沂沭泗水系下游整體處于低風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)沂沭泗流域全境遭遇重現(xiàn)期為50年一遇洪水時(shí)，沂沭泗水系下游連通伴生風(fēng)險(xiǎn)如圖3（c）所示。韓莊運(yùn)河段處于低風(fēng)險(xiǎn)，中運(yùn)河段由于疊加邳蒼分洪道來(lái)水，流量（P=0.5，R=0.25）、水位（P=0.41，R=0.05）、流速（P=0.5，R=0.11）均升至中風(fēng)險(xiǎn)；新沂河由于承接駱馬湖下泄洪水及老沭河來(lái)水，全段流量風(fēng)險(xiǎn)升至高風(fēng)險(xiǎn)（P=0.8，R=0.59），水位風(fēng)險(xiǎn)升至高風(fēng)險(xiǎn)（P=0.73，R=0.16），流速風(fēng)險(xiǎn)大部分為高風(fēng)險(xiǎn)（P=0.75，R=0.24）；海口段附近為中風(fēng)險(xiǎn)（P=0.65，R=0.27），口頭段低風(fēng)險(xiǎn)（P=0，R=0）。

當(dāng)洪水重現(xiàn)期為百年一遇時(shí)，各風(fēng)險(xiǎn)源洪水風(fēng)險(xiǎn)均有較大提升。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源①，邳蒼分洪道在大部分時(shí)間行洪，但由于南四湖控制下泄，韓莊運(yùn)河及中運(yùn)河段洪水風(fēng)險(xiǎn)仍處于較低水平；駱馬湖入湖流量和嶂山閘下泄流量顯著增加，新沂河洪水風(fēng)險(xiǎn)顯著提升，由中風(fēng)險(xiǎn)提升至高風(fēng)險(xiǎn)（P=0.77，R=0.43）。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源②，韓莊運(yùn)河由低風(fēng)險(xiǎn)升至高風(fēng)險(xiǎn)（P=0.56，R=0.41），中運(yùn)河段由低風(fēng)險(xiǎn)升至中風(fēng)險(xiǎn)（P=0.36，R=0.27），新沂河由無(wú)風(fēng)險(xiǎn)升至低風(fēng)險(xiǎn)（P=0.2，R=0.11）。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源③，當(dāng)沂沭泗流域全境遭遇百年一遇洪水時(shí)，沂沭泗水系下游洪水風(fēng)險(xiǎn)均有較大提升，中運(yùn)河由于同時(shí)承接韓莊運(yùn)河和邳蒼分洪道來(lái)水，洪水風(fēng)險(xiǎn)由中風(fēng)險(xiǎn)升至高風(fēng)險(xiǎn)；駱馬湖入湖流量巨大，新沂河全段為高風(fēng)險(xiǎn)。

4 沂沭泗水系下游河湖連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)管控措施及效果

由上節(jié)可知，風(fēng)險(xiǎn)源②條件下沂沭泗水系下游整體處于低風(fēng)險(xiǎn)，故僅對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源①及風(fēng)險(xiǎn)源③進(jìn)行水力調(diào)控，以降低河湖連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)。圖4 為新沂河調(diào)控前后風(fēng)險(xiǎn)變化對(duì)比圖，因口頭段為新沂河與老沭河匯流點(diǎn)，海口段為新沂河入海處，流速較低，調(diào)控前后流速風(fēng)險(xiǎn)概率和強(qiáng)度均接近0，故圖中未表示。新沂河沭陽(yáng)站匯集了駱馬湖下泄洪水及老沭河來(lái)水，洪水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)需重點(diǎn)關(guān)注，該控制站點(diǎn)不同風(fēng)險(xiǎn)源條件下調(diào)控方式及效果列于表4。當(dāng)僅沂沭河上游遭遇重現(xiàn)期為50年一遇洪水時(shí)，駱馬湖起調(diào)水位由23.5 降至22.5 m，同時(shí)保證庫(kù)區(qū)汛末蓄水位保持在23 m。經(jīng)駱馬湖調(diào)蓄后，嶂山閘下泄流量減小，因僅降低起調(diào)水位，水庫(kù)削峰效果不明顯；新沂河流量風(fēng)險(xiǎn)概率降低10%左右，風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度降低16%左右，全段仍處于中風(fēng)險(xiǎn)（P=0.5，R=0.25），如圖4（a）所示。

表4 不同風(fēng)險(xiǎn)源下駱馬湖調(diào)控方式及效果

當(dāng)沂沭泗流域全境遭遇重現(xiàn)期為50年一遇洪水時(shí)，駱馬湖起調(diào)水位由23.5 降至22.5 m 并進(jìn)行預(yù)泄，盡量使湖區(qū)騰出空間來(lái)承接沂河下游及中運(yùn)河來(lái)水，同時(shí)湖區(qū)汛末蓄水位保持在23 m。調(diào)蓄后，水庫(kù)削峰效果明顯，嶂山閘至口頭流量風(fēng)險(xiǎn)概率由0.63 降至0.5 左右，口頭至?？诙瘟髁匡L(fēng)險(xiǎn)概率從0.8 降至0.5，全段風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度下降約80%，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由高風(fēng)險(xiǎn)降為中風(fēng)險(xiǎn)，如圖4（b）所示。

當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)源①及風(fēng)險(xiǎn)源③洪水重現(xiàn)期提升至百年一遇時(shí)，駱馬湖起調(diào)水位由23.5 降至22.5 m 并進(jìn)行預(yù)泄，同時(shí)啟用黃墩滯洪區(qū)進(jìn)行滯洪。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源①，經(jīng)調(diào)控后，新沂河沭陽(yáng)站洪水風(fēng)險(xiǎn)概率由0.8 降至0.6，風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度由0.42 降至0.26，由高風(fēng)險(xiǎn)降至中風(fēng)險(xiǎn)，如圖4（c）所示；而對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源③，由于駱馬湖入湖流量巨大，遠(yuǎn)超駱馬湖調(diào)蓄能力，調(diào)控幾乎不起作用。

圖4 新沂河調(diào)控前后風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

5 水力調(diào)控對(duì)新沂河洪水風(fēng)險(xiǎn)影響規(guī)律

選取新沂河同一斷面不同水情條件下的水深（本節(jié)中將上文水位變換為水深以消除不同斷面河床高程差異）與流速模擬值，計(jì)算其中位數(shù)作為該斷面水深與流速的代表值，繪制圖5 中散點(diǎn)。文中定義，水深與流速風(fēng)險(xiǎn)概率P 均小于0.4 且風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度R 均小于0.2 的斷面為安全斷面，水深與流速兩者任一P 大于0.4 或R 大于0.2 的斷面為風(fēng)險(xiǎn)斷面，經(jīng)調(diào)控后由風(fēng)險(xiǎn)斷面變?yōu)榘踩珨嗝娴姆Q之為風(fēng)險(xiǎn)緩釋斷面；安全區(qū)為水深與流速均處于低風(fēng)險(xiǎn)時(shí)（P≤0.4，R≤0.2）對(duì)應(yīng)的區(qū)域；水深與流速的安全閾值分別為低風(fēng)險(xiǎn)上界P=0.4 或R=0.2 對(duì)應(yīng)的數(shù)值，即調(diào)控前水深安全閾值為9.7 m、流速為0.8 m/s，調(diào)控后分別為10.3 m 和0.93 m/s。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)駱馬湖水力調(diào)控，下游河道部分?jǐn)嗝婷撾x風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與調(diào)控前安全區(qū)之間，文中將其稱為緩沖區(qū)。50年一遇重現(xiàn)期洪水時(shí)，綜合風(fēng)險(xiǎn)源①和③，若駱馬湖未進(jìn)行調(diào)控，當(dāng)入湖流量達(dá)到11 046 m3/s 時(shí)，下游新沂河河道超過(guò)62%的斷面出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，為風(fēng)險(xiǎn)斷面；調(diào)控后當(dāng)入湖流量達(dá)到12 672.6 m3/s 時(shí)，下游河道仍有約80%的斷面洪水風(fēng)險(xiǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)，新沂河近42%的斷面進(jìn)入緩沖區(qū)，如圖5（a）所示。當(dāng)遭遇百年一遇重現(xiàn)期洪水時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)源③調(diào)控?zé)o效果，僅考慮風(fēng)險(xiǎn)源①，如圖5（b）所示。若駱馬湖未進(jìn)行調(diào)控，新沂河72%的斷面為風(fēng)險(xiǎn)斷面，調(diào)控后當(dāng)入湖流量達(dá)到12 923 m3/s 時(shí)，下游河道斷面風(fēng)險(xiǎn)概率將達(dá)到0.4（風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度仍小于0.2），新沂河28%的斷面進(jìn)入緩沖區(qū)，處于可容忍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

圖5 駱馬湖水力調(diào)控對(duì)新沂河斷面風(fēng)險(xiǎn)影響規(guī)律

6 湖泊水力調(diào)控的風(fēng)險(xiǎn)緩釋作用

目前，多數(shù)水系連通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究只針對(duì)河河連通，或在河湖連通研究中未考慮湖泊的主動(dòng)調(diào)控作用，相關(guān)研究成果列于表5。如利用圖論相關(guān)方法研究不同連通方案下水系連通程度以及定量評(píng)估水系連通洪水風(fēng)險(xiǎn)，選擇區(qū)域河網(wǎng)最優(yōu)連通方案［18］；在沂沭河上游的河河連通分析中，以水深、流速風(fēng)險(xiǎn)限值定量計(jì)算水系連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)概率［12］。在太湖流域的洪水風(fēng)險(xiǎn)研究中，通過(guò)建立大尺度水動(dòng)力模型，對(duì)洪水災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估，該研究中加入了湖泊單元，但未研究湖泊在水系連通工程中的主動(dòng)調(diào)控作用［19］；采用一二維耦合水動(dòng)力模型的方法分析洞庭湖流域的洪水風(fēng)險(xiǎn)，考慮了湖泊的調(diào)控能力，但并未對(duì)其作出定量分析［20］。

表5 水系連通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不同研究結(jié)果對(duì)比

本文通過(guò)湖泊水力調(diào)控，分析發(fā)現(xiàn)河湖連通所伴生的洪水風(fēng)險(xiǎn)存在緩沖區(qū)域。該區(qū)域通過(guò)一定的湖泊調(diào)控方式，提高了下游河道水深、流速安全閾值，突破了原有河河連通研究中單一風(fēng)險(xiǎn)安全閾值的限制，使得風(fēng)險(xiǎn)管控更加靈活。例如，本文通過(guò)湖泊調(diào)控，將下游河道水深安全閾值由9.7 提升至10.3 m，提高6%，流速安全閾值由0.8 提升至0.93 m/s，提高16%。因此，湖泊作為河湖連通工程中的大型儲(chǔ)蓄水單元，對(duì)水系連通工程伴生風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)節(jié)、緩釋作用不可忽略。

7 結(jié)論及建議

沂沭泗水系下游遭遇50年一遇洪水時(shí)，部分河段面臨較高風(fēng)險(xiǎn)，利用駱馬湖進(jìn)行水力調(diào)控時(shí)，新沂河42%的風(fēng)險(xiǎn)斷面進(jìn)入緩沖區(qū)，河湖連通伴生洪水風(fēng)險(xiǎn)降至低風(fēng)險(xiǎn)（P=0.4，R=0.2）。但可預(yù)見(jiàn)的是，駱馬湖調(diào)控能力有限，在遭遇更大重現(xiàn)期洪水時(shí)，沂沭泗流域仍面臨著較高風(fēng)險(xiǎn)，危及兩岸人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全。為此，結(jié)合本文研究成果對(duì)沂沭泗水系下游防洪調(diào)度提出以下建議：（1）駱馬湖起調(diào)水位由23.5 降至22.5 m，并控制駱馬湖入湖流量小于12 923 m3/s，使沂沭泗水系下游洪水風(fēng)險(xiǎn)處于風(fēng)險(xiǎn)緩沖區(qū)域內(nèi)。（2）擴(kuò)大新沂河入海規(guī)模，沂沭河上游來(lái)水優(yōu)先東調(diào)，減小沂河下游進(jìn)入駱馬湖流量，同時(shí)盡量避免使用邳蒼分洪道分洪，減輕駱馬湖及中運(yùn)河的防洪壓力。（3）提升中運(yùn)河校核流量至10 000 m3/s，確保南四湖流域遭遇50年一遇洪水時(shí)，南四湖超額洪水可以敞泄至韓莊運(yùn)河，保障南四湖防洪安全，同時(shí)在邳蒼分洪道進(jìn)行分洪時(shí)，中運(yùn)河發(fā)生洪水的風(fēng)險(xiǎn)概率能夠降至低風(fēng)險(xiǎn)。（4）當(dāng)駱馬湖承接上游超50年一遇洪水時(shí)，提升嶂山閘泄洪能力，盡量避免使用黃墩滯洪區(qū)進(jìn)行滯洪，以免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)提升新沂河入海規(guī)模，減小新沂河口頭至?？诙蔚暮樗L(fēng)險(xiǎn)。