湖南省洞庭湖堤垸区实用性洪水风险图编制

宋 平 郑 颖 于思洋（.湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 40007；.湖南省防汛抗旱指挥部办公室 长沙市 40007）

湖南省洞庭湖堤垸区实用性洪水风险图编制

宋 平1郑 颖1于思洋2
（1.湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007；2.湖南省防汛抗旱指挥部办公室 长沙市 410007）

在分析洞庭湖区地理特征、洪水特性基础上，提出了采用水位作为洪水量级标准以简化外河洪水分析，采用同一溃口多个进洪流量以尽量弥补溃口宽度不确定性影响的洞庭湖堤垸区洪水风险图编制方案，并在提交基本图件成果基础上，绘制了堤垸区特征点进洪历时～水深关系曲线、进洪历时～灾损关系曲线，丰富了防汛抢险决策依据信息。编制成果对指导实时防汛抢险具有较好的实用性。

洞庭湖 洪水风险图 洪水标准 溃口流量 防汛抢险

1 区域概况

1.1 自然地理

洞庭湖区是指长江荆江河段以南，湘、资、沅、澧四水尾闾控制站以下，高程在50 m以下跨湘、鄂两省的广大平原、湖泊水网区，湖区总面积19 195 km2，其中天然湖泊面积约2 625 km2，受堤防保护面积15 152 km2【1】。

洞庭湖地势整体上呈西高东低的趋势。广大的洞庭湖冲积平原为水系堤防所分割，据统计，仅湖南省洞庭湖区千亩以上堤垸就有215个。单个堤垸的面积不大，垸内地势平坦开阔，高差起伏不大，平均地面高程与洪水位之差一般在6 m以上。

1.2 河流水系

洞庭湖水系主要由湘江、资水、沅江、澧水四大水系和长江松滋口、太平口、藕池口、调弦口（1958年冬封堵）三口分流水系组成，还有汩罗江、新墙河等支流入汇。河湖之间又有串河、洪道沟通，水系错综复杂，为典型的平原水网区。现在洞庭湖分西、南、东三个湖泊，洪水时洪道、湖泊连成一片，水流相互顶托干扰。见图1。

图1 洞庭湖水系图

2 洞庭湖区洪水特征

（1）洪水历时长。洞庭湖来水条件复杂，出口又受长江洪水的顶托影响，高洪水位持续时间长达半年之久，如岳阳城陵矶七里山站，1998年实测最高水位为35.94 m，超32 m水位持续时间达84 d，超33 m水位达78d。

（2）洪水位高。洞庭湖冲积平原区地势低平，洪水期外河洪水位一般高出堤垸内地面平均高程6 m以上，受江湖关系变化影响，洞庭湖区洪水位逐年抬升。在相同流量条件下保留80年代洞庭湖的水位比荆江裁弯前（1966～1972年）系统抬高（1.25～2.19）m；20世纪90年代又比80年代抬高（0.57～0.64）m[2]。

（3）洪水流量及洪量大。根据洞庭湖出口城陵矶（七里山）站统计，洞庭湖历年最大出湖洪峰流量为43 900 m3/s，多年平均洪峰流量为27 600 m3/s。多年平均最大 3 d、7 d、10 d、15 d、30 d洪量分别为70，157，217，309，544亿m3[1，3]。

3 洪水分析方案设置

3.1 设计洪水

洞庭湖区堤垸设计洪水一直沿用水利部水总规[1997]58号文“关于报送《洞庭湖区综合治理近期规划报告》审查意见的报告”中明确的“东南洞庭湖及藕池河系仍按1954年实测最高洪水位，西洞庭湖及松滋、太平水系以解放以来至1991年实测最高洪水位为设计水位”。

该次洪水风险图编制对于外河洪水量级，沿用洞庭湖区一贯方式，以水位表征洪水量级。洪水分析采用堤防设计水位和历史最高水位两种量级。

由于洞庭湖洪水历时长，洪量大，采用特征水位作为设计洪水，客观反映了洞庭湖洪水特点。

3.2 堤垸溃决方案

3.2.1 溃口位置设置

溃口位置根据对保护区影响较大和各种不利情况的组合，综合考虑堤防险工情况、堤垸内现状地物阻隔情况、历史溃口情况等设置。

对于蓄滞洪区，还应考虑规划或已建分洪口门主动分洪情况。

以共双茶蓄洪垸为例：共双茶垸内有两条间堤，分别为共双间堤和茶双间堤，将共双茶垸分成共华垸片、双华垸片、茶盘洲片。考虑到各分片的堤防阻隔作用，在各分片各设置一处被动溃口。溃口位置拟定时，先对各分片堤防险工和历史溃口进行了调查，并与当地防汛部门进行了协商与沟通，初步拟定西华电排下、东南拐和八形叉（1996年溃决）三处被动溃口。

附表 拟定被动溃口基本情况表 m

共双茶垸主动分洪口门位于鲇鱼下，规划为12孔单宽24m的分洪闸[5]。

共双茶垸分洪溃口位置见图2。

图2 共双茶垸分洪口及溃口分布图

3.2.2 溃口流量设置

由于堤防溃口宽度影响因素非常复杂，与河道宽度、堤防地质条件、洪水位高低、洪水特性（场次洪水历时）、堤垸大小（影响分洪历时从而影响溃口冲刷时间）等因素相关。从洞庭湖历史溃口调查情况来看，万亩以上堤垸单处溃口宽度从几十米到五百多米不等，四水尾闾及四口河系地区溃口宽度以（50～300）m居多，临湖堤防溃口宽度要宽一些，最大宽度达 564 m。总体上溃口宽度具有较大的随机性。

为了尽可能全面地反映未来溃决事件发生后的堤垸区的风险信息，以增强洪水风险图实用性，对于洞庭湖区四水、四口尾闾及洞庭湖洪道，以理论计算溃口宽度对应的溃洪流量为基础，并考虑溃口宽度具有一定的随机性，在理论溃洪流量附近等差设置四个进洪流量级进行洪水分析。由于洞庭湖水位变化缓慢，采用恒定流量对分析计算成果影响不大。

仍以共双茶垸为例，共双茶垸北临赤磊洪道，东、西、南面均为洞庭湖大水域。

对于共双茶垸北面赤磊洪道西华电排溃口，《洪水风险图编制技术细则》推荐的溃口宽度计算公式如下：

式中 Bb——溃口宽（m）;

B——河宽（m）。

西华电排溃口处河宽340 m，计算溃口宽度180 m。

理论溃口宽度对应的溃洪流量按宽顶堰公式计算，计算公式如下：

式中 m——自由溢流的流量系数；

σ——淹没系数；

Qb——溃决口处出流（m3/s）；

Z——决口处河道水位（m）；

Zb——溃口底部高程（m）；

B——溃口宽度（m）。

经计算，设计水位溃口流量2 572 m3/s，历史最高水位溃口流量3 990 m3/s。以此流量为基础，按溃口进洪流量1 500 m3/s、2 500 m3/s、3 500 m3/s、4 500 m3/s等差设置4个进洪流量级进行洪水分析。其中设计水位条件下对应进洪流量1 500 m3/s和3 500 m3/s，历史最高水位对应进洪流量2 500 m3/s和4500 m3/s。

对于临湖堤防溃口宽度，因无理论计算公式，参照调查到的1996年共双茶垸八形汊溃口（调查流量6 400 m3/s）及钱粮湖垸溃口（调查流量约7 500 m3/s）进洪流量级进行设置。考虑溃口宽度具有一定的随机性，按2 000 m3/s、4 000 m3/s、6 000 m3/s、8 000 m3/s等差设置4个进洪流量级进行洪水分析。其中设计水位条件下对应进洪流量2 000 m3/s和6 000 m3/s，历史最高水位对应进洪流量4 000 m3/s和8 000 m3/s。

4 成果及其在防汛抢险决策中的应用

湖南省洞庭湖堤垸区洪水风险图编制主要应用成果包括每个方案的淹没水深分布图、洪水前锋到达时间图、避险转移图（每个溃口一张）、洪灾损失、特征点进洪历时～水深关系曲线、进洪历时～灾损关系曲线（见图3）。由于洞庭湖洪水历时较长，淹没历时图实际意义不大，对此成果没有要求。

图3 进洪历时～洪灾损失曲线示例图

上述成果为防汛抢险决策提供了丰富的信息，对于紧急情况下的决策更具有实际指导作用。

对于未来相近溃决条件的突发溃垸情况，利用淹没水深分布图，可以大致确定撤退转移的范围；利用洪水前锋到达时间图，大致确定紧急撤退时间及批次，撤退转移方向；利用灾害损失信息，与其他堤垸溃决情况相比，可以做出保与弃的决策；利用特征点进洪历时～水深关系曲线、进洪历时～灾损关系曲线，决定抢险力度及投入，以及溃决一段时间后后续抢险必要性（在某个时间拐点之前，灾害损失持续增加，则持续全力抢险，某个时间拐点后，灾害损失已变化不大，则无继续抢险必要）。

由于每个溃口分析了4个流量级方案，方案较多，如果未来实际溃垸洪水溃决条件（溃口位置、外河水位、溃口流量）与已分析方案不同，可以采用直接借鉴、内插外延等方法从已编制方案成果中获取相应洪水风险信息，从而为防汛抢险决策提供依据。

5 结 语

洞庭湖洪水历时长、水量大、来水条件复杂，采用不同特征水位作为洪水风险图编制方案的洪水量级，符合洞庭湖区实际情况且简化了外河洪水分析；方案设置上每个分片均设置溃口，更全面地考虑了未来可能的溃决情况；每个溃口设置多个进洪流量级方案，更多的反映了溃口宽度的随机性。编制成果增加了特征点进洪历时～水深关系曲线、进洪历时～灾损关系曲线，为防汛抢险决策提供了更丰富的信息和依据。

[1]聂芳容.洞庭湖——演变、治理与综合开发[M].长沙：湖南人民出版社，2013.

[2]卢承志.洞庭湖水利规划文集[M].长沙：湖南科学技术出版社，2009.

[3]湖南省政协经济科技委员会.三峡工程与洞庭湖关系研究[M].长沙：湖南科学技术出版社，2002.

[4]中国水利水电科学研究院.洞庭湖治理及松滋口建闸关键技术研究专题——新水沙条件下长江与洞庭湖湖江湖关系变化研究初步成果[R].2013.

[5]长江勘测规划设计研究有限责任公司.洞庭湖区钱粮湖、共双茶、大通湖东垸蓄洪工程分洪闸工程可行性研究报告[R].2010.

2016-06-14）

宋平（1975-），男，高级工程师，主要从事水利水电规划工作，E-mail:Sonping@126.com。