松滋口建閘水文條件及其對減少松澧地區超額洪量作用分析

宋 平，錢 湛，李 覓

(湖南省水利水電勘測設計研究總院 洞庭湖研究中心，長沙 410007)

松澧地區既包括了澧水臨澧新安以下至小渡口的下游部分，也跨越了澧水流域范圍之外的澧水尾閭洪道和長江入湖松滋洪道的水網交匯地帶(湖南省部分)，行政區域跨7個縣、市、農場，總面積2 090 km2，耕地12 萬多hm2。該區域歷來為湖南省洞庭湖區洪澇災害最為嚴重的地區之一，新中國成立以來就有17年發生不同程度的潰垸災害(1949-1952、1954、1955、1957、1963、1964、1976、1980、1983、1988、1989、1991、1998、2003年)。早在20世紀90年代，湖南省水利水電勘測設計研究總院在澧水流域防洪規劃報告中就提出了松滋口建閘減輕松澧地區防洪壓力的遠景設想。盧承志[1]基于20世紀90年代以前的江湖關系和大洪水情況對松滋口建閘的作用進行了初步分析。三峽水庫建成后，鄧命華[2]、王翠平等[3]基于新的江湖關系和洪水情勢分析了松滋口閘錯峰調度對降低松澧地區洪水位的作用以及對長江防洪的影響。

松澧洪水是否具備錯峰調度條件以及錯峰調度對松澧地區的防洪作用，是影響松滋口閘控工程上層決策的兩大關鍵問題。本文試從松滋河與澧水洪水特性和洪水遭遇情況入手，分析松滋口閘錯峰調度的水文基礎條件，并從減少松澧地區超額洪量[4]方面入手，分析松滋口閘的防洪作用，為松滋口閘工程提供決策依據。

1 區域洪水分析

1.1 洪水特性

區域洪水分別來自澧水和長江，二者在松澧地區七里湖交匯。當澧水水位猛漲時，除石龜山處河段下泄約10 000 m3/s流量外，其余洪水經七里湖調蓄后，再由五里河東流與松滋中支合流轉泄安鄉河段，甚至由松滋西支倒流經青龍窖匯入松滋中支。當松滋河處于洪峰期，除松滋西支自然分流入七里湖與澧水合流外，還可以由中支分流一部分轉泄七里湖。

澧水地處著名的五峰大暴雨區，山高坡陡，灘多水急，干支流匯集迅速，洪峰尖瘦，猛漲猛落[5]。上游涼水口站水位最大漲率為3.58 m/h，一次洪水過程3～5 d，三江口站最大水位變幅達25.25 m。三江口站1935年調查流量達到30 300 m3/s，新中國成立后石門站1998年實測最大流量19 900 m3/s，2003年最大流量18 700 m3/s。下游津市站新中國成立后實測最大流量為2003年的17 100 m3/s，其次為1998年的15 900 m3/s。

松滋河作為長江的分流河道，洪峰矮胖，漲落緩慢，洪水過程可達30 d以上[6]，與澧水形成鮮明對比。松滋河實測最大洪峰流量為1938年的12 300 m3/s，此外1954年實測最大流量達10 100 m3/s，1998年最大流量為9 210 m3/s。三峽工程建成后，控制100年一遇以下洪水長江枝城站來流量不超過56 700 m3/s，按現狀分流比松滋河相應來流量不超過7 800 m3/s。

松滋河洪峰多見于7月上旬至8月上旬，澧水則為6月下旬至7月下旬，松滋河滯后于澧水一旬左右，一次洪水過程往往頭尾搭接，但洪峰相錯。這種洪水特征加上三峽工程對長江洪水的調節作用，為松滋口建閘對松澧地區洪水進行錯峰調度提供了有利條件。

1.2 洪水組成

松澧洪水組成如表1所示。從多年平均情況來看，最大一日洪峰中澧水洪峰所占比重略大于松滋河，二者比值約為52.5%和47.5%。隨著時段拉長，澧水所占比重越來越小，而松滋河所占比重越來越大，到30 d洪量組成，澧水和松滋河比例達到22.5%和77.5%。從歷史典型大水年份來看，最大一日洪峰澧水占70%左右，松滋河占30%左右，30 d洪量兩水所占比重則正好相反。洪水組成隨歷時的變化反映出兩水不同的洪水特征：澧水洪峰流量大于松滋河，松滋河的洪量則大于澧水。

圖1 松澧地區水系示意圖Fig.1 Sketch map of river system in Song-Li region

1.3 洪水遭遇

澧水石門站及松滋口新江口和沙道觀站處洪水傳播至松澧地區安鄉河段的時間均約為1 d。統計松滋河入口新江口水文站和澧水干流控制站石門水文站1951-2013年歷年最大洪峰流量及出現時間，如表2所示。從統計數據可看出63年中，兩水同日出現洪峰的年份只有1年，而3日、7日、15日和30日

表1 松澧洪水組成分析表Tab.1 Composition analysis table of Songzi River and Lishui River flood

表2 1951-2013年松澧洪水遭遇統計表Tab.2 Encounter statistical table of Songzi River and Lishui River flood between 1951 and 2013

內同時出現洪峰的年數分別為8年、13年、21年和27年，占總年份的12.7%、20.6%、33.3%和42.9%。統計規律顯示，松澧洪水遭遇以澧水洪峰遭遇松滋河洪水過程為主[7]，兩水洪峰遭遇情況比較少見。

統計松澧實際大洪水年份最大組合流量出現時枝城流量，如表3所示。8個統計年份中，只有1954年淞澧洪峰出現時枝城流量較大，而該年份澧水來水不大。其他年份組合洪峰出現時長江來流量均不大，由于松滋口以下長江干流安全泄量約為56 700 m3/s(對應沙市水位45 m)，啟用松滋閘錯峰對長江防洪不會產生災害性影響。以上分析說明，利用松滋閘對松澧洪水進行錯峰調度具備水文基礎條件。

表3 淞澧實際大水年最大組合洪水出現時枝城流量表Tab.3 Discharge Table of Zhicheng Station at the largest combined flood during actual flood years of the Songzi River and Lishui River

2 松澧地區河道安全泄量

洞庭湖區水位流量關系非單值關系，各站水位流量關系受下游水位影響很大。以1990年以來各控制站實測水位和流量為基本資料并考慮下游水位頂托影響[8]，將南嘴站堤防設計水位36.05 m作為下游控制水位，點繪石龜山站和安鄉站兩組水位流量關系線，如圖2所示。根據石龜山站和安鄉站堤防設計水位40.82 m和39.38 m，在圖2中查得相應河段安全泄量分別為9 400 m3/s 和5 600 m3/s。

圖2 南嘴站控制水位36.05 m時各站水位流量關系線Fig.2 Stage-discharge line of each station under the control water level 36.05 m of Nanzui Station

3 松澧地區超額洪量計算分析

3.1 超額洪量計算方法

以石門和枝城水文站分別作為澧水來流和長江來流代表站，并按近年分流比計算松滋河來流[9]。依據近年實測洪水資料建立枝城～松滋口流量相關線，枝城各級流量條件下的松滋口分流量可通過該相關線查閱，如圖3所示。

圖3 枝城～松滋口流量相關線Fig.3 Discharge correlation line between Zhicheng and Songzhikou

石門至津市河段洪水演算采用馬斯京根法[10]，由實測大洪水資料分析得X=0.35，K=6，得出津市站洪水過程線。對于津市至石龜山及新江口+沙道觀至安鄉河段，受下游水系復雜程度及水文資料限制，洪水演算較為困難，此處采用馬斯京根法的簡化-調蓄系數μ值系數法進行計算，計算式如下：

Q2=μ(I1+I2)/2+(1-μ)Q1

(1)

式中：I、Q分別為入流、出流，μ值為用實測入、出流資料演算分析而得的經驗系數。通過大量的試算分析，確定津市至石龜山河段μ=0.72，松滋口至安鄉河段μ=0.58。通過兩個典型洪水年驗證，兩站洪水過程線疊加結果與實測石龜山站和安鄉站的組合洪水過程基本吻合，如圖4所示。以津市站、石龜山站和安鄉站的安全泄量作為控制基準，計算洪量超出部分得到松澧地區超額洪量。對于上游水庫調節的作用，澧水主要考慮江埡和皂市水庫，長江主要考慮三峽水庫的影響[11]。

圖4 組合洪水典型洪水過程線驗證Fig.4 Verification of typical flood hydrograph of combined flood

3.2 松滋口閘錯峰調度原則

松滋口閘的控洪調度[2]，不得影響長江防洪安全。長江上游來水量大時，荊江河段超過安全泄量的情況下，松滋閘不得進行控洪調度；長江中小洪水時，荊江河段未超過安全泄量的情況下，以補償調度的方式控制松滋口進洪流量，以盡量減輕松澧地區防洪壓力。

3.3 松滋口閘對松澧地區超額洪量減少作用

對于1935年型特大洪水，天然狀況下松澧地區的超額洪量為28.36 億m3。在三峽+江埡+皂市水庫共同作用下，松澧地區仍然有12.12 億m3超額洪量。啟用松滋閘錯峰調度后，可將松澧地區超額洪量減少至7.83 億m3，超額洪量主要集中在津市河段。

對于1954年洪水，天然狀況下松澧地區的超額洪量為5.8 億m3，該部分超額洪量主要來自于松滋河分泄長江洪水。在三峽建成后，長江洪水得到控制，荊江河段最大下泄流量不超過56 700 m3/s，松滋口最大分泄流量為7800 m3/s，相應松澧地區超額洪量3.28 億m3，主要集中在安鄉附近。由于1954年澧水并未發生大洪水，松澧地區洪水與長江大洪水同步，且經三峽調蓄后的荊江河段流量接近安全泄量，若松滋口閘控洪將對長江荊江河段防洪安全產生威脅，因此1954年洪水松滋口閘不進行控洪調度。

對于1998年洪水，天然狀況下松澧地區的超額洪量為8.53 億m3。在三峽+江埡+皂市水庫共同作用下，松澧地區仍然有5.93 億m3超額洪量，這是由于98年洪水時澧水洪水主要為區間來水，支流水庫區來水較小，而澧水兩水庫均建在支流，對該年防洪作用不明顯，加之石龜山及安鄉的安全泄量均較1989年澧水尾閭防洪規劃時有所減小。在啟用松滋閘進行錯峰調度后，雖然對澧水來水無減小作用，但由于松滋和與澧水在七里湖聯通，松滋閘阻擋松滋來水后，原流經石龜山的洪水逆流入松滋河通過安鄉下泄。經分析計算，如在澧水最大洪水出現時，松滋閘控制最大進洪流量不超過2 000 m3/s，此時長江荊江河段不會超過安全泄量，松澧地區超額洪量可減至3.95 億m3。由于澧水來水太大而津市河段泄流能力不夠(約為12 000 m3/s)，該3.95 億m3的超額洪量集中在津市河段。

分析表明，松滋口建閘對松澧洪水進行錯峰調度，可有效減少松澧地區的超額洪量，減少該地區分蓄洪頻率與規模。

表4 各洪水典型年松澧地區不同防洪方案超額洪量計算表Tab.4 Calculation table of excess flood volume in different flood control program and typical flood year of Song-Li region

4 結 論

澧水洪水洪峰尖瘦，猛漲猛落，來自長江的松滋河洪水洪峰矮胖，漲落緩慢，且兩水峰現時間錯開，這種洪水特征加上三峽水庫對長江洪水的調節作用，為松滋口建閘對松澧地區洪水進行錯峰調度提供了有利條件。在不影響長江荊江河段防洪安全的情況下，在澧水發生大洪水時利用松滋口閘對松滋河來流進行控制，對于1935年洪水，可減少超額洪量4.3 億m3；對于1954年洪水，由于長江荊江河段防洪形勢緊張，松滋口閘不宜進行控洪調度；對于1998年洪水，可減少超額洪量2 億m3。

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