入海江河泄洪闸、挡潮闸的设计洪水位分析计算

李勇泉

（福建省漳州市水利水电勘测设计研究院，福建漳州 363000）

入海江河泄洪闸、挡潮闸的设计洪水位分析计算

李勇泉

（福建省漳州市水利水电勘测设计研究院，福建漳州 363000）

通过福建省龙海市南溪下游河道整治工程、晋江市金井溪河道整治工程，对入海口起始水位的选定及潮水与洪水组合选择进行分析，了解到入海江河潮汐对洪水的顶托影响，以引起对感潮段设计洪水位计算方法的科学应用和重视。

入海江河；泄洪闸；感潮；潮洪组合；起始水位；设计潮型；设计水位

1 存在的问题

福建省沿海入海江河下游水利工程的实际洪水位经常超出设计洪水位，沿海挡潮闸下淤积的主要原因是建闸后上游径流量减少、落潮历时延长、流速减弱、潮流量变小、潮波变形、潮汐水道变化和围垦不当等，闸下淤积影响了工程效益的充分发挥；另一很重要原因是设计洪水位计算不够合理。本文主要分析设计洪水位的计算方法对工程的影响，通过两例实际工程设计洪水位计算的分析，对一般工程的设计洪水位计算问题展开讨论，以期对类似工程有所借鉴［1］。

2 南溪桥闸下游河道整治工程洪水位计算

2.1 现状

南溪位于福建省南部，属九龙江支流，流域面积660km2，流经平和、漳浦、龙海3个市县，南溪桥闸位于南溪流域南溪河口上游18km处河段。

解放后，每逢影响大的台风暴雨，南溪流域多发生洪水，1959—1963年曾连续发生洪水5次，以1960年“6.9”洪水损失为大，良田受淹数千公顷，房屋倒塌近千间，粮食损失数万担，伤亡百余人。

进入21世纪后，发生了历史最大洪水。2006年5—7月，1号强台风“珍珠”、4号强热带风暴 “碧利斯”和5号超强台风“格美”先后来袭，给南溪流域带来大暴雨和特大暴雨，南溪桥闸上游水位达5.89m，超桥闸100a一遇校核洪水位（原设计4.18m）1.71m，为历史最高水位。堤防多处冲塌，程溪的官园村、东泗乡的碧浦、水浒、渐山等村受淹，官园村水深4m多，堤防决口42处，坍塌74处，龙海市经济损失1.6亿元，历史罕见。

南溪流域中下游防洪堤各段高低不一，断面边坡陡，稳定安全系数小，经不起一场较大的洪水来袭。南溪桥闸1965年由龙溪水利电力局设计，水闸上游校核洪水位4.18m，游潮水位4.4m，确定闸墩顶高程5.00m。应桥闸和龙海市水利局及相关主管部门的要求，对南溪桥闸下游河道的洪水位进行重新设计［2］。

2.2 计算分析成果

南溪桥闸建成于1966年12月，20世纪80年代以前资料不完整，现有南溪桥闸1980—2006年桥闸上游和1980—2006年桥闸下游年最高位水位观测资料、白水站1981—2006年、浮宫站1970—2006年年最高观测水位资料。选取南溪下游浮宫大桥断面作为南溪下游河道水面线计算起始断面，起始水位以浮宫大桥观测潮位作为设计依据。据浮宫大桥1970—2006年共37a实测年最高潮位资料，进行频率曲线分析计算，成果如下：

根据浮宫大桥实测潮位资料分析，浮宫大桥最高潮位由最高天文潮位所产生，依据洪潮组合原则，可由上游总入流量某一频率设计洪峰流量及浮宫大桥多年平均最高潮位值，即是该频率浮宫大桥的相应起始水位。

根据推求的各河道设计洪峰流量、断面糙率及起始水位资料，按伯努利能量方程式由下往上逐段推求南溪桥闸闸下设计洪水位。分析复核设计成果、原设计成果与实际发生洪水比较，原设计成果明显偏小甚多（见表1），复核成果偏大4.74%。考虑复核洪水标准略大于碧利斯台风洪水，复核设计成果与实际洪水位基本一致。

表1 南溪桥闸闸下洪水位复核成果 m

2.3 原设计成果洪水位偏小的影响分析

原设计按潮水定下游水位，没有考虑南溪桥闸至河口距离有18km，河道狭窄，遭遇洪水时不可能仅为潮水位，下游水位的抬高影响桥闸泄洪，使得原设计水闸闸门高度、泄洪净宽远远不足，使得桥闸上游洪水排泄不畅，受灾频繁，极大影响上游地区的社会与经济发展。根据本次分析，对南溪水闸的更新改造已迫在眉睫。

3 晋江市金井溪河道整治工程洪水位计算

3.1 现状

金井溪发源于福建省晋江市金井镇新街，流经新街、新市、下丙等村庄，于金井镇的利生桥（下丙桥）汇入下游养殖场港道，经9孔拦潮闸注入围头湾，金井溪下游出海口拦潮闸控制流域面积24.1km2，主河道长7.0km，平均坡降1.4‰。

晋江市位于福建省东南沿海，属亚热带海洋性季风气候区，同时也是台风活动频繁地区之一，由此造成的台风暴雨、大暴雨，甚至特大暴雨时有发生；加之流域中上游地处中低山地，暴雨洪水在中上游汇流快，而下游地处平坦低洼的晋南海滨平原，受沿海潮水与晋江洪水的顶托，洪水（涝水）出流不畅，极易造成洪涝灾害。

1988年10月：受24号台风和9月大潮的共同袭击，沿海乡镇受灾损失严重，金井围垦海堤决口一处宽80m，堤内19.53hm2对虾养殖场“全军覆没”，场内设施遭受严重破坏，损失1799.5万元，堵口及修复加固大堤资金371万元。还有陈埭、东石、英林等乡镇海堤都遭受不同程度的破坏。

2000年8月25日第10号台风于8月23日上午在晋江市正面登陆，由于这次台风风力强、范围广、移动快、来势猛，使晋江市遭受严重损失，金井、钞岱一带村庄基本受淹，金井龙虾养殖场管理房42座被毁、损失74万元。应晋江市水利局及相关主管部门的要求，对金井溪下游港道挡潮闸闸前设计洪水位进行重新设计。

3.2 挡潮闸闸前洪水位计算

3.2.1 设计潮型分析

金井溪由下游的养殖场港道经9孔拦潮闸流入围头湾，下游为感潮河段，其水位受河口外海潮位影响，由于围头湾无长系列实测的潮位资料，因此围头湾的设计潮位采用附近的崇武潮位站潮位分析成果。

根据福建省沿海潮汐统计分析：泉州海域属典型的半日潮区，潮型呈比较规律的涨潮6h、落潮6h，每日两个周期。以崇武站1956年以来潮位系列资料（其中1993年和1994年缺测）年最高潮水位进行排频计算，按P—Ⅲ线型进行适线分析，求得崇武站年最高潮水位频率曲线成果为：多年平均年最高潮水位为3.73m，变差系数 Cv＝0.04，Cs／Cv＝19.0；按极值Ⅰ型统计分析，成果为：多年平均年最高潮水位为3.73m，均方差S＝0.247。崇武站潮位一般采用极值Ⅰ型统计分析成果，崇武站年最高潮位设计成果：

通过对崇武潮水位站资料分析，选择实际发生过接近多年平均高潮水位的1977年8月潮位过程线作为典型潮型，对选用的典型潮水位过程线进行放大修正，从而确定外海潮水位过程线。

3.2.2 闸前起始水位分析计算

金井溪经过下游养殖场港道于出海口9孔拦潮闸处注入围头湾。目前金井溪下游港道在养殖场内的河宽较为平顺，河宽为40～55m。下游出海口处河宽突然增大，最宽处达210m。出海口处的9孔拦潮闸，每孔闸门宽2.8m，闸底高程为－1.87m。本次复核设计在工程可行性研究的基础上，对下游港道进行清淤拓宽，增加上游河道作为河川半日型调节水库的调蓄能力，本次起始水位计算根据下游整治情况及闸排方式进行调洪计算确定。

由滞洪容积、20a一遇内江洪水过程线以及外海多年平均年最高潮水位过程线等，结合涝区最高内涝限制水位，应用水量平衡方程式进行蓄水排涝计算，计算中当内河水位高于外海潮水位时开启闸门排水，当外海潮位高于内河水位时关闭闸门，由此以0.5h为一时段进行滑动调洪试算，选取最不利条件下的排涝流量和内江水位作为本次设计成果（见表2）。其中，水量平衡公式如下：

式中：Q1、Q2为时段初、末入库流量，m3／s；q1、q2为初段初、末出库流量，m3／s；V1、V2为时段初、末水库蓄水量，万m3。

表2 金井溪（拦潮闸以上）调洪过程表

3.2.3 调洪演算分析

由于不同的潮洪组合对调洪演算结果影响较大，在以往的多次设计及研究报告已经确定，潮洪组合按设计洪水和外海多年平均最高潮水位遭遇，因此本次复核，主要分析外海最高潮位与入库洪峰流量的不同组合（见表3）对工程的影响。由表3可知，经过不同组合的滑动分析计算，选择峰前潮后1h的组合方式作为设计依据对工程的安全是最可靠的，此组合可作为本区域设计洪潮组合的一般规律，可起类似工程参考作用。

表3 金井溪（拦潮闸以上）闸上洪水位复核成果m

4 结 语

经过以上分析研究和实践表明，通过对福建九龙江南溪桥闸闸下洪水位复核成果及福建晋江小流域金井溪（拦潮闸以上）闸上洪水位复核成果进行分析，了解到入海江河潮汐对洪水的顶托影响，进一步认识和掌握起始水位确定的重要性。同时，随着社会经济的发展，水利建设工程的发展，认识和掌握江河位于感潮河道上潮洪遭遇规律，对水利工程的设计起到至关的作用。

［1］华家鹏，孔令婷.分期限水位和设计洪水位的确定方法［J］.水电能源科学，2002，20（01）：21－23.

［2］谢迪泉，余文公.用频率组合法分析湘潭站设计洪水位［J］.黑龙江水利科技，2006，34（03）：1－2.

TV122.3

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1007－7596（2014）08－0085－03

2014－04－08

李勇泉（1979－），男，福建漳州人，工程师，从事水文水资源分析及研究工作。