設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下臨淮崗庫(kù)區(qū)圩區(qū)調(diào)度運(yùn)用方案研究

季益柱 余 生 王長(zhǎng)明 丁 翔

臨淮崗洪水控制工程是控制淮河上中游洪水的戰(zhàn)略性工程?；春影l(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，在行蓄洪區(qū)充分發(fā)揮作用以后，預(yù)報(bào)臨淮崗壩前水位將超28.41m或城西湖蓄水位超27.5m時(shí)，啟用臨淮崗庫(kù)區(qū)內(nèi)的地付段、谷河洼、陳族灣大港口、臨王段蓄洪，控制臨淮崗壩前水位不超過(guò)28.41m?；春拥乃闀r(shí)空變化大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、洪水總量大，臨淮崗庫(kù)區(qū)圩區(qū)在控制點(diǎn)水位達(dá)到控制值時(shí)同時(shí)啟用經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響大，而且不完全適應(yīng)淮河水情及各種時(shí)空分布變化。同時(shí)，隨著治淮19 項(xiàng)工程建設(shè)的完成，淮河干支流堤防的堤頂高程已發(fā)生變化，自然漫溢的效果變差，需要對(duì)預(yù)留分洪口門(mén)的方式進(jìn)行分析，對(duì)預(yù)留口門(mén)位置、尺寸進(jìn)行調(diào)整和細(xì)化，研究分時(shí)、分批啟用。本文通過(guò)淮河淮濱～蚌埠段防洪規(guī)劃洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型，研究設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下臨淮崗庫(kù)區(qū)圩區(qū)的啟用次序、時(shí)間間隔以及口門(mén)寬度，對(duì)加強(qiáng)圩區(qū)調(diào)度的科學(xué)性、合理性和適用性具有參考與支持作用。

一、臨淮崗工程概況

臨淮崗工程位于淮河干流正陽(yáng)關(guān)以上28km 處，是提高淮北大堤防洪保護(hù)區(qū)及蚌埠、淮南等重要城市防洪標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵性工程，是淮河中游防洪體系中的重要組成部分。工程利用壩址以上有利地形，在行蓄洪區(qū)先期行、蓄洪基礎(chǔ)上，進(jìn)一步攔蓄洪水，削減洪峰，與上游的山谷水庫(kù)、中游的行蓄洪區(qū)、淮北大堤以及茨淮新河、懷洪新河共同構(gòu)成淮河中游多層次綜合防洪體系，使淮北大堤保護(hù)區(qū)和沿淮重要工礦城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)由50年一遇提高到100年一遇。臨淮崗工程為一等大（1）型工程，正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，壩前設(shè)計(jì)洪水位為28.41m，滯洪庫(kù)容85.6 億m3；非常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，壩前校核水位29.49m，相應(yīng)庫(kù)容121.3 億m3。工程主要包括主壩、南副壩、北副壩、淺孔閘、深孔閘、姜唐湖進(jìn)洪閘、船閘以及上下游引河等。

1000年一遇洪水臨淮崗壩上淹沒(méi)范圍內(nèi)有圩區(qū)和一般堤防保護(hù)區(qū)13片，分別是淮河干流谷堆圩區(qū)、王崗圩區(qū)、陳族灣大港口圩區(qū)、谷河洼圩區(qū)、地付段圩區(qū)及臨王段一般堤防保護(hù)區(qū)，支流洪汝河洪洼圩區(qū)、白露河期思圩區(qū)、李香鋪圩區(qū)、史灌河大橋徐集圩區(qū)、老李集圩區(qū)、賈廟圩區(qū)、堰溝圩區(qū)，總面積1264km2，耕地118萬(wàn)畝，人口92 萬(wàn)。其中，臨王段、陳族灣大港口、地付段、谷河洼為100年一遇洪水臨淮崗工程淹沒(méi)區(qū)，大橋徐集、老李集、賈廟、堰溝為臨淮崗工程100年一遇設(shè)計(jì)洪水影響區(qū)。遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，需分步使用大橋徐集、老李集、賈廟、堰溝、谷堆、王崗、洪洼、期思、李香鋪圩區(qū)滯洪。

二、調(diào)洪演算數(shù)學(xué)模型

淮河正陽(yáng)關(guān)以上河道兩側(cè)分布有眾多的圩區(qū)、行蓄洪區(qū)，同時(shí)有洪汝河、史灌河、沙潁河、淠河等眾多支流匯入。平水期水流主要在河道中運(yùn)動(dòng)；洪水期隨著上游來(lái)水流量加大、水位上升，超過(guò)了河道泄流能力時(shí)，水流通過(guò)閘、口門(mén)、漫堤等形式進(jìn)入到圩區(qū)、行蓄洪區(qū)，行洪區(qū)蓄滿(mǎn)后行洪；當(dāng)預(yù)報(bào)正陽(yáng)關(guān)水位將超過(guò)26.4m時(shí)，啟用臨淮崗工程控制洪水下泄。因此，研究臨淮崗洪水調(diào)度方案既要研究河道的排洪能力，又要研究河道與行洪區(qū)和圩區(qū)的水量交換，以及圩區(qū)內(nèi)的水位變化規(guī)律。

針對(duì)淮河水流條件的復(fù)雜性，本次采用“淮河淮濱～蚌埠段防洪規(guī)劃洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型”對(duì)臨淮崗洪水調(diào)度方案進(jìn)行分析計(jì)算。模型考慮各種水流因素對(duì)水位、流量的影響以及動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，根據(jù)水力學(xué)原理，利用數(shù)值計(jì)算方法求解描述水流運(yùn)動(dòng)的圣維南方程組，模擬洪水演進(jìn)過(guò)程。該數(shù)學(xué)模型經(jīng)實(shí)測(cè)洪水率定和驗(yàn)證，滿(mǎn)足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。

模型的入流控制站為淮干淮濱、洪汝河班臺(tái)、白露河北廟集、史灌河蔣集、沙潁河阜陽(yáng)、淠河馮集、渦河蒙城。入流點(diǎn)的入流過(guò)程由上游理想洪水過(guò)程線經(jīng)水庫(kù)、滯洪區(qū)調(diào)蓄后，采用河道馬斯京根法演算得出，下邊界為蚌埠水位流量關(guān)系。

三、洪水演進(jìn)工程條件

1.上游水庫(kù)

淮河干流正陽(yáng)關(guān)以上現(xiàn)有宿鴨湖、南灣、鲇魚(yú)山、梅山、響洪甸、佛子嶺等20 座大型水庫(kù)的運(yùn)用條件按照淮河洪水調(diào)度方案進(jìn)行控制。

2.行蓄洪區(qū)

淮河干流正陽(yáng)關(guān)以上兩側(cè)分布有濛洼蓄洪區(qū)、城西湖蓄洪區(qū)、南潤(rùn)段蓄洪區(qū)、邱家湖蓄洪區(qū)、城東湖蓄洪區(qū)以及姜唐湖行洪區(qū)等眾多行蓄洪區(qū)，行蓄洪區(qū)運(yùn)用條件按照淮河洪水調(diào)度方案進(jìn)行控制。

3.臨淮崗庫(kù)區(qū)圩區(qū)

臨淮崗壩上有圩區(qū)和一般堤防保護(hù)區(qū)共13 片，按照淮河洪水調(diào)度方案，淮河發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，在行蓄洪區(qū)充分發(fā)揮作用以后，預(yù)報(bào)臨淮崗壩前水位將超28.41m 或城西湖蓄水位超27.5m 時(shí)，啟用臨淮崗庫(kù)區(qū)內(nèi)的地付段、谷河洼、陳族灣大港口、臨王段蓄洪，控制臨淮崗壩前水位不超過(guò)28.41m。

四、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水啟用圩區(qū)運(yùn)用方案研究

1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水啟用圩區(qū)方案擬定

淮河發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，需啟用地付段、谷河洼、陳族灣大港口（以下簡(jiǎn)稱(chēng)陳大）、臨王段。因地付段、谷河洼因地勢(shì)低洼、匯流面積大，在啟用前常已形成內(nèi)澇，考慮首先啟用，本文根據(jù)不同的啟用次序和時(shí)間間隔擬定7 組方案（見(jiàn)表1），運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，通過(guò)100年一遇洪水調(diào)洪演算進(jìn)行方案比選。

表1 圩區(qū)不同啟用方案擬定表

2.擬定方案演算成果分析

各方案計(jì)算成果對(duì)比分析見(jiàn)圖1。方案一臨淮崗壩上洪峰水位28.41m，方案五、方案六、方案七臨淮崗壩上洪峰水位抬高0.08～0.23m，對(duì)臨淮崗工程防洪安全影響較大，同時(shí)增大了庫(kù)區(qū)圩區(qū)及安全區(qū)的防洪壓力。方案二、方案三、方案四臨淮崗壩上洪峰水位抬高0.02～0.04m，對(duì)臨淮崗工程防洪安全影響較小，對(duì)庫(kù)區(qū)圩區(qū)及安全區(qū)的防洪壓力也較小。

（1）圩區(qū)不同啟用次序?qū)εR淮崗壩上洪峰水位影響分析

當(dāng)圩區(qū)啟用時(shí)間間隔6h，先啟用陳大、后啟用臨王段（方案二）比先啟用臨王段、后啟用陳大（方案三）降低臨淮崗壩上水位0.02m。

當(dāng)圩區(qū)啟用時(shí)間間隔12h，先啟用陳大、后啟用臨王段（方案四）比先啟用臨王段、后啟用陳大（方案五）降低臨淮崗壩上水位0.03m。

可以看出，先啟用陳大、后啟用臨王段的方案對(duì)臨淮崗工程防洪安全影響較小。

（2）圩區(qū)啟用時(shí)間間隔對(duì)臨淮崗壩上洪峰水位影響分析

通過(guò)對(duì)圩區(qū)啟用次序?yàn)榈馗抖魏凸群油?、陳大、臨王段的三個(gè)方案（方案二、方案四、方案六）進(jìn)行對(duì)比分析，間隔6h（方案二）相比間隔12h（方案四），臨淮崗壩上洪峰水位降低0.03m；間隔6h（方案二）相比間隔24h（方案六），臨淮崗壩上洪峰水位降低0.19m。

通過(guò)對(duì)圩區(qū)啟用次序?yàn)榈馗抖魏凸群油?、臨王段、陳大的三個(gè)方案（方案三、方案五、方案七）進(jìn)行對(duì)比分析，間隔6h（方案三）相比間隔12h（方案五），臨淮崗壩上洪峰水位降低0.04m；間隔6h（方案三）相比間隔24h（方案七），臨淮崗壩上洪峰水位降低0.19m。

可以看出，圩區(qū)啟用時(shí)間間隔為6h 的方案對(duì)臨淮崗壩上洪峰水位影響最小。啟用時(shí)間間隔越大，臨淮崗壩上水位越高。啟用時(shí)間間隔24h 時(shí)，無(wú)論先啟用陳大或先啟用臨王段，臨淮崗壩上水位均超設(shè)計(jì)水位0.21～0.23m；啟用時(shí)間間隔6h 時(shí)，如果按地付段和谷河洼、陳大、臨王段的次序啟用圩區(qū)，與圩區(qū)同時(shí)啟用相比只抬高壩上水位0.02m。

綜合以上分析成果，當(dāng)淮河干流發(fā)生100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，臨淮崗工程啟用控泄后，依次啟用庫(kù)區(qū)地付段和谷河洼、陳大、臨王段，啟用時(shí)間間隔6h，對(duì)臨淮崗工程防洪安全影響最小。該方案相比同時(shí)啟用的方案在實(shí)際調(diào)度操作中更為靈活，可在一定程度上減輕同時(shí)開(kāi)啟4 處分洪口門(mén)、同時(shí)轉(zhuǎn)移安置4 個(gè)圩區(qū)內(nèi)部人口的防汛壓力；若遇比100年一遇稍小的洪水，可視防汛調(diào)度的實(shí)際需要考慮減少部分圩區(qū)的啟用。

五、圩區(qū)分洪口門(mén)尺寸對(duì)臨淮崗工程防洪影響

圖1 各方案條件下淮河干流沿程洪峰水位對(duì)比圖

圖2 不同分洪口門(mén)寬度100年一遇洪水臨淮崗壩上洪峰水位對(duì)比圖

為分析谷河洼、地付段、陳大、臨王段分洪口門(mén)尺寸對(duì)臨淮崗工程防洪影響，擬定口門(mén)寬度分別為200m、500m、1000m，按以下3 種工況進(jìn)行100年一遇洪水調(diào)洪演算：

（1）谷河洼、地付段、陳大、臨王段同時(shí)啟用；

（2）地付段和谷河洼、陳大、臨王段間隔6h 依次啟用；

（3）谷河洼和地付段、陳大、臨王段間隔12h 依次啟用。

各工況條件下臨淮崗壩上洪峰水位對(duì)比情況見(jiàn)圖2?？陂T(mén)寬度500m 與1000m 方案相比，臨淮崗壩上最高水位抬高-0.01～0.03m?？陂T(mén)寬度200m與1000m 方案相比，臨淮崗壩上最高水位抬高0.03～0.07m。其中，按啟用時(shí)間間隔6h，依次啟用地付段、谷河洼、陳大、臨王段方案，口門(mén)寬度500m 時(shí)，臨淮崗壩上最高水位為28.43m，比設(shè)計(jì)值抬高0.02m，影響較?。豢陂T(mén)寬度200m 時(shí)，臨淮崗壩上最高水位為28.48m，比設(shè)計(jì)值抬高0.07m。

六、結(jié)語(yǔ)

（1）淮河干流發(fā)生100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，臨淮崗工程啟用控泄后，庫(kù)區(qū)內(nèi)的地付段、谷河洼、陳族灣大港口和臨王段等4 處圩區(qū)需參與滯洪。運(yùn)用淮河淮濱～蚌埠段防洪規(guī)劃洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)多方案比選，依次啟用地付段和谷河洼、陳族灣大港口、臨王段，啟用時(shí)間間隔6h 的方案對(duì)臨淮崗工程防洪安全影響最小。

（2）淮河干流發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，臨淮崗庫(kù)區(qū)內(nèi)的13 處圩區(qū)和一般堤防保護(hù)區(qū)需依次啟用，本研究對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下臨淮崗庫(kù)區(qū)圩區(qū)及一般堤防保護(hù)區(qū)調(diào)度方案研究具有一定的參考及借鑒意義■