设计标准洪水条件下临淮岗库区圩区调度运用方案研究

2020-01-07季益柱王长明

治淮 2019年12期

季益柱余生王长明丁翔

临淮岗洪水控制工程是控制淮河上中游洪水的战略性工程。淮河发生设计标准洪水时，在行蓄洪区充分发挥作用以后，预报临淮岗坝前水位将超28.41m或城西湖蓄水位超27.5m时，启用临淮岗库区内的地付段、谷河洼、陈族湾大港口、临王段蓄洪，控制临淮岗坝前水位不超过28.41m。淮河的水情时空变化大，持续时间长、洪水总量大，临淮岗库区圩区在控制点水位达到控制值时同时启用经济损失和社会影响大，而且不完全适应淮河水情及各种时空分布变化。同时，随着治淮19 项工程建设的完成，淮河干支流堤防的堤顶高程已发生变化，自然漫溢的效果变差，需要对预留分洪口门的方式进行分析，对预留口门位置、尺寸进行调整和细化，研究分时、分批启用。本文通过淮河淮滨～蚌埠段防洪规划洪水演进数学模型，研究设计标准洪水条件下临淮岗库区圩区的启用次序、时间间隔以及口门宽度，对加强圩区调度的科学性、合理性和适用性具有参考与支持作用。

一、临淮岗工程概况

临淮岗工程位于淮河干流正阳关以上28km 处，是提高淮北大堤防洪保护区及蚌埠、淮南等重要城市防洪标准的关键性工程，是淮河中游防洪体系中的重要组成部分。工程利用坝址以上有利地形，在行蓄洪区先期行、蓄洪基础上，进一步拦蓄洪水，削减洪峰，与上游的山谷水库、中游的行蓄洪区、淮北大堤以及茨淮新河、怀洪新河共同构成淮河中游多层次综合防洪体系，使淮北大堤保护区和沿淮重要工矿城市的防洪标准由50年一遇提高到100年一遇。临淮岗工程为一等大（1）型工程，正常运用洪水标准为100年一遇，坝前设计洪水位为28.41m，滞洪库容85.6 亿m3；非常运用洪水标准为1000年一遇，坝前校核水位29.49m，相应库容121.3 亿m3。工程主要包括主坝、南副坝、北副坝、浅孔闸、深孔闸、姜唐湖进洪闸、船闸以及上下游引河等。

1000年一遇洪水临淮岗坝上淹没范围内有圩区和一般堤防保护区13片，分别是淮河干流谷堆圩区、王岗圩区、陈族湾大港口圩区、谷河洼圩区、地付段圩区及临王段一般堤防保护区，支流洪汝河洪洼圩区、白露河期思圩区、李香铺圩区、史灌河大桥徐集圩区、老李集圩区、贾庙圩区、堰沟圩区，总面积1264km2，耕地118万亩，人口92 万。其中，临王段、陈族湾大港口、地付段、谷河洼为100年一遇洪水临淮岗工程淹没区，大桥徐集、老李集、贾庙、堰沟为临淮岗工程100年一遇设计洪水影响区。遇超标准洪水时，需分步使用大桥徐集、老李集、贾庙、堰沟、谷堆、王岗、洪洼、期思、李香铺圩区滞洪。

二、调洪演算数学模型

淮河正阳关以上河道两侧分布有众多的圩区、行蓄洪区，同时有洪汝河、史灌河、沙颍河、淠河等众多支流汇入。平水期水流主要在河道中运动；洪水期随着上游来水流量加大、水位上升，超过了河道泄流能力时，水流通过闸、口门、漫堤等形式进入到圩区、行蓄洪区，行洪区蓄满后行洪；当预报正阳关水位将超过26.4m时，启用临淮岗工程控制洪水下泄。因此，研究临淮岗洪水调度方案既要研究河道的排洪能力，又要研究河道与行洪区和圩区的水量交换，以及圩区内的水位变化规律。

针对淮河水流条件的复杂性，本次采用“淮河淮滨～蚌埠段防洪规划洪水演进数学模型”对临淮岗洪水调度方案进行分析计算。模型考虑各种水流因素对水位、流量的影响以及动态变化过程，根据水力学原理，利用数值计算方法求解描述水流运动的圣维南方程组，模拟洪水演进过程。该数学模型经实测洪水率定和验证，满足规划设计要求。

模型的入流控制站为淮干淮滨、洪汝河班台、白露河北庙集、史灌河蒋集、沙颍河阜阳、淠河冯集、涡河蒙城。入流点的入流过程由上游理想洪水过程线经水库、滞洪区调蓄后，采用河道马斯京根法演算得出，下边界为蚌埠水位流量关系。

三、洪水演进工程条件

1.上游水库

淮河干流正阳关以上现有宿鸭湖、南湾、鲇鱼山、梅山、响洪甸、佛子岭等20 座大型水库的运用条件按照淮河洪水调度方案进行控制。

2.行蓄洪区

淮河干流正阳关以上两侧分布有濛洼蓄洪区、城西湖蓄洪区、南润段蓄洪区、邱家湖蓄洪区、城东湖蓄洪区以及姜唐湖行洪区等众多行蓄洪区，行蓄洪区运用条件按照淮河洪水调度方案进行控制。

3.临淮岗库区圩区

临淮岗坝上有圩区和一般堤防保护区共13 片，按照淮河洪水调度方案，淮河发生设计标准洪水时，在行蓄洪区充分发挥作用以后，预报临淮岗坝前水位将超28.41m 或城西湖蓄水位超27.5m 时，启用临淮岗库区内的地付段、谷河洼、陈族湾大港口、临王段蓄洪，控制临淮岗坝前水位不超过28.41m。

四、设计标准洪水启用圩区运用方案研究

1.设计标准洪水启用圩区方案拟定

淮河发生设计标准洪水时，需启用地付段、谷河洼、陈族湾大港口（以下简称陈大）、临王段。因地付段、谷河洼因地势低洼、汇流面积大，在启用前常已形成内涝，考虑首先启用，本文根据不同的启用次序和时间间隔拟定7 组方案（见表1），运用数学模型，通过100年一遇洪水调洪演算进行方案比选。

表1 圩区不同启用方案拟定表

2.拟定方案演算成果分析

各方案计算成果对比分析见图1。方案一临淮岗坝上洪峰水位28.41m，方案五、方案六、方案七临淮岗坝上洪峰水位抬高0.08～0.23m，对临淮岗工程防洪安全影响较大，同时增大了库区圩区及安全区的防洪压力。方案二、方案三、方案四临淮岗坝上洪峰水位抬高0.02～0.04m，对临淮岗工程防洪安全影响较小，对库区圩区及安全区的防洪压力也较小。

（1）圩区不同启用次序对临淮岗坝上洪峰水位影响分析

当圩区启用时间间隔6h，先启用陈大、后启用临王段（方案二）比先启用临王段、后启用陈大（方案三）降低临淮岗坝上水位0.02m。

当圩区启用时间间隔12h，先启用陈大、后启用临王段（方案四）比先启用临王段、后启用陈大（方案五）降低临淮岗坝上水位0.03m。

可以看出，先启用陈大、后启用临王段的方案对临淮岗工程防洪安全影响较小。

（2）圩区启用时间间隔对临淮岗坝上洪峰水位影响分析

通过对圩区启用次序为地付段和谷河洼、陈大、临王段的三个方案（方案二、方案四、方案六）进行对比分析，间隔6h（方案二）相比间隔12h（方案四），临淮岗坝上洪峰水位降低0.03m；间隔6h（方案二）相比间隔24h（方案六），临淮岗坝上洪峰水位降低0.19m。

通过对圩区启用次序为地付段和谷河洼、临王段、陈大的三个方案（方案三、方案五、方案七）进行对比分析，间隔6h（方案三）相比间隔12h（方案五），临淮岗坝上洪峰水位降低0.04m；间隔6h（方案三）相比间隔24h（方案七），临淮岗坝上洪峰水位降低0.19m。

可以看出，圩区启用时间间隔为6h 的方案对临淮岗坝上洪峰水位影响最小。启用时间间隔越大，临淮岗坝上水位越高。启用时间间隔24h 时，无论先启用陈大或先启用临王段，临淮岗坝上水位均超设计水位0.21～0.23m；启用时间间隔6h 时，如果按地付段和谷河洼、陈大、临王段的次序启用圩区，与圩区同时启用相比只抬高坝上水位0.02m。

综合以上分析成果，当淮河干流发生100年一遇设计标准洪水，临淮岗工程启用控泄后，依次启用库区地付段和谷河洼、陈大、临王段，启用时间间隔6h，对临淮岗工程防洪安全影响最小。该方案相比同时启用的方案在实际调度操作中更为灵活，可在一定程度上减轻同时开启4 处分洪口门、同时转移安置4 个圩区内部人口的防汛压力；若遇比100年一遇稍小的洪水，可视防汛调度的实际需要考虑减少部分圩区的启用。

五、圩区分洪口门尺寸对临淮岗工程防洪影响

图1 各方案条件下淮河干流沿程洪峰水位对比图

图2 不同分洪口门宽度100年一遇洪水临淮岗坝上洪峰水位对比图

为分析谷河洼、地付段、陈大、临王段分洪口门尺寸对临淮岗工程防洪影响，拟定口门宽度分别为200m、500m、1000m，按以下3 种工况进行100年一遇洪水调洪演算：

（1）谷河洼、地付段、陈大、临王段同时启用；

（2）地付段和谷河洼、陈大、临王段间隔6h 依次启用；

（3）谷河洼和地付段、陈大、临王段间隔12h 依次启用。

各工况条件下临淮岗坝上洪峰水位对比情况见图2。口门宽度500m 与1000m 方案相比，临淮岗坝上最高水位抬高-0.01～0.03m。口门宽度200m与1000m 方案相比，临淮岗坝上最高水位抬高0.03～0.07m。其中，按启用时间间隔6h，依次启用地付段、谷河洼、陈大、临王段方案，口门宽度500m 时，临淮岗坝上最高水位为28.43m，比设计值抬高0.02m，影响较小；口门宽度200m 时，临淮岗坝上最高水位为28.48m，比设计值抬高0.07m。