太浦闸泄洪流量变化对下游河网地区的影响分析

马农乐，李 敏，王元元，陆志华

（1.上海东南工程咨询有限责任公司，上海 200434；2.太湖流域管理局水利发展研究中心，上海 200434）

太浦闸泄洪流量变化对下游河网地区的影响分析

马农乐1，李 敏2，王元元2，陆志华2

（1.上海东南工程咨询有限责任公司，上海 200434；2.太湖流域管理局水利发展研究中心，上海 200434）

以太湖流域现状工程为基础，利用成熟的数值模拟计算技术，结合骨干工程和区域工程调度，模拟计算了“99南部”100 a一遇典型降雨条件下，太浦闸不同调度方案引起的不同泄洪流量对太湖及下游河网地区产生的影响。

数值模拟；调度；太浦闸

太湖流域地处长江三角洲南翼，流域总面积为36 895 km2，地跨江苏、浙江、安徽、上海三省一市，地形呈碟状，流域内河流纵横交错，水网如织，是典型的平原水网地区。流域内经济发达、城市密集，城镇化率超70%。经过多年的综合治理，太湖流域已初步形成北向长江引排、东出黄浦江供排、南排杭州湾并且利用太湖调蓄的防洪与水资源调控工程体系。

1 太浦河工程及调度

太浦河是太湖流域综合治理的十大骨干工程之一，是连接太湖和黄浦江的主要通道，主要承 泄太湖洪水和杭嘉湖涝水，具有防洪、除涝、改善水环境和航运条件等综合效益。太浦河周边水系汇水涉及的区域包括苏州市吴江区；嘉兴市红旗塘以北区域，以及上海市青浦区练塘、金泽2镇，面积超过1 500 km2。

1.1 太浦河工程

太浦河是太湖流域的2条主要排洪通道之一，西起东太湖边的吴江市庙港镇时家港，东至上海市青浦区南大港入泖河接黄浦江，横穿苏、浙、沪的吴江、嘉善、青浦3市县（区），太浦河及周边区域水系见图1。具体包括：

（1）河道及堤防：全长57.6 km，沿河穿越大小湖荡约20处。底高程- 4.500 ～ - 1.000 m（吴淞基面，下同），底宽136.00 ～ 150.00 m，边坡1:3。太浦河全线建有堤防，除南岸部分堤防尚未达到设计标准外，其余均达到50 a一遇防洪标准的设计要求。

（2）建筑物：太浦闸为太浦河进口处的重要建筑物，目前已完成拆除重建，闸孔净宽120.00 m，底板高程- 1.500 m；太浦河南侧建设装机容量为300.00 m3/s的太浦河泵站，该泵站仅承担供水任务，不参与排泄太湖洪水。太浦河沿线共有支流96条，已建有口门控制88条，太浦河北岸43条支河，除京杭运河敞开外，其余42条均已建闸控制；南岸53条支河，芦墟以东支河口门已全部控制，芦墟以西支河7个口门敞开。

图 1 太浦河及周边区域水系示意图

1.2 工程调度

太湖流域的流域性调度源于 20 世纪 80 年代太湖大堤的建成和环湖溇港的整治建闸。

《1987 年太湖度汛调度意见》是太湖流域第1个洪水调度方案。该方案“只有当太湖平均水位达到 4.650 m

（即太湖发生超标准洪水) 时才能开启太浦闸向下游排水”。1991 年大洪水后至 1998 年流域治太骨干工程完成之前，流域调度方案每年根据工情变化进行调整。1994 年，太浦河、望虞河实现分级调度，1999 年国家防总批复同意《太湖流域洪水调度方案》，则标志着流域性防洪调度走向规范化。2000 年之前，太湖流域主要围绕防洪安全开展工程调度。2009 — 2011 年，太湖流域在引江济太调度方案基础上，将洪水调度与水量调度相结合，编制了《太湖流域洪水与水量调度方案》，2011 年 8 月经国家防总正式批准并发布执行至今。同时，太湖流域还研究了《太湖超标准洪水应急处理预案》，明确了太湖水位超过设计洪水位4.650 m后，全流域相关工程的调度。

1.2.1 太湖调度控制水位

根据《太湖流域洪水与水量调度方案》，当太湖水位高于防洪控制水位且低于4.650 m时，流域处于防洪调度期；当太湖水位低于调水限制水位时，流域处于水资源调度期。具体调度控制水位见图2。

图2 太湖调度控制水位图

1.2.2 太浦闸调度

当太湖水位高于防洪控制水位且低于4.650 m时，实施洪水调度，并按下列情形执行：

当太湖水位不超过3.500 m时，太浦闸泄水按平望水位不超过3.300 m控制；当太湖水位不超过3.800 m时，太浦闸泄水按平望水位不超过3.450 m控制；当太湖水位不超过4.200 m时，太浦闸泄水按平望水位不超过3.600 m控制；当太湖水位不超过4.400 m时，太浦闸泄水按平望水位不超过3.750 m控制；当太湖水位不超过4.650 m时，太浦闸泄水按平望水位不超过3.900 m控制。

当太湖水位高于4.650 m情形下：当太湖水位超过4.650 m但不超过4.800 m时，太浦闸全力泄水；若平望超过4.100 m，可适当控制下泄流量。当太湖水位超过4.800 m且预报继续上涨时，太浦闸全力泄水。

1.2.3 太浦河两岸口门调度

汛期：太浦河两岸各闸向太浦河排涝，按相关地区的排涝需求及其与太浦河的水位关系调度，当太浦河水位高于区域水位时，太浦河北岸沿线口门关闸。

2 方案设计及模拟计算

为协调好太浦闸下泄和杭嘉湖区排涝关系，通过设计不同的调度方案来实现同时期太浦闸的不同泄量，进而分析太浦闸不同下泄流量对下游太浦河及两岸区域河网的影响，主要包括水位、水量等变化，为研究优化太浦闸调度的提供支持。

2.1 调度方案设计

考虑应对大洪水的不利情形，选取“99南部”100 a一遇设计暴雨作为降雨条件。“99南部”雨型的暴雨过程基本保持了1999年实况降雨特性，降雨中心位于杭嘉湖区、太湖区在内的流域下游区域，且实况最大30日洪量较大，导致下游水位较高，太湖泄洪困难，流域防御难度大。模拟工况采用太湖流域现状工况，调度准则以现行的《太湖流域洪水与水量调度方案》和《太湖超标准洪水应急处理预案》为基础，调整太浦闸的调度规则， 通过抬高平望控制水位并控制不同的太浦闸开度以实现太浦闸泄量的变化。设计对比方案：改变太湖水位在3.800 ～ 4.650 m的调度，其余工程保持调度方案不变。具体方案情况见表1。

表1 太浦闸调度方案规则设计表

图4 1999年“99南部”100 a一遇设计洪水全年期太湖、平望水位及太浦闸流量过程图

2.2 模拟计算

采用太湖流域水量水质数学模型进行数值模拟计算，骨干河网水系概化为河道1 574个、调蓄节点61个、闸门（泵站）245个，这些河道、闸门由1 698个节点相连；边界河道101条，其中潮位边界47条，环太湖水位边界31条，山区入流流量边界20条，其它流量边界3条。根据实测1999年初水位作为初始水位进行模拟计算。太湖流域骨干河网水系概化见图3。

图3 太湖流域骨干河网水系概化图

图5 1999年6月11日 — 9月17日太湖、平望水位及太浦闸流量过程图

3 数值模拟成果分析

利用模型对方案进行模拟计算，分析不同调度方案下太浦闸泄量变化，并分析泄量发生变化对下游太浦河及两岸河网地区代表站水位的影响。

3.1 下游及两岸地区河网水位变化

现状调度下，遇“99南部”100 a一遇降雨条件全年期和防洪调度期太湖、平望水位及太浦闸流量过程见图4、图5，从6月11日起太湖水位超过防洪控制水位3.100 m开始太湖进入防洪调度时期，到7月6日太湖水位涨至最高水位历时27 d，到9月18日太湖水位回落到3.500 m以下，整个泄洪时段历时99 d，期间太湖计算水位最高值为4.815 m，出现时间为7月6日。

太湖水位高于3.800 m时段（6月29日— 8月16日），两岸地区最高水位统计见表2。由表2可知，太湖水位高于3.800 m时，采用不同方式控制太浦闸运行，太浦河平望站以及两岸地区的代表站日均最高水位没有发生明显变化。

表2 太浦河两岸地区代表站计算最高水位与特征水位对比表 m

从图6中太浦闸泄流流量过程看，2个方案太浦闸泄流的趋势基本一致，存在明显变化的时段主要为7月8日、7月9日、8月7日。具体如下：

图6 1999年6月11日—9月17日太浦闸计算流量过程图

7月8日，与基础方案相比（见表3），太浦闸泄量减少132.84 m3/s，平望水位降幅约为0.033 m，陶庄水位降低为0.013 m，金泽水位降幅为0.010 m，王江泾水位降低0.013 m，嘉兴、嘉善水位分别降低0.006 ，0.007 m，南浔水位降低0.015 m，陈墓水位基本不变。

7月9日，与基础方案相比（见表4），太浦闸泄量减少141.89 m3/s，平望水位降低为0.058 m，陶庄水位降低0.031 m，金泽水位降低0.024 m，王江泾水位降低0.035 m，嘉兴水位降低0.021 m，嘉善水位降低0.017 m，南浔水位降低0.040 m，陈墓水位降低0.008 m。

8月7日，与基础方案相比（见表5），太浦闸泄量增加418.54 m3/s，平望水位抬高0.097 m，陶庄水位抬高0.037 m，金泽水位抬高0.034 m，王江泾水位抬高0.029 m，嘉兴水位抬高0.005 m，嘉善水位抬高0.005 m。陈墓水位抬高0.003 m，南浔水位则抬高0.040 m。

表3 7月8日太浦闸日均流量与太浦河两岸地区计算水位对比表

表4 7月9日太浦闸日均流量与太浦河两岸地区计算水位对比表

表5 8月7日太浦闸日均流量与太浦河两岸地区计算水位对比表

可见，平望水位对太浦闸下泄流量的变化明显，从太浦河沿线（平望—陶庄—金泽）方向水位变化趋势与苏嘉运河（平望—王江泾—嘉兴）方向水位变化趋势基本一致；太浦闸泄量减小，水位降低；太浦闸泄量增大，水位抬高；陶庄和金泽均在太浦河沿线，金泽较陶庄距离平望远6 km左右，水位变幅随着距离越远而变小；嘉兴、嘉善水位则变化不明显。

3.2 流域及区域出入流情况分析

统计防洪调度时段6月11日— 9月17日期间太浦闸泄量、太浦河出口外排、杭嘉湖东排及南排水量情况（见表6），各项水量成果未发生明显变化。

表6 6月11日—9月17日杭嘉湖区洪水计算成果对比表 亿m3

4 结论与建议

（1）杭嘉湖平原水位主要受集中降雨影响快速上涨。由于太浦河南岸芦墟以西口门未控制，平望水位与王江泾水位基本同步增长，太浦闸因平望水位超过调度控制水位而关闸，使得杭嘉湖平原北部涝水部分经太浦河向东进入黄浦江，部分由区域东西向河道直接向东进入黄浦江，杭嘉湖区北部平原排洪能力受到黄浦江潮汐作用的直接影响。

（2）太浦闸泄洪流量发生变化时，会引起下游太浦河和杭嘉湖北排地区水位和泄流情况发生变化。受河网调蓄作用引起的变化，随着距平望的距离越远影响逐渐减弱，太浦河金泽下游和嘉兴南部区域基本不受影响。

（3）太湖流域杭嘉湖东排和南排的洪水总量未发生明显变化。

[1] 王元元，陆志华，马农乐，等.太湖流域河湖连通工程调度模式综述[J].人民长江，2016，47(12)：10 - 13，32

[2] 太湖流域管理局水利发展研究中心.太湖流域工程体系防洪与供水能力研究[R].上海：太湖流域管理局水利发展研究中心，2015.

[3] 杨振荣，沈文强.太浦闸泄洪对嘉北河网水位的影响分析[J].浙江水利科技，2010(2)：6 - 7.

[4] 吴浩云，孙海涛. 太湖流域洪水与水量调度方案的制定和认识[J].中国防汛抗旱，2012(2)：5 - 7.

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（责任编辑 姚小槐）

Impact Analysis of Flood Flow Variations of Taipu Brake on Downstream River Networks

MA Nong - le1，LI Min2，WANG Yuan - yuan2，LU Zhi - hua2
(1. Southeast of Shanghai Engineering Consulting Co., Ltd., Shanghai 200434，China；2. Water Conservancy Development Research Center of Taihu Basin Authority of Ministry of Water Resources，Shanghai 200434，China)

Based on the present situation of engineering projects of Taihu Basin, this paper used a mature numerical simulation technology，combined with the scheduling of main projects and regional projects to simulate different fl ood fl ows resulting from scheduling schemes of the Taipu Brake under the condition of “1999 Southern”typical rainfall.It also analyzed the impact of fl ood fl ows on downstream river networks.It would provide the reference to optimization of project scheduling.

value simulation；scheduling；Taipu brake

TV122+.1

A

1008 - 701X(2017)03 - 0001 - 04

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.03.001

2016-12-25

水利部公益性行业科研专项项目(编号 ：201501015)；浙江省科技计划项目(2013C33033 )。

马农乐(1980 - )，男，工程师，硕士，主要从事科研、水利规划、技术咨询等工作。

E - mail：nongjiale -2004@126.com