调弦口分洪和华容河防洪问题模拟与分析

刘晓群 向朝晖

摘要 通过华容河实测地形数据，采用一维水动力学数值模型，进口调弦口设置可控制分洪遭遇不同的华容河初始水位，考虑六门闸出口不同的出流条件，以华容县城防洪为重点，分析了调弦口闸分洪后华容河防洪问题。不同的分洪流量下华容县城达到防洪水位的时间为1～6 h，在调弦口分洪前，应最大限度降低华容河水位；调弦口分洪900 m3/s时，洪水位在华容县城附近将超过堤顶形成漫溃。现仅有灌溉引水功能的调弦口闸无法承担分洪1 440 m3/s的任务，非闸控条件下分洪华容河两岸无法确保分洪安全；在可控制分洪流量的条件下，华容河现有的河道泄流能力最大不超过980 m3/s。考虑到三峡水库运用后1954年型洪水荆江不需要分蓄洪，调弦口分蓄洪任务应予以调整。

关键词 调弦口分洪；华容河防洪；模拟分析

中图分类号 S27 文献标识码 A 文章编号 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 湖南省水利厅重大水利科研（湘水科计[2017]230-23，湘水科计（2015）245-12）。

作者简介 刘晓群（1967—），男，湖南安乡人，研究员级高级工程师，博士，从事洞庭湖水问题研究。

收稿日期 2018-06-03

华容河是自荆江南岸四口之一的调弦口分流长江的河道，流经湖北石首市和湖南省华容县、岳阳市君山区，流域面积1 679.8 km2，其中湖北531.0 km2，湖南华容县1 148.8 km2。华容河流域是长江—洞庭湖间平原河网区的一部分，自调弦口在湖北石首市沿桃花山西麓蜿蜒南行12.0 km进入湖南省华容县境内，再南行18.0 km后，在华容县城以下分为南、北两支，北支23.7 km为主流，南支24.9 km，两支在罐头尖汇合，南北两支中间为新华小垸，属于国家级蓄洪垸钱粮湖大垸的一部分；再经君山区钱粮湖农场于六门闸注入东洞庭湖，以北支算华容河全长60.78 km。受进口调弦口闸、出口进东洞庭湖的六门闸调节，一般情况下近似哑河。河道河底高程 24.80～30.80 m（除特殊说明外，均为吴淞高程， -1.76 m为黄海高程），河道宽 80～100 m。华容河两岸地面高程 27.80～35.10 m，地势平坦，土地肥沃，气候温和，雨量充沛，适宜粮、棉、油类等农作物生长，两岸为湖北石首市和湖南华容县、岳阳市君山区，人口39.54万，2016年工农业总产值超过100亿元。

调弦口是荆江分流入洞庭湖的四口之一，长江水沙经调弦口进入华容河到东洞庭湖，1935年调弦口最大分流1 970.0 m3/s，1954年最大流量1 440.0 m3/s[1]。1958年 因分水量不足长江的2.5%，经湖南、湖北两省协议并报中央批准，在调弦口封堵建调弦口闸、出口旗杆咀建六门闸与江湖分隔，成为一条上下被控制的河道，其中调弦口闸设计引水流量43.7 m3/s，六门闸设计泄流能力为200.0 m3/s。汛期以调蓄堤垸4.33万hm2农作区的渍水为主，两岸126处排涝机埠总装机27 240 kW，流量277.75 m3/s。华容河历年最高洪水位35.85 m（1998年7月29日，六门闸），多年平均枯水位26.50 m[2]。

2016年汛期，长江和四水洪水遭遇顶托，城陵矶最高水位34.27 m，接近保证水位34.40 m。6 月中下旬华容河流域持续强降雨，水位不断上涨， 受外湖顶托影响下游六门闸泄流不畅，7 月 8 日起华容河超过保证水位35.00 m，7月10日09：30华容河南北支之间的新华小垸堤防出现渗漏险情，不到2 h溃决，溃决时水位 35.15 m，最大溃口宽50 m，最大流量为381.0 m3/s，水面最大流速为2.6 m/s，垸内平均水深约2.0 m，淹没面积约0.17万hm2，约2万人受灾。根据长江中游防洪要求，当长江监利水位达36.57 m时，调弦口需扒口由华容河向洞庭湖分洪，分洪流量为1 440.0 m3/s。在上游调弦口没有泄流的情况下，高洪水位即导致华容河本地出现防洪险情，如果按照协议扒口作为长江分洪通道，要保护好华容河两岸防洪安全，华容河的泄流能力值得深入研究[3-4]。

1 华容河行洪模拟

利用MIKE11建立华容河一维水动力学数学模型，模拟不同工况下华容河水文情势和水力要素的变化[5-6]，分析评价调弦口分洪对华容河防洪的影响[7-8]。

1.1 模型方程

采用圣维南方程，建立描述河道水流运动的一维非恒定流数学模型：

1.2 边界条件

以华容河调弦口闸为上边界，下边界到六门闸。根据实测地形数据，布置了201个断面，其中干流（包括北支）161个断面，支流（南支）50个断面，分为长江入水口—调弦口闸、调弦口闸—人民垸堤东风闸、人民垸堤东风闸—六门闸3段。以调弦口分流为入流，为简化计算，将六门闸设为可控建筑物，根据外河出口水位条件计算其流量。

1.3 模拟计算工况

通过调弦口上边界赋予分洪流量，下边界赋予排水流量，考虑华容河蓄水水位，采用数值模拟的方法，模拟上游长江不同分洪流量、下游不同排水流量条件下，华容河洪水位的演进情况。调弦口分洪与华容河蓄水水位的组合计算如下。

1.3.1 上游调弦口分洪洪峰流量。

调弦口承担分洪任务最大流量为1 440.0 m3/s，需要扩大当前调 弦口闸泄流能力才可以分洪，故调弦口分洪带来的华容河分洪问题以1 440.0 m3/s 为最大值[7]。

在非闸控条件下，相应于监利36.57 m水位扒开调弦口堤段50 m宽、下游为华容河33.06 m的最高水位时，调弦口泄洪流量就可超过2 000.0 m3/s，将远大于1 440.0 m3/s的分洪任务。考虑华容河沿线堤防和河道断面情况，假定调弦口不同分洪工况为1 440.0、1 200.0、1 100.0和900.0 m3/s 4种。

1.3.2 华容河初始水位。

华容河防洪水位为33.06 m，汛期低水位为30.56 m。因此，该研究拟定的华容河初始水位为30.56、31.56、32.56和33.06 m共4种六门闸水位条件。

调弦口水位为36.77 m。

1.3.3 下游六门闸抽排流量。

六门闸按抽排0和200 m3/s流量2种情景设计。根据以上组合，共有32种计算工况，如表1所示。

2 结果分析

调弦口分洪时，华容河沿线水位会快速上涨，不考虑两岸堤防非漫顶溃决，则距离调弦口30～37 km、堤防较低的华容县城位置成为防洪问题的突出堤段。一是分洪后洪水抵达华容县城的时间，二是洪水位超过堤顶漫溃。

2.1 洪水传播时间问题

在华容河不同初始水位、六门闸不同排水情景下，华容县城达到防洪水位的时间如图1～2所示。对于调弦口分洪1 440.0 m3/s，当六门闸不排水时，相应于华容河初始水位处于高水位32.56 m时，分洪流量最快于1.25 h内即到达华容县城，并将造成华容县城段达到防洪水位33.06 m；华容河水位为30.56 m时，华容县城达到防洪水位的时间最快为5.25 h。当六门闸排水200.0 m3/s时，华容河处于高水位32.56 m时，华容县城段同样将最快1.25 h达到防洪水位33.06 m；华容河水位为30.56 m时，华容县城达到防洪水位的时间最快为6.00 h。

调弦口分洪时，不同的分洪流量下华容县城达到防洪水位存在差异。分洪流量越大，華容县城达到防洪水位的时间越短；华容河开始水位越高，华容县城达到防洪水位的时间越短。六门闸排水可滞缓华容县城达到防洪水位时间，但受六门闸排水能力所限，缓滞时间并不显著，最大缓滞时间为0.75 h。

模拟结果也表明，华容河较低水位时，华容县城达到防洪水位的时间稍长。因此，为了减少华容河防洪风险，在调弦口分洪前，应最大限度降低华容河水位。

2.2 华容县城漫溃时的调弦口分洪流量

对应900.0 m3/s分洪流量遭遇华容河30.56 m初始水位时，洪水传播到华容县城位置时，华容河洪水位与华容河左右堤顶高程对比可知，洪水位在华容县城左右两岸均将超过堤顶。

值得说明的是，如果下游六门闸与调弦口分洪相应扒开时，即华容河水位与华容县城防洪或洞庭湖分蓄洪水位3306 m相同，可以华容县城堤防不漫顶试算，河道过流能力为980.0 m3/s。

3 结论

通过华容河实测地形数据，采用一维水动力学数值模型，假定调弦口有1 440.0、1 200.0、1 100.0和900.0 m3/s 4种上游来流工况、华容河初始水位为30.56、31.56、32.56和33.06 m共4种六门闸水位条件，以及六门闸按抽排0和200.0 m3/s流量2种工况，设计了32种计算情景，并以华容县城为断面分析了调弦口闸分洪后华容河防洪风险。研究结果表明：

（1）调弦口分洪时，不同的分洪流量下华容县城达到防洪水位的时间为1.00～6.00 h。分洪流量越大，华容县城达到防洪水位的时间越短；华容河开始水位越高，华容县城达到防洪水位的时间越短。六门闸排水可滞缓华容县城达到防洪水位时间，但受六门闸排水能力所限，缓滞时间并不显著，最大缓滞时间为0.75 h。在华容河低水位下，华容县城达到防洪水位的时间明显较长。因此，为了减少华容河防洪风险，在调弦口分洪前，应最大限度地降低华容河水位。

（2）根据河道断面条件，调弦口分洪900.0 m3/s时，华容河洪水位与华容河左右堤顶高程对比可知，洪水位在华容县城附近即超过堤顶形成漫溃，容易造成洪灾。

现仅有灌溉引水功能的调弦口闸无法承担分洪1 440.0 m3/s的任务，模拟分析表明，非闸控条件下分洪华容河两岸无法确保分洪安全；在可控制分洪流流量的条件下，华容河现有的河道泄流能力最大不超过980.0 m3/s。考慮到三峡水库运用后1954年型洪水荆江分洪区不需要分蓄洪，与其洪水来源相同的华容河分蓄长江洪水的任务，也应随着工情、水情的变化予以调整[7-8]，以此为解决华容河两岸防洪担忧，促进地方经济社会更好地发展。

参考文献

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