府澴河卧龙潭以下河段洪水调度方案研究

马 全 姚 瑶2 常景坤

(1.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430064；2.武汉原野水利工程技术有限公司，湖北 武汉 430064)

洪水调度是防洪工作的核心，主要依据水、雨、工情实况和暴雨、洪水预报，统筹江河防洪全局，设计和优选出洪水调度方案，运用防洪工程措施和非工程措施，有计划地调节和控制洪水，保证防洪安全，努力减少洪水灾害。

府澴河为长江中游左岸一级支流，是湖北省仅次于汉江、清江的第三大水系，历来是湖北省河流防洪的重点地区之一。1996年澴水发生100年一遇大洪水后，府澴河流域编制了《府澴河防洪调度方案》，该调度方案编制于20世纪90年代，随着三峡工程的完建、丹江口续建工程的竣工，府澴河流域上游大中型水库除险加固的完成以及其他防洪水利工程的建设，水情和工情均发生了较大改变，原有调度方案已经不适应现状工程和经济社会发展的需求。同时，随着水文资料系列的延长，有必要对原采用的设计洪水成果进行复核和调整。本文采用MIKE 11水动力模型模拟府澴河洪水过程，研究府澴河发生不同频率洪水时，分蓄洪区民垸分洪时机及过程对卧龙潭站水位的影响程度，为府澴河卧龙潭站以下的洪水调度提供技术支持。

1 工程概况

府澴河干流发源于大洪山北麓海拔1042m的斋公岩，自北向南流经湖北省的随县、曾都区、广水、安陆、应城、云梦、孝昌、孝南、东西湖区、黄陂区等县(市、区)，在武汉市黄陂区境内与滠水汇合后注入长江。干流全长331.70km，流域面积14769km2。府澴河卧龙潭以上干流又称府河，支流澴水于卧龙潭左岸入汇。下游出口河道在武汉市岱家山以下分为南北两支，南支朱家河在谌家矶注入长江，北支新河纳滠水在江嘴流入长江。府澴河卧龙潭至河口段长63.20km，河道平均比降约0.10‰，河道区间流域面积1974km2(不含滠水流域)。

府澴河流域多年平均降水量1050～1200mm，年最大降雨量达2180mm(1954年)，年最小降雨量仅620mm(1961年)，年际变化悬殊，年内分配不均，其中6—8月占全年降雨量的65%。全流域多年平均径流深350～450mm，5—9月为汛期，径流量占全年的68%，成灾暴雨多发生在5—7月，尤以7月最重。

府澴河流域目前已形成了由上游大中型水库群、中下游堤防和分蓄洪民垸组成的综合防洪体系，保护武汉市、东西湖区及孝感市的防洪安全。府澴河流域分蓄洪民垸有孝感市孝南区幸福垸、东风垸，武汉市东西湖区外东风垸，孝感市孝南区和武汉市黄陂区共有的童家湖分蓄民垸共4处，总面积149km2，有效蓄洪总容积约为5.28亿m3，总耕地面积11.20万亩，总人口约6万人。府澴河卧龙潭站以下流域及分蓄洪民垸分布见图1。

2 研究方法

MIKE 11水动力模块采用隐式有限差分格式离散方程对一维河道及河口河网水流进行模拟，水动力模型基于一维明渠非恒定流方程，其理论基础是由水流连续方程和运动方程组成的圣维南方程组：

(1)

式中：Q为流量,m3/s；A为过水断面面积,m2；x为沿水流方向的距离,m；t为时间,s；q为河段单位长度的旁侧入流量；y为水深,m；i0为河底坡度；v为断面平均流速,m/s；C为谢才系数；R为水力半径,m；g为重力加速度,m2/s。

3 模型计算参数

3.1 计算工况

为研究府澴河在发生不同频率洪水时，分蓄洪区民垸分洪过程对府澴河卧龙潭断面水位的影响程度，模拟了10种工况，即当府澴河发生100年一遇、50年一遇和30年一遇洪水，外江水位分别为25m、26m、27m和28m情况下，孝南区幸福垸、东西湖东风垸、孝南区东风垸、童家湖分洪和不分洪时的府澴河洪水演进过程，进而研究分洪过程对卧龙潭断面的影响程度,具体计算工况见表1。

图1 府澴河卧龙潭站以下流域及分蓄洪民垸分布

表1 府澴河洪水调度模拟计算工况

3.2 计算控制条件

a.控制断面的选取：以卧龙潭站为控制站，该站位于府河与澴水汇合口下游约1.30km处，距府澴河出口61.00km，控制流域面积12795km2。

b.卧龙潭水位的控制方式：运用分蓄洪民垸的目的是控制内河洪水位的上涨，使之不超过堤防保证水位。当现有分蓄洪区不能控制卧龙潭水位上涨达到30.26m时，假定不开辟新的分蓄洪区，运用现有分蓄洪区，力争控制卧龙潭水位不超过30.50m。

c.分洪时机：分蓄洪民垸运用时机应根据上游府河隔蒲潭站、澴水花园站实测洪水，卧龙潭水位及上涨速率来综合决策。分析实测资料，洪水传播时间隔蒲潭至卧龙潭约6h，花园至卧龙潭约12h，故可以用隔蒲潭、花园两站实测流量预报卧龙潭洪水。当卧龙潭水位达到30.00m并继续上涨时(隔蒲潭、花园站实测洪水持续增加)，应启用分蓄民垸分洪。

3.3 计算参数条件

a.断面条件：河道断面选用府澴河实测的65个断面，分别为府澴河桩号62+389～9+674区间的50个断面、老河桩号9+061～1+175区间的7个断面和新河桩号8+407～0+169区间的8个断面。

b.边界流量条件：采用流量途径推求设计洪水，并考虑上游水库拦蓄作用,府澴河卧龙潭站不同频率洪水过程见图2。

图2 府澴河卧龙潭站不同频率洪水过程

c.分洪情况：不同工况下，计算府澴河分洪情况，见表2。

表2 不同工况下府澴河分洪情况

d.水位条件：由外江水位推算得到老河和新河出口处的水位。

e.糙率条件：根据1963年、1996年两场洪水过程，率定河段综合糙率为0.04。

4 计算结果

4.1 卧龙潭断面水位过程

a.当府澴河发生100年一遇洪水，外江水位分别为25.00m、26.00m时，计算孝南区幸福垸、东西湖东风垸、孝南区东风垸分洪和不分洪情况下卧龙潭站的水位过程，见图3。当府澴河发生100年一遇洪水，外江水位分别为27.00m 、28.00m 时，计算孝南区幸福垸、东西湖东风垸、孝南区东风垸、童家湖分洪和不分洪情况下卧龙潭站的水位过程，见图3。

由图3可知，当府澴河发生100年一遇洪水，外江水位分别为25.00m、26.00m时，孝南区幸福垸、东西湖东风垸、孝南区东风垸按照拟定的分洪方案进行分洪，卧龙潭站的水位可以控制在30.50m左右；外江水位分别为27.00m 、28.00m 时，孝南区幸福垸、东西湖东风垸、孝南区东风垸、童家湖按照拟定的分洪方案进行分洪，卧龙潭站的水位可以控制在30.50m以下。

b.当府澴河发生50年一遇洪水，外江水位分别为25.00m、26.00m、27.00m和28.00m时，计算分蓄洪民垸分洪和不分洪情况下卧龙潭站的水位过程，见图4。其中外江水位为25.00m时，孝南区幸福垸按照拟定的分洪方案进行分洪，卧龙潭站的水位可以控制在30.50m左右。外江水位分别为26.00m、27.00m时，孝南区幸福垸、东西湖东风垸按照拟定的分洪方案进行分洪，卧龙潭站的水位可以控制在30.50m左右。外江水位分别为28.00m时，孝南区幸福垸、东西湖东风垸、孝南区东风垸按照拟定的分洪方案进行分洪，卧龙潭站的水位可以控制在30.50m以下。

c.当府澴河发生30年一遇洪水，外江水位分别为27.00m和28.00m时，计算分蓄洪民垸分洪和不分洪情况下卧龙潭站的水位过程，见图5。外江水位分别为27.00m、28.00m时，孝南区幸福垸按照拟定的分洪方案进行分洪，卧龙潭站的水位可以控制在30.50m以下。

4.2 府澴河洪水调度方案

根据上述府澴河分洪过程洪水模拟，拟定府澴河卧龙潭以下河段洪水调度方案如下：

a.当府澴河发生20年一遇或1996年型洪水时，相应卧龙潭洪峰流量6170m3/s，可确保堤防安全，做到不溃垸分洪。

b.当府澴河发生30年一遇洪水时，相应卧龙潭洪流量6990m3/s，若遭遇长江武汉关水位超27.00m时，则启用幸福垸分蓄超额洪水，控制口门宽70.00m，最大分洪流量1030m3/s。

图3 府澴河1%洪水时分洪和不分洪情况下卧龙潭站水位过程

图4 府澴河2%洪水时分洪和不分洪情况下卧龙潭站水位过程

图5 府澴河3.33%洪水时峰分洪和不分洪情况下卧龙潭断面水位过程

c.若上游水位继续上涨，府澴河达50年一遇洪水时，相应卧龙潭洪峰流量7890m3/s，若武汉关水位在25.00m及以下时，加强防御措施，可不需要分洪；若遭遇长江武汉关水位达25.00～27.00m时，相继启用孝南区幸福垸、东西湖东风垸蓄滞洪区分洪，其中东西湖东风垸洪口门宽100.00m，最大分洪流量为1460m3/s；若遭遇长江武汉关水位超27.00m以上时，还需启用孝南区东风垸扒口分洪，口门宽120.00m，最大分洪流量为1750m3/s。

d.若上游水位继续上涨，府澴河达到100年一遇洪水时，相应卧龙潭洪峰流量9150m3/s。若长江武汉关水位在26.00m及以下时，相继启用幸福垸、东西湖区东风垸、孝南区东风垸分洪；若武汉关水位达到或超过27.00m时，除运用上述3处分蓄洪区外，还需启用童家湖分蓄洪区，控制其分洪口门300.00m，最大分洪流量4090m3/s。

5 结 语

本文采用MIKE 11水动力模型模拟了分蓄洪民垸分洪对府澴河卧龙潭站水位的影响，当府澴河发生不同频率的洪水时，拟定的分洪方案基本上控制了府澴河卧龙潭站的水位。经研究，府澴河卧龙潭洪水调度方案为：不分洪情况下，府澴河卧龙潭以下可防御20年一遇洪水或1996年型洪水，可使卧龙潭水位不超过30.26m；启用幸福垸可防御30年一遇洪水；遇50年一遇洪水时，则需启用幸福垸、东西湖区外东风垸和孝南区东风垸；当府澴河发生100年一遇洪水，若武汉关水位在26.00m以下时，启用幸福垸、东西湖区东风垸、孝南区东风垸分洪，可控制卧龙潭水位不超过30.50m，若武汉关水位超过27.00m时，除上述3处蓄滞洪区启用外，还需启用童家湖分蓄超额洪水。