設計標準洪水條件下臨淮崗庫區圩區調度運用方案研究

季益柱 余 生 王長明 丁 翔

臨淮崗洪水控制工程是控制淮河上中游洪水的戰略性工程。淮河發生設計標準洪水時，在行蓄洪區充分發揮作用以后，預報臨淮崗壩前水位將超28.41m或城西湖蓄水位超27.5m時，啟用臨淮崗庫區內的地付段、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28.41m。淮河的水情時空變化大，持續時間長、洪水總量大，臨淮崗庫區圩區在控制點水位達到控制值時同時啟用經濟損失和社會影響大，而且不完全適應淮河水情及各種時空分布變化。同時，隨著治淮19 項工程建設的完成，淮河干支流堤防的堤頂高程已發生變化，自然漫溢的效果變差，需要對預留分洪口門的方式進行分析，對預留口門位置、尺寸進行調整和細化，研究分時、分批啟用。本文通過淮河淮濱～蚌埠段防洪規劃洪水演進數學模型，研究設計標準洪水條件下臨淮崗庫區圩區的啟用次序、時間間隔以及口門寬度，對加強圩區調度的科學性、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關以上28km 處，是提高淮北大堤防洪保護區及蚌埠、淮南等重要城市防洪標準的關鍵性工程，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，在行蓄洪區先期行、蓄洪基礎上，進一步攔蓄洪水，削減洪峰，與上游的山谷水庫、中游的行蓄洪區、淮北大堤以及茨淮新河、懷洪新河共同構成淮河中游多層次綜合防洪體系，使淮北大堤保護區和沿淮重要工礦城市的防洪標準由50年一遇提高到100年一遇。臨淮崗工程為一等大（1）型工程，正常運用洪水標準為100年一遇，壩前設計洪水位為28.41m，滯洪庫容85.6 億m3；非常運用洪水標準為1000年一遇，壩前校核水位29.49m，相應庫容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范圍內有圩區和一般堤防保護區13片，分別是淮河干流谷堆圩區、王崗圩區、陳族灣大港口圩區、谷河洼圩區、地付段圩區及臨王段一般堤防保護區，支流洪汝河洪洼圩區、白露河期思圩區、李香鋪圩區、史灌河大橋徐集圩區、老李集圩區、賈廟圩區、堰溝圩區，總面積1264km2，耕地118萬畝，人口92 萬。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區，大橋徐集、老李集、賈廟、堰溝為臨淮崗工程100年一遇設計洪水影響區。遇超標準洪水時，需分步使用大橋徐集、老李集、賈廟、堰溝、谷堆、王崗、洪洼、期思、李香鋪圩區滯洪。

二、調洪演算數學模型

淮河正陽關以上河道兩側分布有眾多的圩區、行蓄洪區，同時有洪汝河、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動；洪水期隨著上游來水流量加大、水位上升，超過了河道泄流能力時，水流通過閘、口門、漫堤等形式進入到圩區、行蓄洪區，行洪區蓄滿后行洪；當預報正陽關水位將超過26.4m時，啟用臨淮崗工程控制洪水下泄。因此，研究臨淮崗洪水調度方案既要研究河道的排洪能力，又要研究河道與行洪區和圩區的水量交換，以及圩區內的水位變化規律。

針對淮河水流條件的復雜性，本次采用“淮河淮濱～蚌埠段防洪規劃洪水演進數學模型”對臨淮崗洪水調度方案進行分析計算。模型考慮各種水流因素對水位、流量的影響以及動態變化過程，根據水力學原理，利用數值計算方法求解描述水流運動的圣維南方程組，模擬洪水演進過程。該數學模型經實測洪水率定和驗證，滿足規劃設計要求。

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

三、洪水演進工程條件

1.上游水庫

淮河干流正陽關以上現有宿鴨湖、南灣、鲇魚山、梅山、響洪甸、佛子嶺等20 座大型水庫的運用條件按照淮河洪水調度方案進行控制。

2.行蓄洪區

淮河干流正陽關以上兩側分布有濛洼蓄洪區、城西湖蓄洪區、南潤段蓄洪區、邱家湖蓄洪區、城東湖蓄洪區以及姜唐湖行洪區等眾多行蓄洪區，行蓄洪區運用條件按照淮河洪水調度方案進行控制。

3.臨淮崗庫區圩區

臨淮崗壩上有圩區和一般堤防保護區共13 片，按照淮河洪水調度方案，淮河發生設計標準洪水時，在行蓄洪區充分發揮作用以后，預報臨淮崗壩前水位將超28.41m 或城西湖蓄水位超27.5m 時，啟用臨淮崗庫區內的地付段、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28.41m。

四、設計標準洪水啟用圩區運用方案研究

1.設計標準洪水啟用圩區方案擬定

淮河發生設計標準洪水時，需啟用地付段、谷河洼、陳族灣大港口（以下簡稱陳大）、臨王段。因地付段、谷河洼因地勢低洼、匯流面積大，在啟用前常已形成內澇，考慮首先啟用，本文根據不同的啟用次序和時間間隔擬定7 組方案（見表1），運用數學模型，通過100年一遇洪水調洪演算進行方案比選。

表1 圩區不同啟用方案擬定表

2.擬定方案演算成果分析

各方案計算成果對比分析見圖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，對臨淮崗工程防洪安全影響較大，同時增大了庫區圩區及安全區的防洪壓力。方案二、方案三、方案四臨淮崗壩上洪峰水位抬高0.02～0.04m，對臨淮崗工程防洪安全影響較小，對庫區圩區及安全區的防洪壓力也較小。

（1）圩區不同啟用次序對臨淮崗壩上洪峰水位影響分析

當圩區啟用時間間隔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。

當圩區啟用時間間隔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臨淮崗工程防洪安全影響較小。

（2）圩區啟用時間間隔對臨淮崗壩上洪峰水位影響分析

通過對圩區啟用次序為地付段和谷河洼、陳大、臨王段的三個方案（方案二、方案四、方案六）進行對比分析，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。

通過對圩區啟用次序為地付段和谷河洼、臨王段、陳大的三個方案（方案三、方案五、方案七）進行對比分析，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，圩區啟用時間間隔為6h 的方案對臨淮崗壩上洪峰水位影響最小。啟用時間間隔越大，臨淮崗壩上水位越高。啟用時間間隔24h 時，無論先啟用陳大或先啟用臨王段，臨淮崗壩上水位均超設計水位0.21～0.23m；啟用時間間隔6h 時，如果按地付段和谷河洼、陳大、臨王段的次序啟用圩區，與圩區同時啟用相比只抬高壩上水位0.02m。

綜合以上分析成果，當淮河干流發生100年一遇設計標準洪水，臨淮崗工程啟用控泄后，依次啟用庫區地付段和谷河洼、陳大、臨王段，啟用時間間隔6h，對臨淮崗工程防洪安全影響最小。該方案相比同時啟用的方案在實際調度操作中更為靈活，可在一定程度上減輕同時開啟4 處分洪口門、同時轉移安置4 個圩區內部人口的防汛壓力；若遇比100年一遇稍小的洪水，可視防汛調度的實際需要考慮減少部分圩區的啟用。

五、圩區分洪口門尺寸對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比圖

圖2 不同分洪口門寬度100年一遇洪水臨淮崗壩上洪峰水位對比圖

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

（1）谷河洼、地付段、陳大、臨王段同時啟用；

（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比情況見圖2。口門寬度500m 與1000m 方案相比，臨淮崗壩上最高水位抬高-0.01～0.03m。口門寬度200m與1000m 方案相比，臨淮崗壩上最高水位抬高0.03～0.07m。其中，按啟用時間間隔6h，依次啟用地付段、谷河洼、陳大、臨王段方案，口門寬度500m 時，臨淮崗壩上最高水位為28.43m，比設計值抬高0.02m，影響較小；口門寬度200m 時，臨淮崗壩上最高水位為28.48m，比設計值抬高0.07m。

六、結語

（1）淮河干流發生100年一遇設計標準洪水，臨淮崗工程啟用控泄后，庫區內的地付段、谷河洼、陳族灣大港口和臨王段等4 處圩區需參與滯洪。運用淮河淮濱～蚌埠段防洪規劃洪水演進數學模型，通過多方案比選，依次啟用地付段和谷河洼、陳族灣大港口、臨王段，啟用時間間隔6h 的方案對臨淮崗工程防洪安全影響最小。

（2）淮河干流發生超標準洪水時，臨淮崗庫區內的13 處圩區和一般堤防保護區需依次啟用，本研究對超標準洪水條件下臨淮崗庫區圩區及一般堤防保護區調度方案研究具有一定的參考及借鑒意義■