武穴市武黄湖泵站排涝流量计算分析

陈晖 周志雄

湖北武穴市水利和湖泊局 湖北 武穴 435400

1 工程简介

武黄湖泵站位于湖北省武穴市龙坪镇长江左岸龙坪闸附近，泵站保护对象为武穴市龙坪镇和万丈湖农场共6万人口，治涝面积72.8km2，受益耕地面积56.4km2。本文结合项目保护区经济状况、水文数据等，计算出泵站设计排涝能力，从而为泵站的装机容量奠定理论基础。

2 工程建设意义

2.1 工程区域排涝现状

项目区地处亚热带大陆性季风湿润气候区，位于长江中游左岸平原湖区，武穴市东南部，每年夏季降雨量大且持续时间长。排区范围东抵太白湖与武穴市黄梅县边界，南临长江，西至百米港、北以官桥大港为界，是一块由长江干堤、百米港圩堤、官桥大港圩堤、太白湖圩堤包围而成的区域，走向近东西向，面积约72.8km2。区内土地大部分由湖泊围垦而来，地势低平，塘堰密布，沟港纵横，地表高程在15～20m之间，局部地区低于15m，涝水全靠港渠自排，主要排涝港道为农场港和新港。

农场港长约19km，宽30～35m，位于项目区中央，自西向东贯穿整个项目区，西起武山湖，东至太白湖，并通过若干支渠连通官桥大港，起着灌溉与排水的双重作用。项目去受河堤、湖堤与自然分水岭等微地貌的约束，以及各级电排站的人为控制，汛期区内降水主要汇入农场港。农场港将涝水排入官桥大港与太白湖，由于汛期太白湖水位较高，易对上游河港形成顶托，影响官桥大港和农场港的排涝效果，从而易在区内引发洪涝灾害。

新港是在农场港中游连接农场港和官桥大港的一条港道，长2.2km，宽60～70m，水流可双向流动，依官桥大港和农场港的水位高低而定，用于灌溉与排涝。

项目区范围内有龙坪镇和万丈湖农场两个乡镇，总人口约6万人。该区域为武穴市重要的农业区，耕地面积约56.4km2，绝大多数为水田。灌溉水源除大气降水外，还从北部的官桥大港和南部的长江引水。区内主要作物有水稻、小麦、棉花等，是武穴市主要粮食与农产品生产基地之一。

2.2 工程区域排涝存在的问题

2.2.1 区域内港道由于建设年限久远，存在着防洪标准较低，堤顶欠高，堤身单薄，港道淤积、阻塞、岸坡坍塌严重，港道渠系构筑物不配套等各种问题，导致排涝能力十分有限。遇到大汛大涝的年份，排水不畅，极易引发洪涝灾害，涝水排出困难，严重威胁当地人民群众的生命财产安全[1]。比如，当太白湖水位达到16.8m时，农场港下游节制闸就需要关闭，挡住太白湖的高水位，平均每年关闸时间5-7日，关闸期间项目区面临巨大的内涝威胁。特别是2016年入汛以来，武穴市连续遭遇四轮暴雨袭击，下游太白湖水位高涨，农场港涝水无法外排，部分堤段水位超过堤顶1m，同时上游洪水不断来袭，最终导致洪水满溢、泛滥，造成巨大的经济损失。

2.2.2 港道过流能力不足。龙坪港为新建泵站进水港，当前龙坪港港道断面过小，港底宽度在4～6m，北段仅3～5m宽，边坡系数在2.0～2.5，加之港道淤积严重，水葫芦疯长，无法满足泵站运行的过流要求，须加宽、清淤和护砌处理。

2.2.3 配套水闸过流能力不足。当前项目区港道上水闸过多，使用效率低下，且闸孔尺寸过小，汛期产生较大壅水，降低港道的过流能力，影响排涝效果。此外，农场港上的西桥、朝阳桥、砖瓦厂桥的桥洞尺寸过小，且除保安闸外，农场港上的水闸普遍超期服役年久失修，影响工程效益。

2.3 工程建设意义

本工程的保护对象主要是龙坪镇和万丈湖农场，人口约6万，治涝面72.8km2，受益耕地面积56.4km2。工程的建设将有效提高区内抵御洪涝灾害的能力，减轻三湖地区防汛压力，保护区内的工农业生产与居民生命财产安全免遭洪涝危害，保障项目区乃至整个武穴市社会经济持续稳定发展。

3 排涝能力分析

3.1 排涝标准

排水区位于武穴市沿江平原湖区，流域范围内人口约6万人，耕地面积约8.15万亩，主要作物为水稻和棉花（经济作物）。根据《治涝标准》（SL723-2016），结合区域社会经济发展情况，和防洪排涝安全考虑，本文先分别计算10年一遇最大24h暴雨3日排至作物耐淹水深的流量，与10年一遇最大3日暴雨5日排至作物耐淹水深的流量，对比这两个流量，取其中较大值作为项目区设计排涝流量[2]。

查询《湖北省暴雨统计参数图集》，得到项目区中心相应最大24h暴雨量与最大3日暴雨量的均值和Cv值，Cs/Cv值根据经验统一取3.5，分别计算各重现期对应的最大24小时暴雨量和最大3日暴雨量。经计算，10年一遇最大24h点降雨量为192.9mm，最大3日点降雨量为227.5mm。计算结果见表1。

表1 点降雨量计算结果

3.2 设计排涝流量计算方法

泵站设计排水流量采用平均排除法计算，计算公式为：

式中：

Q：排涝流量（m3/s）；

iF：排涝区各种地面的面积（km2）；

C：径流系数；

P：面雨量（mm）；

ih：各种地面的可蓄水深（mm）；

V：港渠的调蓄水量（m3）；

D：排涝天数；

t：泵站每日开机小时数，t=22h。

3.2.1 面雨量P取值

式中：

P：面雨量（mm）；

α：折算系数；

0P：点雨量（mm）。

项目区属于湖北省第3水文分区，根据《湖北省暴雨径流查算图表》查算，最大24h点面雨量折算系数值为0.944，一般而言，3日暴雨在面上的衰减要弱于24h 暴雨，故3日暴雨点面折减系数取0.96，经计算，排区10年一遇最大24h面降雨量约182.1mm，最大3日降雨量约218.4mm，见表2。

表2 面雨量计算结果

3.2.2 径流系数Ci取值。排区内按土地利用类别可分为水田、旱地、非耕地、坑塘、非耕地和不透水地面等，其中不透水地面指的是居民区和硬化道路路面，非耕地指的是草地和林地等[3]。采用GIS与遥感解译技术并结合卫星影像资料对比分析，可统计得到项目区内各种土地利用类型所占的面积。

各种土地利用区的径流系数各不相同，根据经验，湖泊、水田、坑塘、港渠等水面的径流系数取1.0，旱地取0.7、非耕地取0.8，不透水地面径流系数取0.85。

3.2.3 可蓄水深ih取值。各种土地利用区的可蓄水深根据经验值确定，水田设为40mm，坑塘设为300mm，旱地、非耕地与不透水地面无可蓄水深，考虑到区内港渠较多，有一定的调蓄能力，港渠的调蓄水量单独计算。

3.2.4 港渠的调蓄水量V取值。区域内农场港港渠调蓄水量为起排水位到设计排涝水位之间的港渠容量。根据排区多年运行规律，汛期起排水位为15.5m，设计最高排涝水位为17.5m，港渠面积约为3.1km2，其中部分为水域面积，部分为岸坡面积，根据经验和综合考虑，项目区内平均港渠调蓄能力取3.5万m3/km2，即区内港渠调蓄水量为3.5×72.8（区域面积）等于254.8万m3。

3.2.5 设计排涝流量计算。项目区10年一遇最大24h面雨量为183.06mm，最大3日面雨量为218.4mm，据此计算两种设计暴雨情况下区域内部产生的涝水量，计算结果见表3。

表3 项目区产水量计算结果（P=10%）

根据产水量与排区沟渠调蓄水量254.8万m3，代入公式1中。按平均排除法可计算两种排水标准下的设计排涝流量：

从以上计算结果中，可以发现在10年一遇最大24h暴雨3日排完的标准下，武黄湖泵站设计排涝流量约29.55m3/s。在10年一遇最大3日暴雨5日排完的标准下，武黄湖泵站的设计排涝流量约为23.29m3/s。两者取最大值，即本工程最终确定设计排涝标准为：10年一遇最大24h暴雨3日排至作物耐淹深度。出于防洪安全考虑，取30m3/s作为设计排涝流量。

4 结束语

本文介绍了武黄泵站项目区域内港道现状，分析了项目区排涝存在的问题，从而清晰的指出工程建设意义。通过收集工程项目区的水文数据，依据相关标准，计算出10年一遇1日暴雨量和10年一遇3日暴雨量。采取平均排除法，结合项目区实际参数，分别计算出两种暴雨量下的泵站设计排涝流量，最终确定武黄湖泵站设计排涝流量，为后续泵站机组设计、进水港道设计、相关闸门设计等提供了有力依据。