湖南省洞庭湖堤垸區實用性洪水風險圖編制

宋 平 鄭 穎 于思洋（.湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 40007；.湖南省防汛抗旱指揮部辦公室 長沙市 40007）

湖南省洞庭湖堤垸區實用性洪水風險圖編制

宋 平1鄭 穎1于思洋2
（1.湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007；2.湖南省防汛抗旱指揮部辦公室 長沙市 410007）

在分析洞庭湖區地理特征、洪水特性基礎上，提出了采用水位作為洪水量級標準以簡化外河洪水分析，采用同一潰口多個進洪流量以盡量彌補潰口寬度不確定性影響的洞庭湖堤垸區洪水風險圖編制方案，并在提交基本圖件成果基礎上，繪制了堤垸區特征點進洪歷時～水深關系曲線、進洪歷時～災損關系曲線，豐富了防汛搶險決策依據信息。編制成果對指導實時防汛搶險具有較好的實用性。

洞庭湖 洪水風險圖 洪水標準 潰口流量 防汛搶險

1 區域概況

1.1 自然地理

洞庭湖區是指長江荊江河段以南，湘、資、沅、澧四水尾閭控制站以下，高程在50 m以下跨湘、鄂兩省的廣大平原、湖泊水網區，湖區總面積19 195 km2，其中天然湖泊面積約2 625 km2，受堤防保護面積15 152 km2【1】。

洞庭湖地勢整體上呈西高東低的趨勢。廣大的洞庭湖沖積平原為水系堤防所分割，據統計，僅湖南省洞庭湖區千畝以上堤垸就有215個。單個堤垸的面積不大，垸內地勢平坦開闊，高差起伏不大，平均地面高程與洪水位之差一般在6 m以上。

1.2 河流水系

洞庭湖水系主要由湘江、資水、沅江、澧水四大水系和長江松滋口、太平口、藕池口、調弦口（1958年冬封堵）三口分流水系組成，還有汩羅江、新墻河等支流入匯。河湖之間又有串河、洪道溝通，水系錯綜復雜，為典型的平原水網區。現在洞庭湖分西、南、東三個湖泊，洪水時洪道、湖泊連成一片，水流相互頂托干擾。見圖1。

圖1 洞庭湖水系圖

2 洞庭湖區洪水特征

（1）洪水歷時長。洞庭湖來水條件復雜，出口又受長江洪水的頂托影響，高洪水位持續時間長達半年之久，如岳陽城陵磯七里山站，1998年實測最高水位為35.94 m，超32 m水位持續時間達84 d，超33 m水位達78d。

（2）洪水位高。洞庭湖沖積平原區地勢低平，洪水期外河洪水位一般高出堤垸內地面平均高程6 m以上，受江湖關系變化影響，洞庭湖區洪水位逐年抬升。在相同流量條件下保留80年代洞庭湖的水位比荊江裁彎前（1966～1972年）系統抬高（1.25～2.19）m；20世紀90年代又比80年代抬高（0.57～0.64）m[2]。

（3）洪水流量及洪量大。根據洞庭湖出口城陵磯（七里山）站統計，洞庭湖歷年最大出湖洪峰流量為43 900 m3/s，多年平均洪峰流量為27 600 m3/s。多年平均最大 3 d、7 d、10 d、15 d、30 d洪量分別為70，157，217，309，544億m3[1，3]。

3 洪水分析方案設置

3.1 設計洪水

洞庭湖區堤垸設計洪水一直沿用水利部水總規[1997]58號文“關于報送《洞庭湖區綜合治理近期規劃報告》審查意見的報告”中明確的“東南洞庭湖及藕池河系仍按1954年實測最高洪水位，西洞庭湖及松滋、太平水系以解放以來至1991年實測最高洪水位為設計水位”。

該次洪水風險圖編制對于外河洪水量級，沿用洞庭湖區一貫方式，以水位表征洪水量級。洪水分析采用堤防設計水位和歷史最高水位兩種量級。

由于洞庭湖洪水歷時長，洪量大，采用特征水位作為設計洪水，客觀反映了洞庭湖洪水特點。

3.2 堤垸潰決方案

3.2.1 潰口位置設置

潰口位置根據對保護區影響較大和各種不利情況的組合，綜合考慮堤防險工情況、堤垸內現狀地物阻隔情況、歷史潰口情況等設置。

對于蓄滯洪區，還應考慮規劃或已建分洪口門主動分洪情況。

以共雙茶蓄洪垸為例：共雙茶垸內有兩條間堤，分別為共雙間堤和茶雙間堤，將共雙茶垸分成共華垸片、雙華垸片、茶盤洲片。考慮到各分片的堤防阻隔作用，在各分片各設置一處被動潰口。潰口位置擬定時，先對各分片堤防險工和歷史潰口進行了調查，并與當地防汛部門進行了協商與溝通，初步擬定西華電排下、東南拐和八形叉（1996年潰決）三處被動潰口。

附表 擬定被動潰口基本情況表 m

共雙茶垸主動分洪口門位于鲇魚下，規劃為12孔單寬24m的分洪閘[5]。

共雙茶垸分洪潰口位置見圖2。

圖2 共雙茶垸分洪口及潰口分布圖

3.2.2 潰口流量設置

由于堤防潰口寬度影響因素非常復雜，與河道寬度、堤防地質條件、洪水位高低、洪水特性（場次洪水歷時）、堤垸大小（影響分洪歷時從而影響潰口沖刷時間）等因素相關。從洞庭湖歷史潰口調查情況來看，萬畝以上堤垸單處潰口寬度從幾十米到五百多米不等，四水尾閭及四口河系地區潰口寬度以（50～300）m居多，臨湖堤防潰口寬度要寬一些，最大寬度達 564 m。總體上潰口寬度具有較大的隨機性。

為了盡可能全面地反映未來潰決事件發生后的堤垸區的風險信息，以增強洪水風險圖實用性，對于洞庭湖區四水、四口尾閭及洞庭湖洪道，以理論計算潰口寬度對應的潰洪流量為基礎，并考慮潰口寬度具有一定的隨機性，在理論潰洪流量附近等差設置四個進洪流量級進行洪水分析。由于洞庭湖水位變化緩慢，采用恒定流量對分析計算成果影響不大。

仍以共雙茶垸為例，共雙茶垸北臨赤磊洪道，東、西、南面均為洞庭湖大水域。

對于共雙茶垸北面赤磊洪道西華電排潰口，《洪水風險圖編制技術細則》推薦的潰口寬度計算公式如下：

式中 Bb——潰口寬（m）;

B——河寬（m）。

西華電排潰口處河寬340 m，計算潰口寬度180 m。

理論潰口寬度對應的潰洪流量按寬頂堰公式計算，計算公式如下：

式中 m——自由溢流的流量系數；

σ——淹沒系數；

Qb——潰決口處出流（m3/s）；

Z——決口處河道水位（m）；

Zb——潰口底部高程（m）；

B——潰口寬度（m）。

經計算，設計水位潰口流量2 572 m3/s，歷史最高水位潰口流量3 990 m3/s。以此流量為基礎，按潰口進洪流量1 500 m3/s、2 500 m3/s、3 500 m3/s、4 500 m3/s等差設置4個進洪流量級進行洪水分析。其中設計水位條件下對應進洪流量1 500 m3/s和3 500 m3/s，歷史最高水位對應進洪流量2 500 m3/s和4500 m3/s。

對于臨湖堤防潰口寬度，因無理論計算公式，參照調查到的1996年共雙茶垸八形汊潰口（調查流量6 400 m3/s）及錢糧湖垸潰口（調查流量約7 500 m3/s）進洪流量級進行設置。考慮潰口寬度具有一定的隨機性，按2 000 m3/s、4 000 m3/s、6 000 m3/s、8 000 m3/s等差設置4個進洪流量級進行洪水分析。其中設計水位條件下對應進洪流量2 000 m3/s和6 000 m3/s，歷史最高水位對應進洪流量4 000 m3/s和8 000 m3/s。

4 成果及其在防汛搶險決策中的應用

湖南省洞庭湖堤垸區洪水風險圖編制主要應用成果包括每個方案的淹沒水深分布圖、洪水前鋒到達時間圖、避險轉移圖（每個潰口一張）、洪災損失、特征點進洪歷時～水深關系曲線、進洪歷時～災損關系曲線（見圖3）。由于洞庭湖洪水歷時較長，淹沒歷時圖實際意義不大，對此成果沒有要求。

圖3 進洪歷時～洪災損失曲線示例圖

上述成果為防汛搶險決策提供了豐富的信息，對于緊急情況下的決策更具有實際指導作用。

對于未來相近潰決條件的突發潰垸情況，利用淹沒水深分布圖，可以大致確定撤退轉移的范圍；利用洪水前鋒到達時間圖，大致確定緊急撤退時間及批次，撤退轉移方向；利用災害損失信息，與其他堤垸潰決情況相比，可以做出保與棄的決策；利用特征點進洪歷時～水深關系曲線、進洪歷時～災損關系曲線，決定搶險力度及投入，以及潰決一段時間后后續搶險必要性（在某個時間拐點之前，災害損失持續增加，則持續全力搶險，某個時間拐點后，災害損失已變化不大，則無繼續搶險必要）。

由于每個潰口分析了4個流量級方案，方案較多，如果未來實際潰垸洪水潰決條件（潰口位置、外河水位、潰口流量）與已分析方案不同，可以采用直接借鑒、內插外延等方法從已編制方案成果中獲取相應洪水風險信息，從而為防汛搶險決策提供依據。

5 結 語

洞庭湖洪水歷時長、水量大、來水條件復雜，采用不同特征水位作為洪水風險圖編制方案的洪水量級，符合洞庭湖區實際情況且簡化了外河洪水分析；方案設置上每個分片均設置潰口，更全面地考慮了未來可能的潰決情況；每個潰口設置多個進洪流量級方案，更多的反映了潰口寬度的隨機性。編制成果增加了特征點進洪歷時～水深關系曲線、進洪歷時～災損關系曲線，為防汛搶險決策提供了更豐富的信息和依據。

[1]聶芳容.洞庭湖——演變、治理與綜合開發[M].長沙：湖南人民出版社，2013.

[2]盧承志.洞庭湖水利規劃文集[M].長沙：湖南科學技術出版社，2009.

[3]湖南省政協經濟科技委員會.三峽工程與洞庭湖關系研究[M].長沙：湖南科學技術出版社，2002.

[4]中國水利水電科學研究院.洞庭湖治理及松滋口建閘關鍵技術研究專題——新水沙條件下長江與洞庭湖湖江湖關系變化研究初步成果[R].2013.

[5]長江勘測規劃設計研究有限責任公司.洞庭湖區錢糧湖、共雙茶、大通湖東垸蓄洪工程分洪閘工程可行性研究報告[R].2010.

2016-06-14）

宋平（1975-），男，高級工程師，主要從事水利水電規劃工作，E-mail:Sonping@126.com。