巢湖流域江湖洪水遭遇規(guī)律分析

田 娟

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

1 概述

巢湖流域?qū)匍L江下游左岸水系，其西南部為大別山余脈，南部和東部為沿巢及沿江圩區(qū)，西部和北部是江淮丘陵。流域地勢總體輪廓是東西長、南北短，西高東低，中間低洼平坦，形成巢湖盆地。巢湖湖泊形態(tài)呈東西兩端向北翹起，中間向南凸出，成凹字形，狀如鳥巢。巢湖流域總面積13544.7km2，其中山丘區(qū)9697.7km2，占流域面積71.6%；圩區(qū)3040.8km2，占流域面積22.4%；湖泊806km2，占流域面積6.0%。

巢湖流域三面環(huán)山、且臨近長江的特殊地理位置，加之氣候條件多變，江湖遭遇關(guān)系復(fù)雜，加之巢湖周邊及圩區(qū)地勢較低，極易發(fā)生洪澇災(zāi)害，解放以來，巢湖流域發(fā)生洪澇災(zāi)害有18年，其中較為嚴(yán)重的年份有10年，約4～7年一遇。以往的《巢湖流域防洪規(guī)劃》只對大水年的江湖水位和內(nèi)部暴雨進(jìn)行了描述，并沒有總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，在調(diào)洪演算時(shí)對所有受災(zāi)年份均進(jìn)行了調(diào)節(jié)計(jì)算，工程量巨大并繁瑣。本文通過對大水年汛期3個(gè)月(6—9月)的長江水位、巢湖水位和內(nèi)部降雨過程展開分析，并結(jié)合排江河道過流能力對遭遇的影響，總結(jié)出其中的規(guī)律，化繁為簡，從10個(gè)大水年份中篩選出對工程規(guī)模具有決定作用的2個(gè)典型年，作為后續(xù)開展巢湖流域防洪規(guī)劃相關(guān)工作的基礎(chǔ)。

2 巢湖流域設(shè)計(jì)暴雨

巢湖流域暴雨類型主要有鋒面型暴雨、低壓型暴雨、臺(tái)風(fēng)外圍型暴雨和對流單體型暴雨，以鋒面型和低壓型暴雨居多，一般6月上旬及其以前出現(xiàn)的暴雨多為鋒面型暴雨，6月中旬至7月上旬出現(xiàn)的暴雨多為低壓型暴雨。暴雨多集中在5—8月，約占全年的55%，尤以6、7月份最為集中，占全年的32%。

巢湖流域現(xiàn)有雨量站132個(gè)，根據(jù)站點(diǎn)布設(shè)和建站時(shí)間，流域面雨量分析計(jì)算中主要選取了合肥、桃溪、巢縣、廬江、無為和舒城6個(gè)雨量站，根據(jù)泰森多邊形確定各雨量站的權(quán)重，各站點(diǎn)所占比重見表1。對巢湖流域洪水起控制作用的降雨為年最大1、3、30d降雨，對其進(jìn)行P-Ⅲ型曲線排頻，成果詳見表2。

表1 巢湖流域面雨量計(jì)算各站點(diǎn)所占比重成果表

表2 不同頻率巢湖流域面雨量計(jì)算成果表 單位：mm

3 長江水位

長江汛期水位的高低，直接影響巢湖流域洪水對江下泄。裕溪閘下有1969—2020年的水位資料，其上游相距不遠(yuǎn)的長江蕪湖站有自1900年以來約120年實(shí)測水位系列資料，蕪湖站最高水位頻率分析見表3。對裕溪閘下水位進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率分析，分析成果見表4。裕溪閘下水位略低于蕪湖站水位，100年一遇的水位可以參考蕪湖站水位。

表3 長江蕪湖站最高水位頻率分析成果表 單位：m

表4 長江裕溪閘下年最高水位頻率分析成果表 單位：m

4 大水年年江湖遭遇分析

為便于了解江湖洪水遭遇情況，選擇巢湖流域發(fā)生洪澇災(zāi)害的年份，分別為1954、1969、1983、1991、1996、1998、1999、2003、2016、2020年10個(gè)大水年，本次對大水年從入湖洪水過程、江湖洪水位過程進(jìn)行對比分析。

4.1 1954年

長江和巢湖均發(fā)生流域性特大洪水，巢湖流域最大1d降雨165mm，最大3d降雨189mm，最大30d降雨634mm，降雨綜合頻率20年一遇。因裕溪河口尚未建閘和無為大堤潰破，近38億m3江洪倒灌入巢湖，內(nèi)外洪水難以區(qū)分，入湖洪水無法計(jì)算。從長江高水位持續(xù)時(shí)間和江洪倒灌可以判斷，該年江湖洪水長歷時(shí)遭遇，如圖1所示。

圖1 1954年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.2 1969年

巢湖流域發(fā)生區(qū)域性大水，巢湖流域最大1d降雨220mm，最大3d降雨334mm，最大30d降雨635mm，最大入湖洪峰6300m3/s，來水綜合頻率約20年一遇；長江最高洪水位11.21m，不足10年一遇。雖然前期來水小，不能外排，但是主峰使巢湖水位升高后實(shí)現(xiàn)了自排，巢湖最高水位為11.88m。流域內(nèi)部由于河道規(guī)模不夠，河道潰破導(dǎo)致了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

圖2 1969年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.3 1983年

當(dāng)年巢湖流域最大1d降雨67mm，最大3d降雨100mm，最大30d降雨407mm，最大入湖洪峰2521m3/s，來水綜合頻率不到5年一遇；長江最高洪水位12.2m，約20年一遇。巢湖流域來水小，巢湖水位低，前期內(nèi)部洪水難以排泄入江，后期巢湖水位上漲之后，便可自排入江，巢湖最高水位12.29m，沒有造成較大的洪澇災(zāi)害，如圖3所示。

圖3 1983年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.4 1991年

巢湖流域最大1d降雨138mm，最大3d降雨238mm，最大30d降雨761mm，最大入湖洪峰7535m3/s，來水綜合頻率為20～50年一遇；長江最高洪水位11.80m，約13年一遇。整個(gè)汛期巢湖均可順暢泄洪，但由于河道規(guī)模與泄洪量不相適應(yīng)，仍造成嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，如圖4所示。

圖4 1991年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.5 1996年

巢湖流域最大1d降雨54mm，最大3d降雨119mm，最大30d降雨478mm，最大入湖洪峰2129m3/s，來水綜合頻率不足5年一遇；長江最高洪水位12.07m，約20年一遇。巢湖流域來水小，巢湖水位低，內(nèi)部洪水難以排泄入江，后期巢湖水位上漲之后，便可自排入江，巢湖最高水位11.87m，沒有造成大的洪澇災(zāi)害，如圖5所示。

圖5 1996年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.6 1998年

巢湖流域最大1d降雨42mm，最大3d降雨92mm，最大30d降雨252mm，最大入湖洪峰1483m3/s，來水綜合頻率不足5年一遇；長江最高洪水位12.51m，約50年一遇。巢湖流域來水小，巢湖水位一直維持低，巢湖最高水位10.75m，沒有造成大的洪澇災(zāi)害，如圖6所示。

圖6 1998年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.7 1999年

巢湖流域最大1d降雨114mm，最大3d降雨157mm，最大30d降雨389mm，最大入湖洪峰4571m3/s，來水綜合頻率不足10年一遇；長江最高洪水位12.16m，約20年一遇。巢湖流域前期來水小，不能外排，但是主峰使巢湖水位升高后實(shí)現(xiàn)了自排，巢湖最高水位11.75m，沒有造成大的洪澇災(zāi)害，如圖7所示。

圖7 1999年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.8 2003年

巢湖流域最大1d降雨64mm，最大3d降雨170mm，最大30d降雨449mm，最大入湖洪峰4120m3/s，來水綜合頻率不足10年一遇；長江最高洪水位11.2m，不足10年一遇。雖然前期來水小，不能外排，但是主峰使巢湖水位升高后實(shí)現(xiàn)了自排，巢湖最高水位為11.4m，沒有造成大的洪澇災(zāi)害，如圖8所示。

圖8 2003年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.9 2016年

巢湖流域最大1d降雨191mm，最大3d降雨304mm，最大30d降雨609mm，最大入湖洪峰6595m3/s，來水綜合頻率約20年一遇；長江最高洪水位12.25m，約20年一遇。在洪峰來臨時(shí)對應(yīng)的長江水位為10.2m，江水位較低，大部分來水能自排，沒有造成大的洪澇災(zāi)害，如圖9所示。

圖9 2016年江湖洪水遭遇情況示意圖

4.10 2020年

巢湖流域最大1d降雨148mm，最大3d降雨240mm，最大30d降雨572mm，最大入湖洪峰8657m3/s，來水綜合頻率約50年一遇；長江最高洪水位12.65m，約50年一遇。大量來水難以下泄入江，致使巢湖閘上湖水位迅速攀升至13.30m(忠廟最高水位為13.43m)，創(chuàng)歷史實(shí)測記錄并突破100年一遇設(shè)計(jì)洪水位，造成極為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，如圖10所示。

圖10 2020年江湖洪水遭遇情況示意圖

5 巢湖流域江湖洪水遭遇規(guī)律分析

導(dǎo)致巢湖出現(xiàn)高水位和形成巢湖流域大面積洪災(zāi)的影響變量較多，主要取決于流域暴雨量級、對江排洪能力、超額洪水滯蓄條件及江水位頂托程度等，通過對歷年受災(zāi)年份的分析，發(fā)現(xiàn)主要影響因素為巢湖流域暴雨量級及相應(yīng)的長江水位，當(dāng)巢湖流域暴雨量級(頻率)一定時(shí)，則江水位起決定性作用，江水位的高低決定了內(nèi)部來水能否排出，江水位越低，排洪越暢快，否則就易形成洪水關(guān)門淹。

巢湖閘作為巢湖流域洪水主要出口，其設(shè)計(jì)泄洪流量1370m3/s，對應(yīng)巢湖閘上水位為20年一遇的12.5m，當(dāng)該流量能完全自排時(shí)，裕溪閘下江水位不能高于11.8m(對應(yīng)的新橋閘下江水位11.3m左右)；當(dāng)巢湖發(fā)生100年一遇洪水位13.36m時(shí)，巢湖閘下泄流量為1800m3/s，當(dāng)該流量完全自排時(shí)，裕溪閘下江水位不能高于12.3m(對應(yīng)的新橋閘下江水位11.8m左右)，可通過江水位大致劃分江湖遭遇。

(1)當(dāng)江水位低于11.8m時(shí)，稱為不遭遇型。該水位能保證巢湖閘設(shè)計(jì)及校核流量均能自由排出，即使前期降雨小導(dǎo)致入湖流量小，相應(yīng)巢湖水位低，裕溪閘被迫關(guān)閘擋洪，此時(shí)來水無法自排，但當(dāng)洪峰流量來臨巢湖水位漲起來之后，來水均能自排，不會(huì)造成重大災(zāi)害，典型的年份有1969、1991、2003年。

(2)當(dāng)江水位在11.8～12.3m時(shí)，稱為半遭遇型。該水位能保證巢湖閘上發(fā)生100年一遇及以上的洪水位時(shí)下泄流量1800m3/s能完全自排(落差大)，而巢湖閘上發(fā)生100年一遇以下洪水位時(shí)對應(yīng)的泄洪流量不能完全排出(落差小)，在實(shí)際年份中，由于內(nèi)部來水小巢湖水位沒有漲起來，前期來水無法排出，但當(dāng)水位漲起來之后，仍然有機(jī)會(huì)將來水自排入江，典型年份有1983、1996、1999年等。

(3)當(dāng)江水位高于12.3m時(shí)，稱為完全遭遇型。該水位使得巢湖閘上發(fā)生100年一遇以下洪水位時(shí)對應(yīng)的泄洪流量幾乎不能排出，而100年一遇以上洪水位時(shí)下泄流量只能部分排出，長時(shí)間處于“關(guān)門淹”，典型年份有1998、2020年。

巢湖流域江湖遭遇類型見表5。對歷年主要受災(zāi)年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見表6，在統(tǒng)計(jì)的10個(gè)年份中，不遭遇型有3年，半遭遇型有5年，完全遭遇型有3年。

表5 巢湖流域江湖遭遇類型表

表6 歷年裕溪閘下江水位表

6 結(jié)論

對巢湖流域典型年的江湖遭遇進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)1991年為不遭遇型的代表，理論上巢湖洪水均可全部順暢自排入江，但實(shí)際上仍發(fā)生了千年古鎮(zhèn)三河被淹等嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，其主要原因是裕溪河和牛屯河對江排洪河道的泄洪規(guī)模較低造成的，該典型年決定了排洪河道的河道規(guī)模；2020年為江湖洪水完全遭遇的典型代表，在巢湖發(fā)生洪水時(shí)長江洪水位早已上漲起來，內(nèi)部洪水難以排出，最后形成關(guān)門淹，需要對此研究增設(shè)排洪泵站和開辟蓄洪區(qū)問題；當(dāng)巢湖流域不遭遇型和完全遭遇型江湖遭遇問題解決之后，半遭遇型洪水也就更好解決。在制定巢湖流域防洪工程方案時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)圍繞1991年和2020年這2個(gè)極端的典型年進(jìn)行方案擬定，通過調(diào)洪演算和方案比較，確定最后的河道自排規(guī)模和泵站抽排規(guī)模的防洪工程方案。