2020年鄱阳湖区单退圩堤运用效果分析及湖区防洪治理思考

2021-01-26

水利水电快报 2021年1期

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010）

1 研究背景

单退圩堤属于洲滩民垸，是一种“低水种养，高水蓄洪”的蓄洪工程，遇一般洪水仍进行农业生产，遇大洪水时分蓄洪水或行洪［1］。低水位时，圩堤内可进行农业生产但不允许居住，即“退人不退田”，也称单退圩堤。根据2015年国务院批复的《长江防御洪水方案》［2］，鄱阳湖区单退圩堤的运用方式为“湖口水位达到20.50 m并预报继续上涨，视实时水情工情，相机运用河段内长江干堤之间、鄱阳湖区洲滩民垸行蓄洪水”。

江西省共有240座单退圩堤，其中，鄱阳湖湖区185座，长江干堤之间55座。2020年7月12日，鄱阳湖星子站水位达到22.63 m，超1998年的历史最高水位11 cm。7月13日凌晨，江西省防汛抗旱指挥部发布《关于全面启用单退圩堤蓄滞洪的紧急通知》，要求鄱阳湖区所有185座单退圩堤必须于7月13日主动分洪，进洪前必须提前对堤内人员进行转移。根据江西省水利厅成果，截至7月12日晚，鄱阳湖区的185座单退圩堤中，已有153座进洪蓄水，进洪量约20亿m3，剩下的32座单退圩堤全部启用后，还可蓄洪约4亿m3。鄱阳湖区185座单退圩堤全部运用后，可降低湖口站水位25～30 cm。根据实测资料，湖口站最高水位最终控制在22.49 m，低于保证水位0.01 m，发生时间为7月12日。

2020年鄱阳湖区185座单退圩堤的分洪运用有效缓解了鄱阳湖区的防洪形势，具有重大的意义。本次研究收集了185座单退圩堤的分洪时间、圩堤面积及所属区域等资料，通过构建和率定长江干流及鄱阳湖区一维水文水动力数学模型，详细刻画和复演了2020年长江流域洪水鄱阳湖区单退圩堤运用后的防洪形势，分析了鄱阳湖区单退圩堤不运用对鄱阳湖的影响程度，以及采用康山蓄滞洪区的分洪效果，并提出了对鄱阳湖区防洪治理的思考。

2 2020年鄱阳湖区单退圩堤运用情况

表1为2020年运用的鄱阳湖区185座单退圩堤基本情况统计，万亩以下单退圩堤分洪量11.64亿m3，666.7～3 333.3 hm2（1 万～5 万亩）单退圩堤分洪量9.68亿m3，3 333.3 hm2（5万亩）以上单退圩堤分洪量4.87亿m3，其中，位于庐山市的单退圩堤新妙湖圩总面积达11.28万亩，分洪量3亿m3；表2为2020年运用的鄱阳湖区185座单退圩堤溃决时间及分洪量统计，185座单退圩堤分洪持续时间为6 d，其中，7月10日分洪量最大，达到10.38亿m3；表3为2020年运用的鄱阳湖区185座单退圩堤所属区域及分洪量统计，不同区域的单退圩堤分洪对湖口站的作用不同，分洪效果最好的是位于入江水道的单退圩堤，位于赣江尾闾和信江尾闾的单退圩堤分洪效果一般，位于入江水道、赣江尾闾和信江尾闾的单退圩堤分洪量分别为12.82亿，4.23亿m3和1.19亿m3。

表1 2020年运用的鄱阳湖区185座单退圩堤基本情况

表2 2020年运用的鄱阳湖区185座单退圩堤溃决时间及分洪量统计

表3 2020年运用的鄱阳湖区185座单退圩堤所属区域及分洪量统计

3 一维水文水动力数学模型

3.1 研究范围

为了准确模拟鄱阳湖与长江之间的水流交换，以及2020年洪水鄱阳湖区单退圩堤和康山蓄滞洪区分洪效果，模型范围取为汉口-大通区间，包括鄱阳湖区及五河尾闾，其中，赣河、抚河、信河、饶河和修河五河尾闾指五河七口控制站（外洲、李家渡、梅港、渡峰坑、虎山、虬津和万家埠）以下至鄱阳湖的区间，数学模型研究范围见图1。

图1 数学模型研究范围

3.2 边界条件

数学模型边界分入流边界、水位边界和区间入流边界3部分。其中，入流边界为汉口站、五河七口站（外洲、李家渡、梅港、渡峰坑、虎山、虬津和万家埠）流量过程，区间入流边界为鄱阳湖区产汇流成果，水位边界为大通站水位过程。

3.3 产汇流计算方法

构建鄱阳湖区水文模型计算湖区产汇流。采用昌邑、都昌、康山、星子和永修5站的降雨和蒸发数据，鄱阳湖区产汇流直接用降雨减去蒸发，然后乘以湖区面积；洲滩区域产汇流考虑一定的径流系数，径流系数大小根据水文水动力模型率定成果最终确定，洲滩区域经率定后的径流系数为0.6。水文模型和水动力模型的耦合方式为：水文模型的计算结果以旁侧入流的方式实时汇入到一维水动力模型中。

3.4 单退圩堤和康山蓄滞洪区的概化

鄱阳湖区单退圩堤较多，在数学模型中逐一概化工作量较大。考虑到鄱阳湖区185座单退圩堤所属区域、溃决后对湖口水位的作用不同，本次研究将185座单退圩堤概化为赣江尾闾、入江水道、信江尾闾、饶河尾闾和修水尾闾共5片区域，每片区域包含的单退圩堤数量见表3。不同区域的单退圩堤以水位-容积曲线的方式概化到数学模型中，每片区域的单退圩堤有一个概化点。其中，入江水道的单退圩堤概化点取为星子站，赣江尾闾概化点取为南昌市扬子洲，信江尾闾概化点取为信江东支和西支的交汇口，饶河尾闾概化点取为饶河入湖口，修水尾闾概化点取为潦河和修水交汇口。

康山蓄滞洪区同样以上述水位-容积曲线的方式概化到数学模型中，其最大分洪流量按照9 630 m3/s考虑，分洪口门布置在康山大堤（桩号18+000）处。

3.5 模型率定与验证

在实测资料中，选择1998年3月1日至6月31日为数值模型的率定时段。由选择1961年2月1日至7月1日为数值模型的验证时段。由湖区主要控制站水位率定与验证结果可以得出：数学模型的率定结果和验证结果较好，其所采用的计算参数基本合理。经模型率定与验证，河道与湖区糙率在0.02～0.03之间，滩区糙率在0.03～0.05之间。

4 鄱阳湖区单退圩堤分洪作用分析

为了分析2020年洪水鄱阳湖区单退圩堤的分洪作用，选取了长江干流与鄱阳湖区一维水文水动力数学模型，将185座单退圩堤分5片区域布置于数学模型中，估算每片区域单退圩堤7月8～13日的分洪流量（见表4），计算得出上述185座单退圩堤分洪和不分洪两种情况下湖口站水位情况，如表5和图2所示。

表4 鄱阳湖区185座单退圩堤溃决时间及分洪量统计亿m3

（1）鄱阳湖区185座单退圩堤分洪后湖口水位的计算值与实测值吻合较好，湖口最高水位计算值和实测值均于7月12日达到22.49 m。

表5 鄱阳湖区185座单退圩堤分洪前后湖口站最高水位 m

图2 2020年鄱阳湖区单退圩堤分洪前后湖口站水位计算值与实测值对比

（2）鄱阳湖区185座单退圩堤不分洪，湖口站最高水位将于7月12日达到22.84 m，超保证水位0.34 cm，这与江西省水利厅实测成果一致；185座单退圩堤不分洪，湖口站超保证水位22.50 m的时间段为7月11～15日，持续时间5 d，这将大大增加鄱阳湖区的防洪风险。

（3）鄱阳湖区185座单退圩堤分洪后，湖口站最高水位由分洪前的22.84 m降低至22.49 m，低于保证水位1 cm，单退圩堤的分洪作用显著。

5 采用康山蓄滞洪区分洪的作用分析

康山蓄滞洪区位于鄱阳湖东岸，上饶市余干县城西北部，赣江南支、抚河、信江三河汇流口的尾闾。康山蓄滞洪区蓄洪面积312.37 km2，有效蓄洪容积15.70亿m3，分洪口门设在康山大堤桩号17+500～18+200之间，口门宽约700 m，设计流量9 630 m3/s，区内辖11个乡镇场、59个行政村。根据《长江防御洪水方案》［2］，“预报湖口水位将达到22.50 m并继续上涨，首先运用鄱阳湖区的康山蓄滞洪区分蓄洪水”。2020年洪水，康山蓄滞洪区具备分洪的条件。

根据表5成果，2020年洪水期间，若185座单退圩堤不分洪，湖口站水位将于7月11日达到22.5 m并继续上涨。考虑采用康山蓄滞洪区分洪，分洪时间段为7月11日00：00至7月12日21：00，分洪流量9 630 m3/s。分洪后湖口站最高水位计算成果见表6，由表可以得出：采用康山蓄滞洪区分洪，分洪量为15.7亿m3，分洪后湖口站最高水位22.60 m，超保证水位0.1 cm，湖口站超保证水位22.50 m的时间为7月12～14日，持续时间3 d。采用康山蓄滞洪区分洪可有效降低湖口水位，后续结合部分单退圩堤运用，可控制湖口站水位不超过保证水位22.5 m（见图3）。

表6 采用康山蓄滞洪区分洪和单退圩堤分洪湖口站最高水位计算 m

图3 2020年采用康山蓄滞洪区分洪和单退圩堤分洪湖口站水位过程

6 鄱阳湖区防洪治理的思考

鄱阳湖区已初步形成了以圩堤为基础和主体，配合以水库、蓄滞洪区、河道治理工程及防洪非工程措施的防洪减灾体系［3］。2020年大洪水期间，湖区防洪工程体系发挥了重要作用，江西省水利厅先后40余次调度鄱阳湖水系干支流大中型水库，累计拦蓄洪量18亿m3，有效减轻了鄱阳湖区及长江干流湖口河段的防洪压力。鄱阳湖区运用185座单退圩堤，进洪量约26.2亿m3，有效降低鄱阳湖水位0.35 m。对2020年洪水康山蓄滞洪区的运用效果进行了分析，可有效降低湖口站水位，后续结合部分单退圩堤运用，可控制湖口站水位不超过22.50 m。

根据2020年鄱阳湖区防洪实践，结合对单退圩堤和蓄滞洪区分洪效果的分析，对鄱阳湖区防洪治理提出以下建议：①鄱阳湖区防洪建设应贯彻以人为本、人与自然和谐共处的理念，按照“蓄泄兼筹、以泄为主”的治理方针，在深入研究鄱阳湖洪水特性、江湖关系变化的基础上，针对2020年防汛抗洪抢险救灾中暴露出的突出问题，根据“突出重点、分步实施、统筹兼顾、远近结合”的原则，加强完善湖区防洪工程体系建设，全面加强湖区圩堤工程建设，大力推进蓄滞洪区建设，开展中小河流治理，加强圩区涝灾治理，研究推进支流防洪控制性水库建设；②紧密结合三峡工程建成运用的作用和影响，科学合理制定控制性水库群、蓄滞洪区、单退圩堤、涵闸泵站等防洪工程体系联合调度方式，进一步优化防御洪水调度方案，针对不同区域防洪工程协调细化调度方案；③开展湖区大洪水防洪联合调度研究，通过统筹安排单退圩堤、蓄滞洪区调蓄洪水，合理确定分洪时机和分洪时序，确保湖区重点圩堤防洪安全。