滞洪区调控对浦阳江尖瘦型洪水过程水位的影响

张鸿清，包中进， 王自明

(1.浙江省水利河口研究院，杭州 310020；2.浙江大学建筑工程学院，杭州 310058)

0 引 言

浦阳江是钱塘江水系的一条重要支流[1,2]，受江道狭窄曲折影响，流域历史上曾洪水泛滥成灾[3-5]。对新中国成立以来浦阳江几次大的洪水过程作了分析，洪峰形态大致上可划分为尖瘦型和宽胖型两种，以尖瘦型居多，且历史上洪水持续时间一般为3天左右。浦阳江流域治理一贯坚持“上蓄、中分、下泄”原则[6]。但在2011年梅雨洪水中，流域暴露出了“上蓄不够、中分难分、下泄不畅”的新问题。

位于诸暨市的高湖蓄滞洪区[7]是流域洪水“中分”的唯一大型防洪工程，它对保障浙赣铁路和诸暨城区及下游农田、人民的生命财产安全等方面起到巨大作用。但经50多年的变迁，分洪区启用决策日益艰难，运用方式整体与新的防洪形势不相适应，已出现多次达到分洪标准而未能启动的现象。同时，高湖蓄滞洪区位于浦阳江分汊河道东江的双潭江位置，分洪前后浦阳江沿程各河段水动力及洪水位将发生变化，影响覆盖范围较广泛，为一个非常复杂的流域性防洪减灾工程。因此，探讨典型洪水时期在不同泄洪总量和泄洪方式作用下浦阳江沿程洪水位变化过程，能够实现优化滞洪区洪水调度模式的目的。目前，利用数学模型计算钱塘江流域洪水方面的研究已有一系列成果[8-10]。本文选择1999年“6.18”(诸暨洪峰为850 m3/s，洪水时段为6月17-19日)浦阳江尖瘦型洪水过程作为典型过程，通过建立浦阳江二维水动力模型，探讨高湖泄洪总量为2 500、1 500、500 万m3时，高湖滞洪闸坝以“先增后减”、“均匀变化”、“逐渐减小”运行方式下浦阳江沿程洪水位变化过程，为优化高湖泄洪闸的调控方式提供指导。

1 数学模型建立及验证

1.1 模型建立

本文利用DHI研制的mike21水动力模块[11-13]，构建浦阳江流域二维水动力模型，其模型范围及计算网格分别见图1和图2。数学模型的入口边界设在浦阳江的綄沙桥和枫桥江[14]的骆家桥，出口边界设在高湖滞洪闸坝和三江口。其中，浦阳江綄沙桥和枫桥江骆家桥为流量进口边界，高湖滞洪闸坝为流量出口边界，三江口为水位边界。綄沙桥和骆家桥分别采用诸暨站和枫桥站实测流量资料，高湖滞洪闸坝的出口流量边界根据泄洪总量确定，三江口的出口水位边界采用离浦阳江出口2.5 km的闻家堰站实测水位。

图1 计算区域Fig.1 Calculation area

1.2 边界条件

本文选择1999年“6.18”(诸暨洪峰为850 m3/s)洪水过程作为研究时段。因此，綄沙桥和骆家桥的流量边界采用1999年6月17日零时-6月20日零时诸暨站和枫桥站的实测流量过程，下游边界采用1999年6月17日零时-6月20日零时闻家堰站的实测水位过程。而在高湖不同泄流总量时，假定三种泄洪方式作用下闸坝的出口流量线性过程分别如图3。

图2 计算网格Fig.2 Grid partitioning of calculation area

图3 闸坝在三种泄洪方式作用下的出口流量过程线Fig.3 Outlet flow process line of gate dam under three kinds of flood discharge methods

1.3 模型验证

采用2011年6月13-21日洪水期各边界实测资料(高湖出口流量为0 m3/s)对模型进行洪水位验证。洪水期间诸暨站实测洪峰流量为1 050 m3/s，浦阳江沿程临浦、湄池和诸暨的验证成果见图4。由图可知，最高洪水位误差控制在4 cm以内，且计算和实测洪水位过程变化规律基本一致，表明模型率定参数基本合理，可用于浦阳江洪水位变化的分析研究。

图4 2011年6月中旬洪水期诸水位过程线Fig.4 The hydrograph of discharge in flood period of mid-June 2011

2 计算结果及分析

在浦阳江流域沿程选取10个典型位置点，探讨高湖不同泄洪总量和不同泄洪方式组合对浦阳江各典型位置点洪水位变化过程的影响，计算结果如图5～图7。图5为尖瘦型洪水在高湖泄洪总量500 万m3时3种泄洪方式作用下浦阳江典型位置洪水位变化过程曲线图。

由图5可知，①在3种泄洪方式作用下，流域各典型位置的洪水位过程曲线变化规律基本一致；②上游～湄池河段各典型位置点在“先增后减”泄洪方式作用下各区域洪峰水位值均最小，而其他两种泄洪方式作用下的洪峰水位值相等。其中，“先增后减”泄洪方式作用下{太平桥、茅渚埠、新亭埠、姚公埠、高湖分洪口、五浦头、墨城电排、草江口、湄池}与其他两种泄洪方式间的洪峰水位差值分别为{0.04、0.04、0.03、0.02、0.06、0.04、0.02、0.02、0.01 m}。然在浦阳江下游的临浦，3种泄洪方式作用下的洪峰水位差值一致；③浦阳江各典型位置点在3种泄洪方式作用下的洪峰达到时间均一致，且越靠下游，洪峰时间越延后。

图6为尖瘦型洪水在高湖泄洪总量1 500 万m3时三种泄洪方式作用下浦阳江典型位置洪水位过程变化曲线图。由图6可知。

(1)在整个洪水过程中，流域上游～湄池河段各典型位置点的洪水位变化曲线均呈现以下特征：洪水第一日为低洪水位时段，3种泄洪方式作用下洪水位高低排序为“先增后减”>“均匀变化”>“逐渐减小”。洪水第二日为高洪水位时段，洪水位高低排序为“均匀变化”>“逐渐减小”> “先增后减”，即高湖闸坝以“先增后减”方式运行较其他两种方式能有效地降低东、西江在高洪水位时段的水位。在洪水第三日，洪水位逐渐降低，且各泄洪方式作用下洪水位高低的排序为“逐渐减小”> “先增后减” >“均匀变化”，即在防洪排涝的最终成效方面，“均匀变化”方式优于其他两种方式。而在浦阳江下游的临浦，3种泄洪方式作用下洪水位曲线变化过程基本重合。

(2)流域上游～湄池各典型位置点在3种泄洪方式作用下洪峰水位均较前述高湖泄洪总量500 万m3工况有所减小。同时，“先增后减”泄洪方式与其他两种泄洪方式间的洪峰水位差值较前述高湖泄洪总量500 万m3时均有所增大。其中，太平桥、茅渚埠、新亭埠、姚公埠、高湖分洪口、五浦头、墨城电排、草江口、湄池洪峰水位差值分别为0.10、0.12、0.11、0.07、0.18、0.11、0.08、0.03、0.02 m。然在浦阳江下游的临浦，3种泄洪方式作用下的洪峰水位差值均与前述高湖泄洪总量500 万m3工况时的洪峰水位值一致。

(3)与前述高湖泄洪总量500 万m3工况相比，流域上游～湄池各典型位置点在“均匀变化”泄洪方式作用下不同区域洪峰达到时间保持不变，且洪峰达到时间均不滞后于其他两种泄洪方式的；在西江河段，“逐渐减小”泄洪方式作用下的洪峰达到时间要滞后0～2 h，而“先增后减”泄洪方式则保持不变；在东江河段，“逐渐减小”和“先增后减”泄洪方式作用下的洪峰达到时间均滞后0～10 h；而在浦阳江下游的临浦，3种泄洪方式作用下区域洪峰达到时间均无变化。

图5 泄洪总量为500 万m3时3种泄洪方式作用下各典型位置洪水位变化过程Fig.5 The hydrograph of discharge of typical locations under three kinds of flood discharge methods when total flood discharge of Gaohu is 500 Million m3

图6 泄洪总量为1 500 万m3时3种泄洪方式作用下各典型位置洪水位变化过程Fig.6 The hydrograph of discharge of typical locations under three kinds of flood discharge methods when total flood discharge of Gaohu is 1 500 Million m3

图7 泄洪总量为2 500 万m3时3种泄洪方式作用下各典型位置洪水位变化过程Fig.7 The hydrograph of discharge of typical locations under three kinds of flood discharge methods when total flood discharge of Gaohu is 2 500 Million m3

图7为尖瘦型洪水在高湖泄洪总量2 500 万m3时3种泄洪方式作用下浦阳江典型位置洪水位过程变化曲线图。由图7可知：

(1)与前述高湖泄洪总量1 500 万m3工况相比，上游～湄池河段各典型位置点在洪水第二日“先增后减”泄洪方式以及洪水第三日“均匀变化”泄洪方式与其他两种泄洪方式作用下洪水位曲线间距均有所增大。

(2)上游～湄池河段各典型位置点在“先增后减”泄洪方式作用下的洪峰水位与其他两种泄洪方式间的差值较前述高湖泄洪总量1 500 万m3时也进一步增大，即“先增后减”方式对东、西江在高洪水位时段水位的降低作用进一步增强。其中，{太平桥、茅渚埠、新亭埠、姚公埠、高湖分洪口、五浦头、墨城电排、草江口、湄池}洪峰水位差值分别为0.17、0.18、0.16、0.05、0.27、0.18、0.09、0.06、0.05 m。同时，在防洪排涝的最终成效方面，“均匀变化”方式的优势也进一步增强。然在浦阳江下游的临浦，3种泄洪方式作用下的洪峰水位差值均与前述高湖泄洪总量1 500 万m3工况时的洪峰水位值一致。

(3)与前述高湖泄洪总量1 500 万m3工况相比，在西江河段，各典型位置点在3种泄洪方式作用下的洪峰达到时间均不变；在东江河段，各典型位置点在“逐渐减小”、“均匀变化”、“先增后减”泄洪方式作用下的洪峰达到时间分别滞后0～8、0～8、0～12 h。从总体来看，3种泄洪方式对该流域洪峰时间的滞后作用排序为：“先增后减”>“逐渐减小”>“均匀变化”。有关部门可根据工程对洪峰达到时间早晚的需要，选择不同的泄洪方式运行。而在浦阳江下游的临浦，3种泄洪方式作用下区域洪峰达到时间仍无变化。

3 结 语

本文通过建立二维水动力模型，选择浦阳江1999年6月17-19日作为研究时段，探讨了浦阳江尖瘦型洪水过程中高湖不同泄洪总量和泄洪方式作用对浦阳江沿程洪水位的影响，得到以下结论：

(1)流域上游～湄池河段各典型位置点在3种泄洪方式作用下洪峰水位均随着高湖泄洪总量的增大而降低，且高湖不同泄洪总量工况下“先增后减”泄洪方式的洪峰水位均最低。当高湖泄洪总量大于1 500 万m3时，洪水第二日“先增后减”泄洪方式以及洪水第三日“均匀变化”泄洪方式作用下洪水位曲线均位于其他两种泄洪方式的下方，且间距均随泄洪总量的增大而增大，也即“先增后减”方式运行较其他两种方式能有效地降低东、西江在高洪水位时段的水位，在防洪排涝的最终成效方面，“均匀变化”方式则优于其他两种方式。并且，随着泄洪总量的增大，两种泄洪方式的优势更明显；

(2)与高湖泄洪总量为500 万m3时相比，当高湖泄洪总量大于1 500 万m3时，“逐渐减小”泄洪方式对西江的洪峰时间能滞后0～2 h，而其他两种泄洪方式则无影响。而在东江，3种泄洪方式对该流域洪峰时间的滞后作用排序为：“先增后减”>“逐渐减小”>“均匀变化”，且3种泄洪方式对洪峰时间滞后作用随高湖泄洪总量的增大而增强。有关部门可根据工程对洪峰达到时间早晚的需要，选择不同的泄洪方式运行；

(3)在浦阳江下游的临浦，高湖不同泄洪方式与泄洪总量组合并不影响该位置的洪水位变化过程、洪峰水位值以及洪峰到达时间。

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