調弦口分洪和華容河防洪問題模擬與分析

劉曉群 向朝暉

摘要 通過華容河實測地形數(shù)據(jù)，采用一維水動力學數(shù)值模型，進口調弦口設置可控制分洪遭遇不同的華容河初始水位，考慮六門閘出口不同的出流條件，以華容縣城防洪為重點，分析了調弦口閘分洪后華容河防洪問題。不同的分洪流量下華容縣城達到防洪水位的時間為1～6 h，在調弦口分洪前，應最大限度降低華容河水位；調弦口分洪900 m3/s時，洪水位在華容縣城附近將超過堤頂形成漫潰?，F(xiàn)僅有灌溉引水功能的調弦口閘無法承擔分洪1 440 m3/s的任務，非閘控條件下分洪華容河兩岸無法確保分洪安全；在可控制分洪流量的條件下，華容河現(xiàn)有的河道泄流能力最大不超過980 m3/s?？紤]到三峽水庫運用后1954年型洪水荊江不需要分蓄洪，調弦口分蓄洪任務應予以調整。

關鍵詞 調弦口分洪；華容河防洪；模擬分析

中圖分類號 S27 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）27-0186-03

Simulation and Analysis of Flood Diversion from the Link Mouth and Flood Control of Huarong River

LIU Xiaoqun1， XIANG Zhaohui2

（1.Hunan Academy of Water Conservancy and Hydropower Science， Changsha， Hunan 410007；2.Hunan Dongting Lake Water Conservancy Engineering Administration Bureau， Changsha， Hunan 410007）

Abstract Based on the measured topographic data of Huarong River and onedimensional hydrodynamic numerical model， the initial water level of Huarong River after flood diversion can be controlled at the inlet chord mouth， and the different outflow conditions at the outlet of the six gates are considered. The flood control problem of Huarong River after flood diversion by chord gate is analyzed.The time when Huarong County reaches flood control level under different flood diversion discharge is 1-6 hours. The water level of Huarong River should be lowered as far as possible before the diversion of flood at the chord mouth.When flood diversion reaches 900 m3/s， the flood level will surpass the embankment in the vicinity of Huarong county.At present， the chord gate with irrigation diversion function can not undertake the task of 1 440 m3/s flood diversion， and the flood diversion safety can not be ensured on both banks of Huarong River under the condition of nonsluice control.Under the condition of controllable flood diversion discharge， the maximum discharge capacity of Huarong River is not more than 980 m3/s.Considering the 1954 type flood of the Three Gorges Reservoir does not require flood diversion and storage， the task of diversion and storage at the chord mouth should be adjusted.

Key words Flood diversion from the link mouth；Flood control of Huarong River；Simulation analysis

基金項目 湖南省水利廳重大水利科研（湘水科計[2017]230-23，湘水科計（2015）245-12）。

作者簡介 劉曉群（1967—），男，湖南安鄉(xiāng)人，研究員級高級工程師，博士，從事洞庭湖水問題研究。

收稿日期 2018-06-03

華容河是自荊江南岸四口之一的調弦口分流長江的河道，流經(jīng)湖北石首市和湖南省華容縣、岳陽市君山區(qū)，流域面積1 679.8 km2，其中湖北531.0 km2，湖南華容縣1 148.8 km2。華容河流域是長江—洞庭湖間平原河網(wǎng)區(qū)的一部分，自調弦口在湖北石首市沿桃花山西麓蜿蜒南行12.0 km進入湖南省華容縣境內，再南行18.0 km后，在華容縣城以下分為南、北兩支，北支23.7 km為主流，南支24.9 km，兩支在罐頭尖匯合，南北兩支中間為新華小垸，屬于國家級蓄洪垸錢糧湖大垸的一部分；再經(jīng)君山區(qū)錢糧湖農(nóng)場于六門閘注入東洞庭湖，以北支算華容河全長60.78 km。受進口調弦口閘、出口進東洞庭湖的六門閘調節(jié)，一般情況下近似啞河。河道河底高程 24.80～30.80 m（除特殊說明外，均為吳淞高程， -1.76 m為黃海高程），河道寬 80～100 m。華容河兩岸地面高程 27.80～35.10 m，地勢平坦，土地肥沃，氣候溫和，雨量充沛，適宜糧、棉、油類等農(nóng)作物生長，兩岸為湖北石首市和湖南華容縣、岳陽市君山區(qū)，人口39.54萬，2016年工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值超過100億元。

調弦口是荊江分流入洞庭湖的四口之一，長江水沙經(jīng)調弦口進入華容河到東洞庭湖，1935年調弦口最大分流1 970.0 m3/s，1954年最大流量1 440.0 m3/s[1]。1958年 因分水量不足長江的2.5%，經(jīng)湖南、湖北兩省協(xié)議并報中央批準，在調弦口封堵建調弦口閘、出口旗桿咀建六門閘與江湖分隔，成為一條上下被控制的河道，其中調弦口閘設計引水流量43.7 m3/s，六門閘設計泄流能力為200.0 m3/s。汛期以調蓄堤垸4.33萬hm2農(nóng)作區(qū)的漬水為主，兩岸126處排澇機埠總裝機27 240 kW，流量277.75 m3/s。華容河歷年最高洪水位35.85 m（1998年7月29日，六門閘），多年平均枯水位26.50 m[2]。

2016年汛期，長江和四水洪水遭遇頂托，城陵磯最高水位34.27 m，接近保證水位34.40 m。6 月中下旬華容河流域持續(xù)強降雨，水位不斷上漲， 受外湖頂托影響下游六門閘泄流不暢，7 月 8 日起華容河超過保證水位35.00 m，7月10日09：30華容河南北支之間的新華小垸堤防出現(xiàn)滲漏險情，不到2 h潰決，潰決時水位 35.15 m，最大潰口寬50 m，最大流量為381.0 m3/s，水面最大流速為2.6 m/s，垸內平均水深約2.0 m，淹沒面積約0.17萬hm2，約2萬人受災。根據(jù)長江中游防洪要求，當長江監(jiān)利水位達36.57 m時，調弦口需扒口由華容河向洞庭湖分洪，分洪流量為1 440.0 m3/s。在上游調弦口沒有泄流的情況下，高洪水位即導致華容河本地出現(xiàn)防洪險情，如果按照協(xié)議扒口作為長江分洪通道，要保護好華容河兩岸防洪安全，華容河的泄流能力值得深入研究[3-4]。

1 華容河行洪模擬

利用MIKE11建立華容河一維水動力學數(shù)學模型，模擬不同工況下華容河水文情勢和水力要素的變化[5-6]，分析評價調弦口分洪對華容河防洪的影響[7-8]。

1.1 模型方程

采用圣維南方程，建立描述河道水流運動的一維非恒定流數(shù)學模型：

1.2 邊界條件

以華容河調弦口閘為上邊界，下邊界到六門閘。根據(jù)實測地形數(shù)據(jù)，布置了201個斷面，其中干流（包括北支）161個斷面，支流（南支）50個斷面，分為長江入水口—調弦口閘、調弦口閘—人民垸堤東風閘、人民垸堤東風閘—六門閘3段。以調弦口分流為入流，為簡化計算，將六門閘設為可控建筑物，根據(jù)外河出口水位條件計算其流量。

1.3 模擬計算工況

通過調弦口上邊界賦予分洪流量，下邊界賦予排水流量，考慮華容河蓄水水位，采用數(shù)值模擬的方法，模擬上游長江不同分洪流量、下游不同排水流量條件下，華容河洪水位的演進情況。調弦口分洪與華容河蓄水水位的組合計算如下。

1.3.1 上游調弦口分洪洪峰流量。

調弦口承擔分洪任務最大流量為1 440.0 m3/s，需要擴大當前調 弦口閘泄流能力才可以分洪，故調弦口分洪帶來的華容河分洪問題以1 440.0 m3/s 為最大值[7]。

在非閘控條件下，相應于監(jiān)利36.57 m水位扒開調弦口堤段50 m寬、下游為華容河33.06 m的最高水位時，調弦口泄洪流量就可超過2 000.0 m3/s，將遠大于1 440.0 m3/s的分洪任務。考慮華容河沿線堤防和河道斷面情況，假定調弦口不同分洪工況為1 440.0、1 200.0、1 100.0和900.0 m3/s 4種。

1.3.2 華容河初始水位。

華容河防洪水位為33.06 m，汛期低水位為30.56 m。因此，該研究擬定的華容河初始水位為30.56、31.56、32.56和33.06 m共4種六門閘水位條件。

調弦口水位為36.77 m。

1.3.3 下游六門閘抽排流量。

六門閘按抽排0和200 m3/s流量2種情景設計。根據(jù)以上組合，共有32種計算工況，如表1所示。

2 結果分析

調弦口分洪時，華容河沿線水位會快速上漲，不考慮兩岸堤防非漫頂潰決，則距離調弦口30～37 km、堤防較低的華容縣城位置成為防洪問題的突出堤段。一是分洪后洪水抵達華容縣城的時間，二是洪水位超過堤頂漫潰。

2.1 洪水傳播時間問題

在華容河不同初始水位、六門閘不同排水情景下，華容縣城達到防洪水位的時間如圖1～2所示。對于調弦口分洪1 440.0 m3/s，當六門閘不排水時，相應于華容河初始水位處于高水位32.56 m時，分洪流量最快于1.25 h內即到達華容縣城，并將造成華容縣城段達到防洪水位33.06 m；華容河水位為30.56 m時，華容縣城達到防洪水位的時間最快為5.25 h。當六門閘排水200.0 m3/s時，華容河處于高水位32.56 m時，華容縣城段同樣將最快1.25 h達到防洪水位33.06 m；華容河水位為30.56 m時，華容縣城達到防洪水位的時間最快為6.00 h。

調弦口分洪時，不同的分洪流量下華容縣城達到防洪水位存在差異。分洪流量越大，華容縣城達到防洪水位的時間越短；華容河開始水位越高，華容縣城達到防洪水位的時間越短。六門閘排水可滯緩華容縣城達到防洪水位時間，但受六門閘排水能力所限，緩滯時間并不顯著，最大緩滯時間為0.75 h。

模擬結果也表明，華容河較低水位時，華容縣城達到防洪水位的時間稍長。因此，為了減少華容河防洪風險，在調弦口分洪前，應最大限度降低華容河水位。

2.2 華容縣城漫潰時的調弦口分洪流量

對應900.0 m3/s分洪流量遭遇華容河30.56 m初始水位時，洪水傳播到華容縣城位置時，華容河洪水位與華容河左右堤頂高程對比可知，洪水位在華容縣城左右兩岸均將超過堤頂。

值得說明的是，如果下游六門閘與調弦口分洪相應扒開時，即華容河水位與華容縣城防洪或洞庭湖分蓄洪水位3306 m相同，可以華容縣城堤防不漫頂試算，河道過流能力為980.0 m3/s。

3 結論

通過華容河實測地形數(shù)據(jù)，采用一維水動力學數(shù)值模型，假定調弦口有1 440.0、1 200.0、1 100.0和900.0 m3/s 4種上游來流工況、華容河初始水位為30.56、31.56、32.56和33.06 m共4種六門閘水位條件，以及六門閘按抽排0和200.0 m3/s流量2種工況，設計了32種計算情景，并以華容縣城為斷面分析了調弦口閘分洪后華容河防洪風險。研究結果表明：

（1）調弦口分洪時，不同的分洪流量下華容縣城達到防洪水位的時間為1.00～6.00 h。分洪流量越大，華容縣城達到防洪水位的時間越短；華容河開始水位越高，華容縣城達到防洪水位的時間越短。六門閘排水可滯緩華容縣城達到防洪水位時間，但受六門閘排水能力所限，緩滯時間并不顯著，最大緩滯時間為0.75 h。在華容河低水位下，華容縣城達到防洪水位的時間明顯較長。因此，為了減少華容河防洪風險，在調弦口分洪前，應最大限度地降低華容河水位。

（2）根據(jù)河道斷面條件，調弦口分洪900.0 m3/s時，華容河洪水位與華容河左右堤頂高程對比可知，洪水位在華容縣城附近即超過堤頂形成漫潰，容易造成洪災。

現(xiàn)僅有灌溉引水功能的調弦口閘無法承擔分洪1 440.0 m3/s的任務，模擬分析表明，非閘控條件下分洪華容河兩岸無法確保分洪安全；在可控制分洪流流量的條件下，華容河現(xiàn)有的河道泄流能力最大不超過980.0 m3/s?？紤]到三峽水庫運用后1954年型洪水荊江分洪區(qū)不需要分蓄洪，與其洪水來源相同的華容河分蓄長江洪水的任務，也應隨著工情、水情的變化予以調整[7-8]，以此為解決華容河兩岸防洪擔憂，促進地方經(jīng)濟社會更好地發(fā)展。

參考文獻

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