江苏黄墩湖滞洪区调度运用方案分析与探讨

张晓松，张 艳，王少波，黄菁菁，季建中

（1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，225127，扬州；2.江苏省泰州引江河管理处，225321，泰州）

江苏黄墩湖滞洪区调度运用方案分析与探讨

张晓松，张 艳1，王少波1，黄菁菁1，季建中2

（1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，225127，扬州；2.江苏省泰州引江河管理处，225321，泰州）

针对江苏省黄墩湖滞洪区在沂沭泗流域防洪工程体系中的地位与作用，利用DHI开发的MIKE 21软件建立骆马湖二维水动力模型，分析研究黄墩湖滞洪区启用标准以及调度运用方案。通过骆马湖入湖洪水过程分析，掌握了骆马湖入湖洪水特征和洪峰间隔。运用模型模拟了不同设计标准下骆马湖水位变化过程，分析了黄墩湖滞洪区启用标准，阐述了不同阶段入湖洪峰对骆马湖水位的影响程度，明确了黄墩湖滞洪区调度运用控制水位和各阶段的预警时间，落实了调度运用各阶段的主要工作内容。研究成果可为骆马湖防汛形势预判和黄墩湖滞洪区滞洪调度运用提供参考。

黄墩湖；滞洪区；数学模型；入湖洪水；启用标准；预警；调度水位；运用方案

历史上黄墩湖、骆马湖均为湖泊洼地。京杭运河开挖后，将这片洼地一分为二，河东为现在的骆马湖，河西就是现在的黄墩湖。黄墩湖设置为滞洪区始于20世纪50年代，其功能是蓄滞骆马湖上游超标准洪水，削减洪峰，减轻骆马湖堤防及下游新沂河的防洪压力。黄墩湖仅在1957年被迫滞洪一次，以后近60年内尚未滞洪运用过，现行的调度运用方案较为笼统，缺乏针对性和可操作性，难以及时有效地启用滞蓄洪水，保障骆马湖的防洪安全。为此，通过建立骆马湖二维水动力模型，分析研究黄墩湖滞洪区的启用标准，细化、量化滞洪调度运用方案。

一、基本情况

黄墩湖滞洪区界于黄淮之间、骆马湖西侧，其滞洪范围北以房亭河南堤为界，南至废黄河北堤，东至骆马湖二线堤防接中运河西堤，西至徐洪河东堤，总面积230 km2，最高滞洪水位26.0 m，相应滞洪库容11.1亿m3。滞洪区地处徐州、宿迁两市边界，分属邳州、睢宁、宿迁湖滨新区三县（市、区），2012年末人口约13.4万人。区内地面高程一般在21.5 m左右，最低处仅19.0 m。滞洪区属黄淮冲积平原区，地势低洼，西北高，东南低，大部分为平原坡地，约占89%。

黄墩湖滞洪区根据国家防总批复的《沂沭泗河洪水调度方案》“如预报骆马湖水位超过26.0m，当骆马湖水位达到25.5m时，启用黄墩湖滞洪区滞洪，确保宿迁大控制安全”的规定及时启用，采用滞洪闸进洪和临时口门爆破分洪两种方式，首先开启滞洪闸（设计流量2000m3/s）分泄洪水；在发生特大洪水滞洪闸不能满足分洪要求时，启用临时滞洪口门爆破滞洪。

二、骆马湖以上设计洪水

1.暴雨特征及成因

沂沭泗流域暴雨具有明显的季节性，6—9月为暴雨季节，其中以7月份为最多，暴雨中心出现的地点，常受地形及天气系统的影响，具有一定的规律性。由流域暴雨频次资料分析，沭河的莒县、南四湖湖东的滕县、湖西的菏泽市常为暴雨中心，其次是沂河的临沂市。流域一次暴雨过程为2～3天，两次切变线系统过程之间距最短为18 h。造成暴雨天气系统，主要是黄淮气旋、台风、南北切变，其次是暖切变。黄淮气旋多发生在6—9月，其中7月份为最多。大范围、长历时降水多数由切变线和低涡接连出现造成；台风则主要影响沂沭河及南四湖湖东的山丘区，其特点是范围小、强度大、历时短。暴雨移动方向由西向东较多，降雨一般自南向北递减，沿海多于内陆，山地多于平原；年际降水变化较大，最大和最小年降雨量相差达4.5倍（沂河临沂站）。

2.洪水特征

沂沭泗河水系的洪水多发生在7—8月，其洪水主要由沂沭河、南四湖以及运河水系（邳苍区间）三部分组成。由于各区自然地理条件的不同及暴雨特征性的差异，致使各区洪水特征不一。沂、沭河上中游为沂蒙山区，洪水来势凶猛，陡涨陡落，峰高量大是沂沭泗流域的主要洪水来源区，往往暴雨后几小时河道控制站便可能出现洪峰。南四湖湖东地区，河流大都为山溪性，源短流急，水势暴涨暴落；湖西地区河流均为坡水河道，泄水能力极低，洪水变化平缓。邳苍区的上游地区，洪水陡涨陡落，径流系数较大，而中下游地区洪水变化平缓，径流系数较小。南四湖、骆马湖为沂沭泗河水系两大调蓄湖泊，尤其是南四湖，对洪水的调蓄作用更为突出。1949年后，随着大量水利工程的兴建，沂沭泗河水系的洪水受人为调度的影响，洪水特性变化较大。

江苏省位于沂沭泗河水系下游的坡地平原，河道水浅流缓，蓄泄条件较差，洪涝矛盾突出。沂沭河洪水是江苏境内沂沭泗流域的主要洪水来源。

3.设计洪水过程

骆马湖洪水由沂沭河、南四湖、邳苍三地区洪水组成，洪量是由沂沭河、南四湖、邳苍三地区的逐日水量相加，取其最大的7天、15天、30天洪量而得。骆马湖设计洪量成果见表1。

表1 骆马湖设计洪量成果

根据骆马湖30天洪量统计分析，多年平均洪量地区组成是沂沭河占35.4%、南四湖占38.3%、邳苍占26.3%。本文选取沂沭河发生与骆马湖同频率洪水，南四湖和邳苍为相应洪水的最不利地区组合，以1957年7月6日—8月4日的洪水为典型过程线，分时段同频率控制放大法计算骆马湖以上不同频率的设计洪水过程线，见图1。

由图1可以直观反映，骆马湖入湖洪水过程由三波递增的洪峰组成，其中第一、二波洪峰间隔为66 h，第二、三波洪峰间隔为90 h。

三、黄墩湖滞洪区启用标准研究

利用丹麦水力研究所（DHI）开发的MIKE系列软件建立二维水动力模型，模拟骆马湖遭遇不同标准洪水时的水位变化过程，分析研究黄墩湖滞洪区的启用标准。

1.二维水动力模型控制方程及求解方法

动量方程：

式中，t为时间；h为总水深 （m）；η 为水位（m）；u、v 分别为 x、y 方向的流速（m/s）；pa为当地大气压 （pa）；ρ、ρ0分别为水的密度和参考密度（kg/m3）；f=2Ωsinφ 为科氏力参数 （Ω=0.729×104s-1)为地球自转角速率，φ为地理纬度 ）；Sxx、Sxy、Syx、Syy为 辐 射 应 力 分 量 ；

（1）模型控制方程组

平面二维水动力模型（MIKE21）控制方程组是基于右手笛卡尔直角坐标系垂向积分的连续方程和动量方程组成。

连续方程：Txx、Txy、Tyx、Tyy为水平黏性应力项；S 为源汇项；us、vs为源汇项流速（m/s）；分别为垂向平均流速（m/s）；τxx、τxy分别为x、y 向表面剪应力；τbx、τby分别为 x、y向河床剪应力。

（2）数值解法

利用MIKE 21建立骆马湖二维数学模型分析研究不同标准下水位变化过程。MIKE 21方程组采用ADI方法（交替方向隐式法）进行离散并求解，方法基于非结构网格把二维问题中跨单元边界的水量、动量等通量的计算转化为求解局部一维黎曼问题。

2.模型网格划分

使用MIKE 21网格生成器（Mesh Generator）对骆马湖进行三角形网格划分，采用嵌套网格技术对区域地形变化较大的地方进行网格加密处理，项目研究区域内网格数量为350 197个，结点数量为189 973个，并对划分后的计算网格进行光滑处理。

3.模拟计算成果

骆马湖汇集沂河及中运河来水，经嶂山闸控制由新沂河入海，经宿迁闸控制入下游的中运河。骆马湖洪水调度国家防总批复的调度方案进行调度，具体洪水调度原则：①当骆马湖水位达到22.5 m并继续上涨时，嶂山闸泄洪，或相机利用皂河闸、宿迁闸泄洪；如预报骆马湖水位不超过23.5 m，照顾黄墩湖地区排涝。②预报骆马湖水位超过23.5 m，骆马湖提前预泄。预报骆马湖水位不超过24.5 m，嶂山闸泄洪控制新沂河沭阳站洪峰流量不超过5 000 m3/s，同时相机利用皂河闸、宿迁闸泄洪。③预报骆马湖水位超过24.5 m，嶂山闸泄洪控制新沂河沭阳站洪峰流量不超过6 000 m3/s；同时相机利用皂河闸、宿迁闸泄洪。④当骆马湖水位超过24.5 m并预报继续上涨时，退守宿迁大控制；嶂山闸泄洪控制新沂河沭阳站洪峰流量不超过7 800 m3/s；视下游水情，控制宿迁闸泄洪不超过1 000 m3/s；徐洪河相机分洪。⑤如预报骆马湖水位超过26.0 m，当骆马湖水位达到25.5 m时，启用黄墩湖滞洪区滞洪，确保宿迁大控制安全。

根据骆马湖洪水调度原则，模拟骆马湖水位变化过程，骆马湖遭遇50年一遇洪水时，骆马湖的最高水位24.66 m，无需启用黄墩湖滞洪区；骆马湖遭遇100年一遇洪水时，则需启用黄墩湖滞洪区。因此，黄墩湖滞洪区的启用标准介于50年一遇至100年一遇之间。计算成果见表2。

表2 骆马湖模拟水位计算成果

四、黄墩湖滞洪区调度运用研究

黄墩湖滞洪区根据骆马湖水位情况及时启用分滞超标准洪水，现行黄墩湖滞洪区调度运用方案较为笼统，及时启用难度较大，操作性也不强，且预警时间也不充足。为此，从骆马湖入湖洪水过程着手，分析研究骆马湖三波入湖洪峰对水位的影响程度，从而细化黄墩湖滞洪区的调度运用控制水位，落实调度运用各阶段的主要工作内容，量化各阶段的预警时间等。

图1 骆马湖设计入湖洪水过程线示意图

1.骆马湖入湖洪峰对水位的影响研究

大，为此，利用建立的骆马湖二维水动力模型，分析量化骆马湖三波入湖洪峰对水位的影响程度。骆马湖入湖洪水与水位涨落过程见图2和图3。

从图2可以看出，骆马湖100年一遇入湖洪水过程中，第一波洪峰将骆马湖水位提高至23.4 m左右，第二波洪峰将骆马湖水位提高至24.5 m左右，第三波洪峰则将骆马湖水位提高至25.5 m以上，需启用黄墩湖滞洪区滞蓄洪水。也就是说在骆马湖入湖第一波洪峰到达后约168 h（7 d），骆马湖就达到了向黄墩湖滞洪区分洪的水位要求，仅需开启滞洪闸分洪。

从图3可以看出，骆马湖200年一遇入湖洪水过程中，第一波洪峰将骆马湖水位提高至24.1 m左右，第二波洪峰将骆马湖水位提高至25.5 m左右，第三波洪峰将骆马湖水位提高至26.0 m以上，需启用黄墩湖滞洪区滞蓄洪水。也就是说在骆马湖入湖第一波洪峰到达后约 78 h（3.25 d），骆马湖就达到了向黄墩湖滞洪区分洪的水位要求，此时仅需开启滞洪闸分洪；156 h（6.5 d）后则需启用两个临时爆破口门，炸堤辅助分洪。

骆马湖以上洪水具有峰高量大、源短流急、预见期短的特征，加之骆马湖调洪库容相对较小，仅约9.13亿m3，入湖洪峰对骆马湖水位的影响较

2.调度运用方案研究

根据上述分析研究成果，细化黄墩湖滞洪区的调度运用方案。成果见表3和表 4。

表3 黄墩湖滞洪区调度运用方案（100年一遇标准）

表4 黄墩湖滞洪区调度运用方案（200年一遇标准）

图2 骆马湖水位模拟过程示意图（遭遇100年一遇入湖洪水）

图3 骆马湖水位模拟过程示意图（遭遇200年一遇入湖洪水）

五、结 语

①黄墩湖滞洪区是沂沭泗流域防洪工程体系的重要组成部分，在防御流域超标准洪水方面具有十分重要的作用，其现状启用标准介于50年一遇至100年一遇之间。

②骆马湖入湖洪水过程累计三波洪峰，总体呈递增趋势，其中第一、二波洪峰间隔时间为66 h，第二、三波洪峰间隔时间为90 h，可为骆马湖防汛形势的预判和及时做出决策提供参考。

③利用DHI开发的MIKE 21软件建立骆马湖二维水动力模型，较好地模拟了骆马湖水位涨落过程，研究得出骆马湖入湖第三波洪峰对水位的影响最大，是黄墩湖滞洪区是否启用的重要控制时段。同时根据研究成果，细化黄墩湖滞洪区100年一遇和200年一遇标准洪水下的调度运用控制水位，明确调度运用各阶段的工作内容和预警时间，可为黄墩湖滞洪区的调度运用决策提供参考。

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Analysis and discussion on scheduling and application scheme of Huangdun Lake flood detention area in Jiangsu Province

Zhang Xiaosong,Zhang Yan,Wang Shaobo,Huang Jingjing,Ji Jianzhong

In order to analyze the opening criterion and scheduling the use of programs of Huangdun Lake detention area,we take advantages of MIKE21 developed by DHI to establish two dimensional hydrodynamic model of Luoma Lake,in consideration of the position and function of Huangdun Lake in the flood control engineering system of Yishusi Watershed.Through analyzing the processofflood into Luoma Lake,the characteristics of flood and the peak interval of Luoma Lake are mastered.The model was used to simulate the changes of water level in Luoma Lake under different design standards,analyze the opening criterion of Huangdun Lake detention area,elaborate the influence of flood peak on the water level of Luoma Lake at different stages,definite the warning time of controlling the water level and the processes,and commit the main working contents of the implementation in different stages.The research can provide a reference for the prejudgment of flood prevention situation in Luoma Lake and the use of Huangdun Lake flood detention area.

Huangdun Lake;flood detention zone;mathematical model;the flood into the lake;opening standard;early warning;dispatching water level;application scheme

TV873

B < class="emphasis_bold">文章编号：1

1000-1123（2017）20-0022-04

2017-09-08

张晓松，高级工程师，主要从事水利规划与设计方面的研究工作。

江苏省水利科技重点项目（2014003）。

责任编辑 张金慧