2020年长江中游富水流域洪水调度模拟计算分析

柳小珊 卢少为

摘要：2020年7月，长江中游富水流域发生了洪水，防洪形势严峻。对流域型洪水进行回顾性分析，建立了富水流域暴雨洪水-水库调洪-洪水演进耦合模型。计算了富水流域2020年7月4～8日暴雨洪水产汇流过程，模拟了富水水库与下游河道在调度方式下的洪水演进。结果表明：网湖分洪可有效降低阳新段水位，但对下游防洪作用有限;应加快网湖围堤建设。该调度方案可为富水流域防汛工作提供技术参考。

关键词：调洪计算;洪水演进;防洪调度;富水流域;长江中游

中图法分类号：TV87 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.12.002

文章编号：1006 - 0081（2021）12 - 0016 - 05

1 富水流域防洪体系

富水水库位于长江中游富水流域中游，是一座以防洪、发电为主，兼顾灌溉、航运以及下游灭螺等综合利用的大（1）型水库[1]。水库正常蓄水位57.00 m，死水位48.00 m，防洪高水位58.60 m，千年一遇设计洪水位62.10 m，万年一遇校核洪水位64.28 m。水库总库容16.21亿m3，兴利库容5.48亿m3，调节库容8.08亿m3，防洪库容2.81亿m3，死库容4.21亿m3。

王英水库位于富水支流三溪河王英河上，控制流域面积243 km2，总库容5.82亿m3，水库正常蓄水位70.00 m，设计洪水位71.91 m，校核洪水位73.37 m，是一座以防洪、灌溉为主，兼有灭螺、供水、发电、旅游等综合效益的大（2）型水利工程。

富水水库坝址到富池口大闸河道长79.600 km，两岸干堤总长129.029 km，其中左岸74.672 km、右岸54.357 km。左岸堤防自上而下由長塘湖堤、葵赛湖堤、率州堤、钟家湖堤、南坦湖堤、上北煞湖堤、北煞湖堤、北煞湖隔堤、十里湖隔堤、十里湖堤、城关堤、宝塔湖堤、网湖堤、半壁山堤、大闸湖堤等15个堤段组成。其中，保护阳新城区的十里湖隔堤、十里湖堤、城关堤、宝塔湖堤的防洪标准为30 a一遇，堤防及穿堤建筑物的等级为3级;其余堤防防洪标准为20 a一遇，堤防及穿堤建筑物的等级为4级。右岸堤防自上而下由中间湖堤、中间湖隔堤、上升湖堤、内牧羊湖堤、内牧羊湖隔堤、牧羊湖上隔堤、牧羊湖堤、牧羊湖下隔堤、东西湖堤、五里湖堤、五里湖隔堤、西湖堤、绒湖堤、绒湖隔堤、小赛湖堤、下羊湖堤、吴赛湖堤、朱婆湖堤等18个堤段组成，防洪标准为20 a一遇，堤防及穿堤建筑物的等级为4级[2]。

富池口大闸为富水河入长江的闸，1968年建成，由排水闸、船闸等组成，具有挡洪、排水、灭螺、灌溉和航运等功能。该工程原设计流量2 720 m3/s，下游设计水位19.00 m（黄海17.08 m）、上游设计水位19.50 m（黄海17.58 m）;校核流量3 560 m3/s，下游设计水位19.00 m（黄海17.08 m）、上游设计水位19.80 m（黄海17.88 m）;反向挡水时闸上设计水位19.00 m（黄海17.08 m）。1999年后进行了除险加固处理。船闸位于排水闸左侧，为100 t级。闸室净宽7.0 m，长73.0 m，底部高程6.5 m，最高通航水位21.00 m。富池口电排泵站位于富池大闸右侧，建成于1976年，装机10×1 600 kW，设计提排流量200 m3/s。

2 研究方法

防洪补偿调度模型为河道洪水演进模块与富水水库调度模块、分洪模块耦合而成。防洪调度模型计算流程见图1。

2.1 约束条件

约束条件包括：富水水库汛限水位、库区淹没指标;坝下河道分段安全泄量，富水下游排市段安全泄量为1 300 m3/s，阳新段安全泄量为2 000～6 000 m3/s;网湖、朱婆湖蓄洪区容积;富池口大闸启闭状态。

2.2 洪水计算方法

采用《湖北省暴雨径流查算图表》中的瞬时单位线法计算2020年7月4～8日洪水。

2.3 洪水演进

由河道洪水演进模块与富水水库调洪模块、分洪模块耦合而成。采用一维圣维南方程组描述洪水演进，方程组包括连续方程和动量方程：

[∂Q∂x+bs∂h∂t=q∂Q∂t+∂αQ2A∂t+gA∂h∂x+gQQC2AR=0] （1）

式中：x，t为空间坐标和时间坐标;Q为流量，m3/s;[bs]为断面宽度，m;q为侧向入流，m3/s;A为过水面积，m2;h为水位，m;R为水力半径，m;C为谢才系数;α为动量修正系数。

2.3.1 调洪模块

采用水量平衡法进行调洪演算：

[（Q1+Q22-q1+q22）Δt=V2-V1] （2）

式中：[Q1]，[Q2]分别为计算时段初、末的入库流量，m3/s;[q1]，[q2]分别为计算时段初、末的下泄流量，m3/s;[V1]，[V2]分别为计算时段初、末水库的蓄存水量，m3;[Δt]为计算时段长，s。

采用MIKE11一维水动力学模型对坝、闸门等水工建筑物进行调度模拟。在富水水库防洪调度模型中，水库调洪模块作为一维水流数学模型内边界与一维水动力学模型进行耦合。耦合实现方法为：①将洪水过程加在坝址断面上;②将水库水位-容积曲线加在坝址断面上;③通过控制库水位高低对8孔溢洪道闸门进行调度，将出流结果与坝址下断面进行耦合;④对坝址至富池口河道进行洪水演进计算。

2.3.2 分洪模块

根据网湖分洪调度方案，当网湖分洪闸前水位达到21.43 m（冻吴23.31 m），且仍有上涨趋势时开闸分洪。若网湖分洪后，水位仍超21.43 m并继续上涨，朱婆湖口门扒口分洪。

分洪模块计算方法同水库调洪模块，由分洪闸闸前水位和闸门开度计算分洪流量，通过分蓄洪区水位-容积曲线得到分蓄洪区水位。分洪模块作为一维水流数学模型内边界与一维水动力学模型进行耦合，耦合实现方法为：在河道断面上通过侧向建筑物模拟分洪闸，通过水库模拟分洪区。

2.4 初始条件

坝址以下至富池口初始水位为富池口水位往上游试算的初始水位，并将其设置成热启动文件，MIKE11模型中通过热启动加载初始水面线，再进行上游调洪、下游洪水演进连算。

2.5 边界条件

上边界为富水水库实测的出库洪水过程和采用水库调洪模块演算的过程。下边界为富池口大闸闸下2020年7月4～8日实测水位过程。

区间入汇：①富水-港口区间洪水过程;②三溪河支流洪水过程;③港口-阳新区间洪水过程;④阳新-绒湖口区间洪水过程;⑤绒湖口-富池口区间洪水过程。其中，三溪河支流洪水过程以点源入汇，其他区间洪水过程以旁侧均匀入汇。

3 模型验证

选取1996年典型洪水进行洪水复演和糙率试算。1996年典型洪水分洪前富水大闸能强排，利用富水大闸落闸前时段（1996年7月16日 08：00：00至1996年7月19日20：00：00）率定糙率。经计算，富池口-阳新综合糙率为0.033，阳新-港口糙率为0.027，港口-率州综合糙率为0.025，率州-富水坝下综合糙率为0.018。从率定结果可以看出：阳新、率州、富水站水位过程率定结果较好，可用于富水水库下游防洪能力分析及调度计算。

4 模拟结果分析

4.1 富水流域设计洪水

4.1.1 产流计算方法

（1）面雨量。根据2020年7月4～8日逐时段降雨资料，采用富水流域上游通山、富水、洋港、枫林铺、富池口、阳新、三溪口、徐家岭、横石、万家、大梁、杨芳林、楠林桥、龙港、洪港和木石港等16站长系列逐时段雨量资料，根据各站逐时雨量系列和权重，采用泰森多边形方法，计算富水流域2020年7月4～8日面雨量为222.25 mm，约为20 a一遇的5 d最大暴雨。

（2）净雨过程。采用《湖北省暴雨径流查算图表》的初损稳损法计算净雨过程，初损采用推荐值22.5 mm，稳损采用稳损公式计算的0.70 mm/h，净雨量为159.79 mm。

4.1.2 汇流计算方法

采用检验过的时段单位线法，根据产流计算得到的净雨过程计算地面径流过程，再采用《湖北省暴雨径流查算图表》计算地下径流过程，两者叠加即为设计洪水过程。

根据富水下游区间的汇流地势地形特点，将区间划分为富水-排市、排市-港口（含三溪河入汇）、港口-阳新、阳新-绒湖口、绒湖口-富池口5个片区，其中三溪口至港口片需考虑上游已建王英、蔡贤、罗北口等大中型水库的拦洪作用，各汇流片需扣除围垦、养殖等不能直接汇入富水河的面积，在干流洪水调度计算时，再根据提排的泵站规模以点源加入模型。

2020年7月4～8日各片區洪水过程见图2和表1。

4.2 富水2020年洪水调度成果

2020年型洪水过程入库洪峰流量4 384 m3/s。从汛限水位起调：①开1孔闸门，库水位最高蓄至57.41 m，超过防洪高水位0.73 m，阳新站最高水位21.96 m，未超过阳新站防洪控制水位，但网湖闸前水位21.54 m，超过分洪控制水位0.15 m（闸前分洪控制水位21.39 m）;②开2孔闸门泄洪，库水位降至最高56.85 m，仍超防洪高水位0.17 m，最大下泄流量819 m3/s，外江水位21.08 m时，阳新站水位22.14 m仍未超过防洪控制水位，网湖闸前水位21.64 m，超过分洪控制水位0.25 m;③开3孔闸门泄洪，库水位降至56.58 m，略接近防洪高水位，最大下泄流量1 164 m3/s，外江水位21.08 m时，阳新站水位22.31 m，达到防洪控制水位临界值，网湖闸前水位21.74 m，超过分洪控制水位0.35 m。为确保阳新城关防洪安全，应结合预报适时启动网湖分洪。若网湖分洪，富水水库开2孔闸门泄洪时阳新站水位可降至21.95 m。水库调度计算结果见表2。

采取水库预泄，即低于汛期限制水位1.0，1.5 m和2.0 m情况下，外江水位21.08 m时，水库开1～3孔闸门的调洪演算成果见表3。由表3可知，网湖分洪时可保证阳新站水位在防洪控制水位以下。预泄的作用在于降低水库水位，当水库开3孔并预泄降2.0 m时，水库水位降至55.03 m，库区仍有较大的淹没损失。

调算成果表明：网湖分洪可有效降低阳新段水位;预泄可降低水库最高蓄水位，但对下游防洪作用有限。结合富水水库调度规程，可实现水库不产生大的淹没损失，也可保证下游阳新城关防洪安全。因此，应加快网湖围堤建设，实现规划的富水防洪标准。

5 结 语

本文建立了暴雨洪水—水库调洪—洪水演进耦合模型对富水水库和下游网湖联合调度运用进行模拟。调洪计算结果表明：富水流域应全流域联防、干支流联动;汛前汛中能排时应力排抢泄出江，防洪工程实现上蓄中挡下分下排;网湖分洪可有效降低富水下游阳新段水位;预泄可降低水库最高蓄水位，但对下游防洪作用有限。富水水库与分蓄洪区形成补偿调度，实施前期预泄与后期控泄、分洪调度。本研究可为流域暴雨洪水预报预警、防洪调度和科学决策提供可靠依据。

参考文献：

[1] 何娟，江焱生，姚黑字，等.富水水库下泄对下游防汛形势影响研究[J]. 中国水利，2017（5）：66-68.

[2] 梁家珍，胡焕发.2017年富水水库主汛期暴雨洪水及调度简析[J].水电与新能源，2017（12）：54-57，60.

（编辑：李 慧）

Simulation and calculation analysis of 2020 flood regulation of

Fushui River Basin of middle reach of Yangzte River

LIU  Xiaoshan ，  LU Shaowei

（Hubei Institute of Water Resources Survey and Design ，Wuhan 430064， China）

Abstract：In July， 2020， flood occurred in Fushui River Basin of middle reach of Yangzte River， and the flood control situation was serious. We made a retrospective analysis of the basin flood， established a couple model of rainstorm flood， reservoir regulation and flood routing of the Fushui River Basin， calculated the generation and confluence  process of the rainstorm flood in the basin from July 4 to 8， 2020 and analyzed the flood routing in the Fushui Reservoir and the downstream of the river channel under the regulation model. The results showed that the flood diversion by Wanghu Lake effectively lowered the water level of Yangxin section， but the flood control effect on the downstream was limited; the construction of the polder dyke should be strengthened. The flood regulation scheme can provide technical experience for flood control of the Fushui Basin.

Key words： flood regulation calculation;flood routing; flood control regulation; Fushui Basin; middle reach of Yangzte River