八里河排澇站規(guī)模論證研究

海 燕 王志濤

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230088）

1 概況

八里河位于安徽省潁上縣境內(nèi)，為潁河支流，流域面積480km2，耕地2.87 萬(wàn)hm2。流域內(nèi)地勢(shì)較為平坦，由西北向東南緩傾，地面高程最高28.5m、最低17.5m。多年平均降雨量966mm，最大年降雨量1722.5mm（1954年）。八里河出口處于潁河潁上閘下，現(xiàn)有八里河閘承擔(dān)防洪、自排功能。八里河閘上形成一平底湖洼，湖底高程17.0m，正常蓄水位21.5m，常年蓄水區(qū)面積27.1km2，是國(guó)家5A 級(jí)旅游景區(qū)、國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)。流域現(xiàn)狀已基本建成高水高排、低水低排的防洪除澇排水體系[1]。為解決流域內(nèi)低洼湖區(qū)排水出路，2016年開(kāi)工建設(shè)八里河大型排澇站，設(shè)計(jì)排澇流量60m3/s，裝機(jī)5100kW[2]。

2020年汛期，淮河干流正陽(yáng)關(guān)最高水位26.75m，列有實(shí)測(cè)資料以來(lái)第2 位。受淮河干流洪水頂托，潁河潁上閘下最高水位26.94m，八里河排澇站累積抽排水量約1 億m3，大大減輕了洪水威脅，保障了流域內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 泵站規(guī)模論證

根據(jù)八里河流域現(xiàn)狀排水分區(qū)及工程體系，汛期流域內(nèi)班草湖、五里井、第三湖等高排區(qū)來(lái)水高排入潁河，局部低洼地直接抽排入潁河，八里河常年蓄水區(qū)匯水面積247.8km2。本文采用平均排除法、洪水調(diào)算法兩種方法分別論證八里河泵站規(guī)模。

2.1 平均排除法

平均排除法參考《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算辦法》，采用最大3 天設(shè)計(jì)暴雨中后兩天暴雨所產(chǎn)生的凈雨2 天內(nèi)平均排除，分析八里河排澇站規(guī)模。根據(jù)潁上站實(shí)測(cè)降雨資料適線(xiàn)分析，最大3 天設(shè)計(jì)暴雨20年一遇312mm，10年一遇255mm。

平均排除法的主要影響因素包括八里河可調(diào)蓄水量、設(shè)計(jì)時(shí)段降雨量，以及相應(yīng)降雨量對(duì)湖水位的控制要求?？烧{(diào)蓄水量考慮常年蓄水區(qū)調(diào)蓄能力對(duì)泵站規(guī)模的影響，汛期根據(jù)洪水預(yù)報(bào)先期利用八里河排澇站、八里河閘預(yù)排以騰空庫(kù)容，增加調(diào)蓄水量，分別采用預(yù)降水位至21.0m 和20.5m。設(shè)計(jì)時(shí)段降雨量采用最大3 天設(shè)計(jì)暴雨20年、10年一遇降雨量。相應(yīng)3 天設(shè)計(jì)暴雨抽排后對(duì)八里河水位的控制要求，一是采用正常蓄水位21.5m，二是考慮常年蓄水區(qū)周邊22.0m 以下基本無(wú)重要設(shè)施及人口分布，對(duì)八里河旅游景區(qū)影響不大，采用22.0m。

綜合以上因素，擬定4 個(gè)方案計(jì)算八里河排澇站設(shè)計(jì)流量。方案一為控制10年一遇最大3 天降雨八里河水位不超過(guò)22.0m，汛前預(yù)降水位至21.0m；方案二為控制10年一遇最大3 天降雨八里河水位不超過(guò)21.5m，汛前預(yù)降水位至20.5m；方案三為控制20年一遇最大3 天降雨八里河水位不超過(guò)22.0m，汛前預(yù)降水位至20.5m；方案四為控制20年一遇最大3 天降雨八里河水位不超過(guò)21.5m，汛前預(yù)降水位至20.5m。各方案泵站規(guī)模成果見(jiàn)表1。

表1 八里河排澇站平均排除法計(jì)算成果表

從各方案成果來(lái)看，通過(guò)預(yù)降八里河水位，充分發(fā)揮常年蓄水區(qū)調(diào)蓄能力，有利于提高湖泊排澇標(biāo)準(zhǔn)、減小建站規(guī)模、節(jié)省工程投資。方案三與方案一相比，提高了排澇標(biāo)準(zhǔn)；與方案二相比，通過(guò)增加調(diào)蓄庫(kù)容，提高排澇標(biāo)準(zhǔn)、減小建站規(guī)模；與方案四相比，建站規(guī)模大幅減小。綜合以上分析，八里河排澇站設(shè)計(jì)抽排流量60m3/s 為宜。

2.2 洪水調(diào)算法

洪水調(diào)算法的計(jì)算思路為，利用歷史降雨、水位資料，以八里河入湖洪水過(guò)程為上邊界條件、八里河出口處潁河水位為下邊界條件，以水量平衡原理為基礎(chǔ)，開(kāi)展八里河排澇站、排澇閘聯(lián)合調(diào)度調(diào)洪演算，通過(guò)研究建站后八里河水位分析泵站規(guī)模。洪水調(diào)算法多應(yīng)用在大型排湖泵站規(guī)模論證[3～4]。

2.2.1 入湖洪水過(guò)程

八里河流域無(wú)實(shí)測(cè)流量資料，流域入湖洪水過(guò)程采用產(chǎn)匯流方法[5]計(jì)算。

產(chǎn)流計(jì)算：即由降雨過(guò)程推求凈雨過(guò)程。根據(jù)地下水埋藏的深淺，八里河流域產(chǎn)流采用蓄滿(mǎn)產(chǎn)流模式[5]計(jì)算，降雨徑流關(guān)系采用《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算辦法》的1 號(hào)線(xiàn)。前期影響雨量Pa 采用土壤含水量日消退系數(shù)法[5]逐日計(jì)算，土壤含水量日消退系數(shù)取0.9，最大蓄水容量取100mm。

匯流計(jì)算：即由凈雨過(guò)程推求流域出口斷面流量過(guò)程。對(duì)于流域上均勻分布的凈雨過(guò)程，常利用時(shí)段單位線(xiàn)推求流域徑流過(guò)程。八里河流域時(shí)段單位線(xiàn)采用淮北坡水區(qū)綜合單位線(xiàn)成果（圖1）。

圖1 八里河流域時(shí)段單位線(xiàn)圖

2.2.2 泵站規(guī)模調(diào)洪演算

從1951—2015年系列年八里河流域降雨、水位資料分析，1954年、1956年、1984年、1991年、1998年、2002年、2003年、2005年和2007年等9個(gè)年份需建站抽排。泵站規(guī)模選擇設(shè)計(jì)流量60m3/s、80m3/s 兩種規(guī)模進(jìn)行比較，泵站起排水位采用八里河汛期預(yù)降水位20.5m。

八里湖排澇站與八里河閘聯(lián)合調(diào)度的原則為：當(dāng)八里河洪水位低于潁河水位且高于起排水位時(shí)，排澇站開(kāi)機(jī)抽排澇水入潁河；當(dāng)八里河有自排條件時(shí)，洪澇水通過(guò)八里河閘自排入潁河。當(dāng)來(lái)水洪峰過(guò)后，八里河水位維持在最低蓄水位21.0m，汛后恢復(fù)至正常蓄水位。

八里河排澇站、排澇閘聯(lián)合調(diào)洪演算成果見(jiàn)表2，1954年、1991年、2003年、2007年調(diào)算過(guò)程見(jiàn)圖2。

表2 八里河排澇站、排澇閘聯(lián)合調(diào)洪演算成果表

圖2 1954年、1991年、2003年、2007年八里河排澇站調(diào)洪演算過(guò)程圖

從各大水年份調(diào)洪演算成果分析，大水年份八里河建站60m3/s 較不建站可降低最高水位0.9～2.06m，建站80m3/s 較不建站可降低最高水位0.9～2.5m。兩種泵站規(guī)模多年平均抽排水量基本相同。

對(duì)調(diào)洪演算的系列年湖內(nèi)洪水位進(jìn)行頻率分析，八里河建站60m3/s，湖內(nèi)20年、10年一遇水位分別為22.0m、21.37m，分別較不建站降低水位1.68m、0.91m。八里河建站80m3/s，湖內(nèi)20年、10年一遇水位為21.79m、21.1m，分別較不建站降低水位1.91m、1.18m。

綜合分析，建站規(guī)模60m3/s 時(shí)，可滿(mǎn)足八里河控制20年一遇水位不超過(guò)22.0m 要求，10年一遇水位可控制在正常蓄水位以下，規(guī)模合適。若泵站規(guī)模增大至80m3/s，亦可滿(mǎn)足八里河水位控制要求，但工程投資將同比增大30%左右，不經(jīng)濟(jì)。八里河排澇站設(shè)計(jì)抽排流量采用60m3/s 為宜。

2.3 泵站規(guī)模確定

通過(guò)以上兩種計(jì)算方法分析成果可以看出，排湖泵站通過(guò)預(yù)降水位提高調(diào)蓄能力，有利于合理確定泵站規(guī)模。兩種計(jì)算方法結(jié)論基本一致，由此確定八里河排澇站建站規(guī)模60m3/s。

3 結(jié)語(yǔ)

在排澇泵站規(guī)模論證中，平均排除法具有計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，參數(shù)較少的特點(diǎn)，對(duì)于來(lái)水面積不大的流域，在利用常年蓄水區(qū)調(diào)蓄的基礎(chǔ)上，可應(yīng)用平均排除法確定排澇泵站規(guī)模。已批復(fù)實(shí)施的懷洪新河水系洼地張家湖泵站、澮河化家溝泵站工程設(shè)計(jì)中均可用該方法計(jì)算。

洪水調(diào)算法計(jì)算方法復(fù)雜，系列年來(lái)水過(guò)程、內(nèi)外水遭遇、閘站聯(lián)合調(diào)度等需要考慮因素較多，計(jì)算量大。但該方法以歷史洪水為依據(jù)，兼顧工程現(xiàn)狀及規(guī)劃情況，具有方案多樣、調(diào)算結(jié)果豐富、直觀(guān)的優(yōu)點(diǎn)，可綜合分析不同建站規(guī)模降低水位效果、建站后頻率水位、投資效益等。洪水調(diào)算法多應(yīng)用于來(lái)水面積大、調(diào)蓄庫(kù)容大的大型排湖泵站規(guī)模論證。已建成的沿淮西淝河、高塘湖大型泵站工程均采用該方法論證■