淺談八里湖洪水調(diào)度分析

劉龍彬

(江西省九江市水利科學(xué)研究所，江西 九江 332000)

0 引 言

九江城區(qū)北濱長江，東臨鄱陽湖，西接賽城湖，城區(qū)三面臨水，湖塘密布，具有豐富的天然水資源和河湖水面景觀資源。但因城區(qū)地勢(shì)低洼，既需抵御外洪的威脅，又要防御內(nèi)澇的侵?jǐn)_。

八里湖是九江市城區(qū)最重要的通江湖泊，是城區(qū)的重點(diǎn)防洪區(qū)，搞好湖區(qū)的洪水調(diào)度，是保護(hù)湖區(qū)周邊人民生命財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也是提升湖區(qū)生態(tài)環(huán)境和文化生活水平的需要。

1 八里湖概況

1.1 基本情況

八里湖為淺水通江湖泊，納九江市柴桑區(qū)沙河及城區(qū)十里河來水，流域面積273 km2。

在湖區(qū)北面通江河口建有排澇閘(站)。排澇閘過水凈寬3.00 m×5.00 m，底板高程12.50 m(吳淞，下同)，平板鋼閘門采用電動(dòng)卷揚(yáng)啟閉機(jī)啟閉，設(shè)計(jì)最大過流能力460 m3/s。八里湖排澇站共裝機(jī)3臺(tái)，總裝機(jī)容量3×1 000 kW，設(shè)計(jì)起排水位為18.50 m，單機(jī)設(shè)計(jì)抽排流量15.7 m3/s，閘站排水直入長江。

在湖區(qū)東北側(cè)建有向陽西堤引水閘。引水閘為平板鋼結(jié)構(gòu)閘門，單孔，過流凈寬1.70 m，閘底板高程12.58 m，與市城區(qū)甘棠湖補(bǔ)水工程龍開故道(人工補(bǔ)水渠)相連。龍開故道上建有直排長江的官牌夾排澇站，共裝機(jī)8臺(tái)，總裝機(jī)容量2 920 kW(6×400 kW+2×260 kW)，設(shè)計(jì)排澇流量18.7 m3/s。

目前，八里湖周邊圩堤已按50年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固，堤防均為3級(jí)，設(shè)計(jì)水位為20.85 m，堤頂高程23.00 m。

湖區(qū)排澇閘運(yùn)行條件為外江水位低于內(nèi)湖水位時(shí)，八里湖湖區(qū)洪水可通過排澇閘自排入江，預(yù)降湖區(qū)水位至控制水位(汛期為汛限水位，非汛期為正常水位)。

1.2 現(xiàn)狀洪水調(diào)度方案

八里湖目前運(yùn)行的洪水調(diào)度方案還是1997年江西省九江市水利科學(xué)研究所編制的[1]。是依據(jù)八里湖堤防抗洪能力和不淹南潯鐵路路肩高程確定，泵站起排水位18.50 m，正常蓄水位18.38m，最高控制水位20.85 m。即八里湖洪水調(diào)度方案按長江水位18.50 m控制：當(dāng)長江水位高于18.50 m時(shí)，開機(jī)抽排；當(dāng)長江水位低于18.50 m時(shí)，八里湖水位控制在18.38 m以內(nèi)，并根據(jù)臺(tái)風(fēng)等氣象預(yù)報(bào)成果，通過閘排或電排，實(shí)施預(yù)先降低湖水位計(jì)劃，保障湖區(qū)防洪安全。

1.3 現(xiàn)狀調(diào)度方案存在的問題

由于近幾年城區(qū)骨干道路、橋梁、公園等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，擠占了部分湖區(qū)蓄水容積，使湖區(qū)調(diào)蓄能力有所下降，按現(xiàn)有規(guī)則調(diào)度方案，在遇到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)湖區(qū)最高水位超過控制水位20.85 m的情況。

另外，由于湖區(qū)水環(huán)境功能的變化，導(dǎo)致了湖區(qū)周邊排澇閘(站)的運(yùn)行工況發(fā)生了變化。如為了保障城市景觀用水功能，增設(shè)了向陽西堤引水閘從八里湖引水，通過龍開故道給城區(qū)甘棠湖、南湖進(jìn)行補(bǔ)水，保障兩湖及補(bǔ)水渠水環(huán)境景觀用水。

經(jīng)多年運(yùn)行，現(xiàn)有的排澇設(shè)施老化，有的已不能按調(diào)度規(guī)則正常有效運(yùn)行。如八里湖排澇閘閘門：當(dāng)閘前后水位差低于3.30 m時(shí)，閘門可依靠自重關(guān)閉，高于3.30 m時(shí)，閘門需增加配重方可關(guān)閉；當(dāng)閘前后水位差高于6.90 m時(shí)，開啟閘門所需啟門力超過現(xiàn)狀啟閉機(jī)容量，閘門無法開啟。由于湖洪一般早于長江洪水，所以，每年4～7月湖洪來臨，長江水位較低，可打開排澇閘泄洪，但排澇閘門在完成排水后，卻往往因內(nèi)外水位差過大而難以關(guān)閉。并且因泵站的設(shè)計(jì)起排水位設(shè)定為18.50 m，當(dāng)外江水位高于內(nèi)湖水位，且內(nèi)湖水位低于泵站起排水位18.50 m時(shí)，泵站不能實(shí)施抽排。這時(shí)在預(yù)報(bào)湖區(qū)即將發(fā)生大洪水時(shí)，現(xiàn)狀方案無法實(shí)施內(nèi)湖水位預(yù)降措施。

由于目前八里湖運(yùn)用的還是1997年制定的湖洪水調(diào)度方案，現(xiàn)狀很多的外在邊界條件已發(fā)生變化，現(xiàn)有的湖洪水調(diào)度方案已經(jīng)無法滿足現(xiàn)狀的要求。因此，重新制定八里湖洪水調(diào)度規(guī)則迫在眉睫。

2 汛期限制水位的確定

汛期限制水位的高低，直接影響到設(shè)計(jì)洪水來臨情況下湖區(qū)的最高水位的高低，因此，八里湖洪水調(diào)度規(guī)則的確定，是在充分利用現(xiàn)有防洪設(shè)施的情況下，怎樣通過合理調(diào)度，確保湖區(qū)防汛安全，即湖區(qū)最高水位控制在允許最高水位20.85 m以內(nèi)。

2.1 邊界條件的重新確定

由于調(diào)度方案存在諸多條件約束，為了在現(xiàn)狀條件下能科學(xué)的進(jìn)行洪水調(diào)度，滿足現(xiàn)狀防洪需要，部分調(diào)洪邊界條件需要重新確定。

(1)水位～湖容關(guān)系。由于八里湖湖容被擠占，需重新確定水位～湖容關(guān)系。2014年10月江西省九江市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院在編制《九江市城市水生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃》時(shí)對(duì)八里湖湖區(qū)進(jìn)行了重新測(cè)量[2]，具體情況見表1。

表1 八里湖“水位～面積～容積”成果表

(2)湖區(qū)排澇閘運(yùn)行條件。原有的八里湖洪水調(diào)度方案中未考慮向陽西堤引水閘的防洪調(diào)度作用，因湖區(qū)運(yùn)行邊界條件的變化，為了充分利用湖區(qū)已有工程的效用，保障湖區(qū)防洪安全，需將向陽西堤引水閘、官牌夾排澇站統(tǒng)一納入湖區(qū)防洪聯(lián)合調(diào)度體系進(jìn)行調(diào)度。運(yùn)行條件為：當(dāng)外江水位低于湖水位且水位差小于3.30 m時(shí)，采用八里湖排澇閘自排入江，當(dāng)內(nèi)外水位差大于3.30 m時(shí)，采用向陽西堤引水閘提前預(yù)降湖區(qū)水位，通過官牌夾排澇站抽排入江。

(3)降雨及徑流資料。八里湖流域內(nèi)無實(shí)測(cè)徑流資料，擬采用徑流系數(shù)法由逐日降雨資料推求。徑流系數(shù)根據(jù)市赤湖、賽城湖兩湖的觀測(cè)試驗(yàn)成果選用(見表2)。

表2 徑流系數(shù)選用成果表

日降雨量以九江水文站實(shí)測(cè)成果為代表，選用九江水文站1954～2016年共63年長系列實(shí)測(cè)逐日降水資料。

(4)外江(長江)水位資料。外江(排澇閘出口長江)水位資料以九江站實(shí)測(cè)水位為代表，考慮與降水量資料系列的一致性，選用九江水位站實(shí)測(cè)逐日平均水位資料系列也為1954～2016年共63年長系列。

2.2 調(diào)洪計(jì)算

2.2.1 設(shè)計(jì)典型年的確定

2002年9月 長江水利委員會(huì)長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院編制的《九江市城市防洪治澇工程日元貸款項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中計(jì)算歷年系列中以1998年計(jì)算水位最高[3]，1969年居第二，1954年居第三，按經(jīng)驗(yàn)頻率確定50年一遇洪水位(1998年)為計(jì)算水位(這里的50年一遇洪水指的是湖洪、江洪、暴雨綜合相遇的情況)。

本次根據(jù)1954～2016年的逐日降雨資料和長江實(shí)測(cè)水位資料進(jìn)行重新復(fù)核計(jì)算，在2002年以后雖然也出現(xiàn)大水年份，但在這些年份中長江水位高時(shí)，湖區(qū)暴雨量少，計(jì)算結(jié)果仍以1998年計(jì)算水位最高，1969年居第二，1954年居第三。因此，50年一遇洪水的設(shè)計(jì)典型年本次仍選用1998年。

2.2.2 調(diào)洪演算

根據(jù)設(shè)計(jì)典型年1998年九江水文站實(shí)測(cè)逐日降水資料和九江水位站實(shí)測(cè)逐日平均水位資料，在以上約束條件下取不同汛期限制水位進(jìn)行逐日試算，求得汛期最高水位達(dá)到20.85 m時(shí)的相應(yīng)汛限水位，詳見表3。

表3 八里湖防洪排澇復(fù)核演算成果表

由表3可以看出，按現(xiàn)狀方案(起排水位18.50 m、正常蓄水位18.38 m)進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行，在湖容被部分?jǐn)D占的情況下，其最高湖水位達(dá)21.23 m，高于設(shè)計(jì)洪水位20.85 m，不能滿足防洪安全要求；但是，按新的試算結(jié)果，在汛期，考慮新增的防洪工程聯(lián)合運(yùn)行，將汛期限制水位確定為17.88m時(shí)其最高水位低于設(shè)計(jì)洪水位，能滿足防洪要求。

2.3 預(yù)降預(yù)排措施分析

當(dāng)預(yù)報(bào)八里湖流域超標(biāo)準(zhǔn)暴雨將至，可實(shí)施湖區(qū)水位預(yù)降措施。

通過對(duì)九江水文站系列實(shí)測(cè)日降雨量進(jìn)行頻率分析計(jì)算，其百年一遇日降雨量為279 mm，300年一遇為323 mm，500年一遇為343 mm。根據(jù)排澇分析計(jì)算，當(dāng)預(yù)報(bào)湖區(qū)將出現(xiàn)100年一遇降雨時(shí)，預(yù)報(bào)預(yù)排水位為17.25 m，預(yù)見期0.48天；當(dāng)預(yù)報(bào)湖區(qū)將出現(xiàn)300年一遇降雨時(shí)，預(yù)報(bào)預(yù)排水位為16.59 m，預(yù)見期2.84天；當(dāng)預(yù)報(bào)湖區(qū)將出現(xiàn)500年一遇降雨時(shí)，預(yù)報(bào)預(yù)排水位為16.28 m，預(yù)見期3.91天。

3 結(jié) 論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)擠占湖泊調(diào)蓄水面情況時(shí)有發(fā)生，但隨之帶來的影響卻是加大區(qū)域防汛壓力，提高排澇保安費(fèi)用。如何科學(xué)合理的對(duì)湖區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)和利用是我們所面臨的應(yīng)該深思的問題。我們應(yīng)該將工程措施和非工程措施有效的結(jié)合，對(duì)湖區(qū)所有的水工建筑物進(jìn)行規(guī)劃，并制定合理的調(diào)度方式，讓每個(gè)建筑物都充分發(fā)揮其功能，來滿足人們對(duì)河湖生態(tài)景觀的日益提升的要求。