浦陽江湄池站洪水位特征分析

鄭國誕，唐子文，金 新，胡金春，李 君

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 杭州 310020；3.浙江省河口海岸重點實驗室，浙江 杭州 310020）

浦陽江湄池站洪水位特征分析

鄭國誕1，2，3，唐子文1，2，3，金 新1，2，3，胡金春1，2，3，李 君1，2，3

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 杭州 310020；3.浙江省河口海岸重點實驗室，浙江 杭州 310020）

感潮河段的洪水位既受到上游徑流洪峰流量的影響，又受到下游潮水頂托，高水位成因較為復(fù)雜。以浙江省浦陽江為例，利用多年實測資料分析了浦陽江湄池站的高水位成因，并利用洪水要素得到湄池站的經(jīng)驗預(yù)報方法，再通過建立數(shù)學(xué)模型研究其高水位關(guān)于流量和下游水位變化的敏感性程度。研究成果表明，湄池站洪水位受制于上游諸暨流量以及下游聞家堰水位，兩者缺一不可?？筛鶕?jù)諸暨站流量以及下游聞家堰水位預(yù)報湄池站高水位，誤差平均值在0.300 m左右。當聞家堰水位平均變化0.100 m、諸暨流量為600 ～ 1 500 m3/s時，湄池站水位平均變化為0.036 m；當諸暨站流量平均變化100 m3/s、聞家堰水位為6.000 ～ 9.000 m時，湄池站水位平均變化為0.254 m。

浦陽江；湄池；洪水位；感潮河段；流量

1 問題的提出

感潮河段的洪水位既受到上游徑流影響，又受制于下游潮位的頂托作用，使得感潮河段的水文情勢較為復(fù)雜。浙江省浦陽江是一條典型的感潮河流，是錢塘江流域的一條重要支流，全長151 km，流域面積3 431 km2；浦陽江干流安華以上為上游，湄池以下為下游，下游易受杭州灣潮汐和錢塘江洪水頂托影響，在浦陽江發(fā)生洪水時，往往會遭遇下游錢塘江流域的高水位，宣泄受阻，水位雍漲抬高，洪水位的成因較為復(fù)雜。國內(nèi)對浦陽江的研究也不少，如：胡國建[1]等曾基于浦陽江洪水與錢塘江洪水歷史遭遇的統(tǒng)計資料，構(gòu)建了浦陽江二維定床數(shù)學(xué)模型，模型上邊界為湄池，分析了聞家站洪水位對浦陽江下游段洪水位的影響；丁濤[2]等考慮到近年來錢塘江河口江道變化較大，使浦陽江出口段聞家堰處洪水位抬高明顯，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，對比計算了錢塘江河口1997年前平均江道和近年評價江道對浦陽江湄池、臨浦站洪水位的影響；胡琳琳等[3]以浦陽江流域為例，建立洪水演算模型，分析浦陽江上游堤防建設(shè)對洪水歸槽的影響；邵學(xué)強等[4]針對平原區(qū)河道和受洪潮影響河道洪水的特征，采用水文學(xué)與水力學(xué)相結(jié)合的方法建立水文水力學(xué)洪水預(yù)報模型，并且在浦陽江流域初步實踐，效果良好。此外，還有不少關(guān)于錢塘江流域包括浦陽江流域的洪水位的研究成果[5 - 7]。在前人的基礎(chǔ)上深入研究浦陽江洪水位成因以及上游流量和下游水位對于高水位形成的敏感性情況，成果對防洪減災(zāi)、堤防設(shè)計等方面均可提供參考。

2 江道特性

浦陽江流域位于浙江省中北部、蕭紹寧地區(qū)西部，屬典型的山溪性河流，在小礫山注入錢塘江，坡陡流急，洪水暴漲暴落，而至諸暨城關(guān)附近則地勢平坦低洼，水流變緩，每逢暴雨，洪水均匯集于此，諸暨市為浦陽江洪澇防治的重點。浦陽江下游易受杭州灣潮汐和錢塘江洪水頂托影響，在浦陽江發(fā)生洪水時，還會遇上富春江發(fā)生洪水，又會頂托浦陽江洪水，使得宣泄受阻，水位壅漲抬高，浦陽江河勢見圖1。浦陽江上有3個長期水位站分別為臨浦、湄池和諸暨，湄池以上為諸暨段，湄池以下為蕭山段，因此湄池站洪水位對2地市防汛有著重要的影響。本文以湄池站為例分析浦陽江洪水位特性。

圖1 浦陽江河勢圖

3 洪水位成因分析

湄池站建站以來至今，高水位排名前10的洪水要素見表1。

表1 湄池站高水位排名前10的洪水要素統(tǒng)計表

從表1可知，諸暨站大洪峰形成湄池站高水位，呈現(xiàn)暴漲暴落狀態(tài)，同時又受聞家堰水位影響，小洪峰遇到下游聞家堰高水位形成湄池高水位，如1969年7月6日洪水，諸暨洪峰流量僅659 m3/s,聞家堰水位較高為7.550 m，因此形成湄池站9.260 m的高水位。

圖2為湄池站和聞家堰1991 — 2012年年平均高潮位變化情況圖。從圖2可知，湄池站1991 — 2012年，年平均高潮位最大值發(fā)生在1997年（為6.450 m），最小值發(fā)生在2011年（為5.810 m），其年變化趨勢與聞家堰站變化趨勢一致。

圖2 湄池站和聞家堰歷年平均高潮位變化圖

從表1和圖2可知，1997年“7 · 9”洪水與1970年“6 · 26”洪水，上游流量同為1 150 m3/s，但是由于下游聞家堰水位相差1.310 m，導(dǎo)致湄池站水位相差1.060 m，說明下游聞家堰水位對湄池站高水位的影響較大；1969年“7 · 6”洪水和2011年“6 · 16”洪水下游聞家堰水位較為接近，但是上游流量相差將近400 m3/s，導(dǎo)致湄池站水位相差0.930 m，說明上游洪峰流量對湄池站高水位的影響較大。通過幾場典型洪水可知，湄池站高水位受到上游諸暨洪峰和下游聞家堰水位影響都很明顯，為一個典型的洪潮敏感點。

4 高水位經(jīng)驗預(yù)報

湄池站高水位受到諸暨洪峰流量和下游聞家堰水位影響，其高水位必定與兩者存在一定關(guān)系，考慮到洪峰從諸暨到湄池傳播時間受下游錢塘江潮汐頂托影響，傳播時間相差較大。統(tǒng)計了數(shù)場洪水的傳播時間，0 ～ 12 h均有可能，為此，利用多元回歸分析法將湄池站洪水位與諸暨站洪峰流量以及洪峰前12 h內(nèi)的聞家堰高水位建立關(guān)系（見式（1）），樣本年份為1991 — 2012年。

式中：Zmc為湄池高水位，m；Qzj為諸暨洪峰流量，m3/s；Zwjy為聞家堰高水位，m（洪峰前12 h內(nèi)）。

圖3為多元線性回歸計算結(jié)果與實測對比圖。從圖3可知，22 a樣本中，只有14個樣本的誤差在30 cm內(nèi)，占63.6%，統(tǒng)計的22 a中，誤差絕對平均值為0.30 m，原因是公式中未反應(yīng)諸暨與湄池的區(qū)間入流，其入流形式復(fù)雜，包含旁側(cè)入流、電排等，致使湄池斷面與諸暨斷面的流量存在差異，且量值較難掌握，但此回歸公式可以利用諸暨站洪峰預(yù)報以及下游聞家堰站潮位預(yù)報簡單估算湄池站高水位，在估算中，流量估算盡量考慮旁側(cè)入流和電排等情況，使結(jié)果更加保守安全。

圖3 湄池站多元線性回歸計算結(jié)果與實測對比圖

5 洪水位敏感性分析

利用DHI研制的Mike11水動力模塊，構(gòu)建浦陽江流域水動力模型，浦陽江的潮區(qū)界位于諸暨西江的王家堰附近，由于堰壩阻攔，潮水無法上溯，因此數(shù)學(xué)模型上邊界設(shè)在浦陽江綄沙橋和楓橋江駱家橋，下游設(shè)在浦陽江與富春江交叉口（見圖4）。概化后的河網(wǎng)共3個河汊，209個斷面，相鄰斷面間距控制在500 m以內(nèi)。本次模型計算有2個上游流量邊界，1個下游水位邊界，且考慮相應(yīng)的旁側(cè)入流情況。綄沙橋采用諸暨站實測流量資料，駱家橋采用楓橋站實測流量資料；下游邊界采用離浦陽江出口2.5 km的聞家堰站水位作為計算邊界；旁側(cè)入流邊界由降雨徑流分析結(jié)合電排流量得出。

圖4 數(shù)學(xué)模型范圍圖

選擇實測洪水進行模擬計算，驗證洪流演進計算數(shù)學(xué)模型的準確性并確定模型的有關(guān)參數(shù)，模型驗證選用2011年 “6 · 16”洪水過程，洪水期間諸暨站實測洪峰流量為1 050 m3/s，驗證成果見圖5。從驗證結(jié)果看，最高洪水位誤差基本控制在5 cm以內(nèi)，表明模型率定參數(shù)基本合理，可用于浦陽江洪水位敏感性分析研究。

圖5 2011年“6 · 16”洪水數(shù)學(xué)模型驗證圖

為簡化計算且能說明問題，此處上下游邊界水位和流量過程均采用2011年“6 · 16”洪水實測過程，下游水位過程同比例縮放成高水位為6.000，7.000，8.000，9.000 m，上游諸暨流量同比例縮放為600 ～ 1 500 m3/s，并考慮相應(yīng)的區(qū)間入流，計算地形與驗證期間的計算地形一致。

表2為在浦陽江洪水和聞家堰水位平均變化10.00 cm下、諸暨流量為600 ～ 1 500 m3/s時，得到的湄池站水位變化值表。從表2中看出，諸暨站流量越小，湄池站水位變化越劇烈，其平均變化值為0.036 m。

當諸暨站流量平均變化100 m3/s、表3為聞家堰水位為6.000 ～ 9.000 m時，得到的湄池站水位變化值表。從表3中看出，聞家堰水位越低，湄池站水位變化越劇烈，其平均變化值為0.254 m。

表2 諸暨站不同流量時湄池水位相應(yīng)變化值表

續(xù)表2

表3 聞家堰站不同水位時湄池水位相應(yīng)變化值表

6 結(jié)論與不足

6.1 結(jié) 論

（1）湄池站高水位主要與下游聞家堰水位以及上游諸暨洪峰流量和區(qū)間入流有關(guān)，不同年代的平均年最高潮位變化趨勢和年平均高潮位與下游聞家堰變化趨勢保持一致，表明了浦陽江下游段是一個典型的感潮河段。

（2）利用諸暨站洪峰以及洪峰前12 h內(nèi)的聞家堰高水位與湄池站高水位建立多元線性回歸關(guān)系，以21世紀90年代后的22場洪水為例，計算絕對值誤差平均為0.310 m，可以為洪水位預(yù)報提供參考。

（3）利用數(shù)學(xué)模型，通過變化諸暨流量和聞家堰水位得到湄池站洪水位隨著諸暨流量和聞家堰水位變化的敏感性，可以為洪水位預(yù)報提供參考。

6.2 不 足

（1）影響流域洪水過程因素較多，并且洪水還原困難，每場洪水過程都不一樣，本文以21世紀以來最嚴重的2011年“6 · 16”洪水過程為例進行洪水位敏感性分析，在今后實際洪水預(yù)估中可能存在誤差。

（2）諸暨至湄池區(qū)間匯流較為復(fù)雜，形式多樣，洪水期間湄池斷面流量較難準確估算，因此建議相關(guān)部門在湄池站設(shè)置流量站。

[1] 胡國建，丁濤，尤愛菊，等，錢塘江洪水頂托對浦陽江洪水位的影響研究[J].水電能源科學(xué)，2011，29(11)：11 - 14.

[2] 丁濤，胡國建，尤愛菊.錢塘江河口近年江道變化對浦陽江行洪影響研究[J]，水力發(fā)電學(xué)報，2012，31(5)：148 - 153.

[3] 胡琳琳，陳煥寶.浦陽江上游堤防建設(shè)對洪水歸槽的影響分析[J].浙江水利科技，2013(6)：23 - 26.

[4] 邵學(xué)強，金新芽，李文杰，等，浦陽江流域水文水力學(xué)洪水預(yù)報模型[J].浙江水利科技，2003(3)：10 - 14.

[5] 史英標，林炳堯，徐有成.錢塘江河口洪水特性及動床數(shù)值預(yù)報模型[J].泥沙研究，2005(1)：8 - 13.

[6] 韓曾萃，戴澤蘅，李光炳，等.錢塘江河口治理開發(fā)[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[7] 宋立松，方琛亮，史英標，等.基于Web的錢塘江下游洪水實時預(yù)報系統(tǒng)研制[J].水電能源科學(xué)，2011，29(1)：119 - 121.

（責任編輯 郎忘憂）

Analysis of Flood Water Characteristics of Meichi Station in Puyang River

ZHENG Guo - dan1，2，3，TANG Zi - wen1，2，3，JIN xin1，2，3，HU Jin - chun1，2，3，LI Jun1，2，3

（1.Zhejiang Institute of Hydraulics & Estuary，Hangzhou 310020，Zhejiang，China；2.Zhejiang Institute of Marine Planning and Design，Hangzhou 310020，Zhejiang，China；3.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Estuary and Coast，Hangzhou 310020，Zhejiang，China）

The causes of high water level of tidal rivers are complex，mainly affected by upstream runoff and downstream tide. This paper is about a study of sensitive analysis method for water level of tidal rivers in the Puyang river of Zhejiang Province. With the collected data of flood elements，it analyzed the reason of the high water lever of the Meichi station，then got the experience forecast method for the Meichi station by the flood elements. The water level mathematical model，which described the sensitivity of flood water level relating to water flow and tidal level，was established. The research results show that：the flood level of Meichi Station was subject to the flow at Zhuji and the water level at Wenjiayan，both are indispensable. According to the Zhuji flow and the Wenjiayan water level，the average prediction error of Meichi high water level is 0.300 m. When the Zhuji flow is 600 ～ 1 500 m3/s，if the Wenjiayan water level changes an average of 0.100 m，then the Meichi station water level change is 0.036 m；when the Wenjiayan water level is 6.000 ～ 9.000 m，if the Zhuji flow changes an average of 100 m3/s，then the Meichi station water level change is 0.254 m.

Puyang river；Meichi station；flood water；tidal river；flow

注：表中上標1的數(shù)據(jù)為平均變化量。

TV697

A

1008 - 701X(2016)06 - 0005 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2016.06.002

2016-03-30

浙江省科技計劃項目(2014F10036)；浙江省水利科技計劃項目(RC1502)。

鄭國誕(1986 - )，男，工程師，碩士，主要從事河口海岸水動力學(xué)研究、洪水預(yù)報等工作。

E-mail：12971414@qq.com