汤渔湖行洪区改防洪保护区对淮河干流洪水影响

王露露，辜 兵

(安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

汤渔湖行洪区位于淮河左岸，对岸即为淮南市区，由汤渔湖行洪堤、汤荆隔堤及淮北大堤围成封闭圈堤，总面积72.7km2，耕地8.3万亩，涉及淮南市潘集区、蚌埠市怀远县。区内人口5.27万人，全部居住在低洼地，其中建档立卡贫困率4.91%[1]。汤渔湖行洪区属于淮河高标准行洪区，现状行洪方式为口门行洪，规定行洪水位为淮南24.15m，行洪流量4300m3/s[2]。自1972年建成以来，从未分蓄干流洪水，仅1991年大水滞蓄了淮河支流泥黑河洪水[3]。汤渔湖行洪区位置如图1所示。

汤渔湖行洪区面积大、居住人口多，虽紧临淮南市区，地理优势明显，但受行洪区定位的限制，区内基础设施建设、产业布局等发展长期滞后，社会经济及群众生活水平低，贫困人口多。行蓄洪区既是临时滞蓄洪水的场所，也是区内群众赖以生存发展的基地[4]。在以人为本、保障民生的新治水理念指引下，在安徽省委省政府聚焦行蓄洪区脱贫攻坚的背景下，汤渔湖行洪区调整方案，在满足流域防洪安全的前提下，还需考虑解决区内5万多群众长期防洪安全与脱贫致富问题[5- 7]。本文基于MIKE11模型计算汤渔湖维持行洪区与改为防洪保护区两种工况下，淮干重要节点洪峰流量、水位和洪水传播历时差异，为汤渔湖调整定位提供依据。

图1 汤渔湖行洪区位置图

1 模型原理

MIKE 11水动力计算模型是基于垂向积分的物质和动量守恒方程，即一维非恒定流Saint-Venant方程组来模拟河流的水流状态；以Abbott-lonescu六点隐式差分格式求解[8- 10]，公式如下：

(1)

动量方程

(2)

式中，x、t—分别为计算点空间和时间的坐标；A—断面过流面积；Q—断面流量；h—水位；q—旁侧入流流量；C—谢才系数；R—水力半径；α—动量校正系数；g—重力加速度。

2 模型构建

2.1 河网及行蓄洪区概化

构建淮河干流正阳关至浮山段河道及行洪区一

图2 淮河正阳关至浮山段干流河道及行蓄洪区概化图

维水动力学模型，河道长235.1km。淮河干流正阳关至浮山段涉及行蓄洪区8处，其中瓦埠湖蓄洪区2003年、1954年、1954年型以及100年一遇洪水均不启用，在本模型中不进行概化，其余寿西湖、董峰湖、上六坊堤、下六坊堤、汤渔湖、荆山湖、花园湖7处行洪区均按一维河道进行概化，概化的一维河道分别长16.9、6.8、7.6、8.1、9.8、19、23km。

以MIKE 11 SO模块的Control Structure功能概化7个行蓄洪区的分洪闸或分洪口门结构物及淮干重要控泄结构物蚌埠闸。其中寿西湖、董峰湖、汤渔湖的进、退洪闸为规划工程，按照规划设计参数概化，上六坊堤、下六坊堤、荆山湖、花园湖的分洪口门或分洪闸为现状工程，按现状情况进行概化。行蓄洪区分洪结构物调度条件按照规划调度规则设置[11- 12]，蚌埠闸洪水期调度条件为敞泄。

淮河干流及行蓄洪区概化如图2所示。

2.2 模拟工况设置

工况设置考虑洪水量级、河道及行蓄洪区工程情况2个主要因素。

(1)洪水量级

20年一遇洪水选择2003年，分析汤渔湖改保护区对淮干滩槽泄量影响；50年一遇洪水选择1954年，淮干设计洪水采用1954年型100年一遇洪水，分析汤渔湖蓄与泄对干流洪水影响。

(2)河道及行蓄洪区工况

选取汤渔湖维持行洪区、汤渔湖改防洪保护区2种工况。

汤渔湖维持行洪区工况：汤渔湖建设进、退洪闸，设计行洪流量2000m3/s，行洪区堤防退建、加固，规划滞洪库容3亿m3；疏浚汤渔湖进洪闸至荆山湖进洪闸段干流河道，该段河道规划总体过流能力达到10000m3/s(包括汤渔湖行洪流量2000m3/s)。淮河干流其余河段及行蓄洪区有规划工程的按照已批复规划建设工程构建模型[11]，无规划工程的按照现状情况构建模型。

汤渔湖改防洪保护区：取消汤渔湖行洪区，行洪区堤防退建、加固，疏浚汤渔湖进洪闸至荆山湖进洪闸段干流河道，该段河道规划总体过流能力达到10000m3/s。淮河干流其余河段及行蓄洪区模型构建同汤渔湖维持行洪区工况。

2.3 河道断面数据

河道基础地形数据采用实测断面数据，其中淮河干流正阳关至黑泥沟段断面测量时间为1991年，黑泥沟至峡山口段断面测量时间为2013年；峡山口至凤台桥段断面测量时间为1991年；凤台桥至荆山湖进洪闸段断面测量时间为2010年；荆山湖进洪闸至吴家渡段断面测量时间1991年；吴家渡至浮山段断面测量时间为2009年。各断面间距平均按800m左右控制。

2.4 边界条件

淮河干流正阳关至浮山段河道沿程有茨淮新河、涡河两大支流汇入，因此上游边界条件为淮干正阳关及支流茨淮新河、涡河流量过程，下游边界为浮山水位-流量关系。

3 模型验证

《淮河中游河道水动力数学模型研究与应用》[13]中对淮河干流王家坝至小柳巷段一维河道水动力学模型糙率取值进行了率定与验证，主河槽和滩地糙率取值分别为0.024～0.028、0.036～0.045[13- 14]；考虑本次分析对模型的精确性、合理性需求，对构建的淮河干流正阳关至浮山段一维水动力模型在吸收已有成果的基础上，进行进一步验证。由于2004年前后河道工况变化较大，模型验证采用2005年(2场)、2007年(1场)三场次洪水过程，河道地形数据及工程等还原至当年，上、下游及支流边界条件采用实测数据。

以水文情报预报规范[15]对验证成果分析，2007年大洪水年份，峰值误差较小，水位确定性系数DC≥0.90，QR≥85.0，验证精度等级为甲级；2005年中洪水年份，峰值误差不大，水位确定性系数0.90≥DC≥0.70，QR≥85.0，验证精度等级为乙级；即验证精度较高，模型概化合理。模型精度评价见表1。

表1 淮河干流正阳关至浮山段模型精度评价

注：洪水场次①指2005.07.06至2005.07.23；②指2005.08.24至2005.09.13；③指2007.07.03至2007.07.10

4 模拟结果

4.1 2003年洪水

2003年洪水正阳关实测最大流量7890m3/s，正阳关以下行洪区仅上六坊堤、下六坊堤进洪，可分析汤渔湖维持行洪区不启用情况下，汤渔湖段河道不同疏浚规模对干流洪水的影响。

正阳关至浮山段淮河干流主要控制站点中，峡山口站位于汤渔湖上游，淮南站位于汤渔湖进洪闸附近，蚌埠及香庙站位于汤渔湖下游。

汤渔湖维持行洪区与改保护区两种工况，上游峡山口及淮南洪峰流量、出现时间均相同；汤渔湖维持行洪区与改保护区相比，峡山口、淮南最高水位分别由24.57m、23.72m降低到24.52m、23.67m，最高水位均降低5cm。两种工况下，下游蚌埠和香庙洪峰流量、最高水位以及出现的时间均相同。

由于汤渔湖改保护区方案汤渔湖段干流河道退堤、疏浚规模比维持行洪区方案大，因此淮南及以上段河道水位有略有降低，而对汤渔湖下游河道最高水位以及干流的洪峰流量、传播时间基本没有影响。

4.2 1954年洪水

1954年洪水正阳关流量大于9000m3/s的有9d，正阳关以下需先后启用上六坊堤、下六坊堤、董峰湖、荆山湖、花园湖、寿西湖、汤渔湖行洪区，汤渔湖维持行洪区与改为保护区两种工况下，蚌埠最大流量均不超过设计流量13000m3/s，不需启用怀洪新河分洪，沿程水位不超过设计洪水位。

两种工况下，上游峡山口及淮南最高水位相同、洪峰流量基本相同，峡山口、淮南最高水位分别为25.11、24.13m。汤渔湖维持行洪区与改保护区相比，下游蚌埠、香庙最高水位分别由22.29、19.81m抬高到22.31、19.82m，最高水位分别增加2、1cm。蚌埠洪峰流量由维持行洪区的12505m3/s增加到改为保护区的12635m3/s，增加130m3/s，洪水过程中流量最大增加314m3/s。两种工况下蚌埠流量、水位过程如图3—4所示。

汤渔湖维持行洪区，于7月20日进洪，进洪流量最大仅400m3/s，直到洪水过程结束仍未蓄满，蓄滞洪量2.2亿m3，对洪水过程、洪峰流量影响均较小。

图3 蚌埠流量过程线

图4 蚌埠水位过程线

4.3 1954年型100年一遇洪水

1954年型100年一遇洪水，正阳关流量接近10000m3/s的达20d，正阳关以下需先后启用上六坊堤、下六坊堤、董峰湖、荆山湖、花园湖、寿西湖、汤渔湖行洪区；启用怀洪新河分洪，控制蚌埠最大流量不超过设计流量13000m3/s，控制蚌埠、香庙最高水位均不超过设计水位。

汤渔湖改为保护区与维持行洪区两种工况下，上游峡山口及淮南最高水位相同，洪峰流量基本相同，峡山口、淮南最高水位分别为设计水位25.54、24.48m。

若怀洪新河不启用，蚌埠洪峰流量由维持行洪区的13712m3/s增加到改为保护区的13980m3/s，增加268m3/s，洪水过程中流量最大增加876m3/s；且汤渔湖改保护区比维持行洪区蚌埠洪峰出现时间提前4h。怀洪新河不启用时，两种工况下蚌埠流量过程如图5所示。

按淮河洪水调度，怀洪新河启用，则两种工况下，蚌埠、香庙最高水位均为设计水位22.48m、20.02m，蚌埠最大流量均为13000m3/s。汤渔湖改为保护区比维持行洪区，怀洪新河分洪时间提前3d；最大分洪流量由维持行洪区的1000m3/s增加到改为保护区的1280m3/s，增加280m3/s；分洪量由维持行洪区的2.3亿m3增加到改为保护区的4.3亿m3，增加2亿m3。怀洪新河启用时，两种工况下蚌埠流量、水位过程如图6—7所示。

汤渔湖维持行洪区，于7月18日进洪，7与21日蓄满，滞蓄洪量3亿m3。淮南、蚌埠(怀洪新河不启用)洪峰出现时间分别为7月25日、7月23日，即在洪峰前汤渔湖已经蓄满，主要是滞蓄前期洪水。

图5 蚌埠流量过程线(怀洪新河不启用)

图6 蚌埠流量过程线(怀洪新河启用)

图7 蚌埠水位过程线(怀洪新河启用)

5 结语

基于MIKE 11模型的分析表明，汤渔湖改保护区对淮干洪水影响甚微。20年一遇洪水，汤渔湖改保护区对干流洪峰流量、传播时间基本无影响，可略为降低淮南以上河段洪水位。50年一遇及100年一遇洪水，汤渔湖改为保护区对汤渔湖上游干流洪水基本无影响，对下游影响范围不超过浮山；发生100年一遇洪水，怀洪新河提前3d分洪，增加2亿m3分洪量，即可保证洪水安全下泄，沿程流量和水位均不超过设计值。本研究成果定量说明了汤渔湖由行洪区改为防洪保护区对淮河干流洪水的影响程度，为汤渔湖行洪区调整定位的决策提供了重要数据支撑及依据。