固城湖封闭运行后本地降雨的防洪影响分析

2021-05-28姚亚芹孔雅云

江苏水利 2021年5期

姚亚芹，孔雅云，袁媛，戴雷

(1.江苏省南京市高淳区水务局，江苏南京 211300；2.江苏省水文水资源勘测局南京分局，江苏南京 210008)

固城湖又名小南湖，位于高淳区南部，为浅水型湖泊。承接胥河等支流来水(茅东闸控制)，通过水碧桥河与干流相通(水碧桥闸控制)，通过官溪河与干流、石臼湖相通(杨湾闸控制)。湖面呈三角形，北宽南窄。1949年前固城湖面积78 km2，南北长10.4 km，东西宽相间8.2 km。湖底高程：大湖区5.60～5.80 m，局部6.00 m，最低5.40 m；小湖区5.90～6.20 m。经过20世纪70年代的围湖造田、灭螺围垦，固城湖蓄洪面积减少了60%[1-2]，目前水位12.5 m时，相应湖泊面积31 km2，蓄水容积1.99亿m3。

固城湖周边共有3个水利工程用于控制固城湖水位，分别是胥河上的茅东闸、官溪河上杨湾闸和水碧桥河上的水碧桥闸。茅东闸始建于1958年，1960年8月31竣工运行。2008年汛后，在老闸的上游90 m处，重建新茅东闸于2009年12月工程完工。杨家湾闸始建于1972年，闸门高8.5 m，用于汛后控制固城湖水位，解决固城湖周边地区和高淳城区的生产生活用水，2010年8月上迁3 300 m移址花奔钱家渡重建，2011年6月建成运行。水碧桥闸始建于2014年，2016年建成运行，主要功能以水资源利用和生态环境保护为主。

根据《长江防总关于印发水阳江洪水调度方案的通知》(长防总〔2018〕37 号)，当水阳江流域遭遇超标准洪水时新河庄水位达到13.5 m，水阳水位超过12.8 m、且固城湖水位低于12.0 m时，水碧桥闸开启进洪，杨湾闸控制开启，向外排水；当固城湖水位达到 12.0 m时，水碧桥闸关闭，杨湾闸控制开启，向外排水。总体而言，近年实施牛耳港封堵、水碧桥闸建设后，可封闭运行，确保汛期固城湖沿线防汛安全，保证高淳人民生产生活安全。

固城湖是水阳江流域主要调蓄湖泊之一，在没有实现水利工程控制前，固城湖发生洪水主要受到水阳江来水或长江倒灌影响[3]。如1995年、1996年和1999年均是受到水阳江上游山洪影响[4]，1954年和1998年受到长江倒灌影响。

2016年水碧桥建闸后，通过科学合理调度能够阻止客水对固城湖的影响，减小固城湖的防洪压力。但实际上，流域发生超标准洪水时，由于本地洪水的影响，固城湖仍然面临较为严峻的防洪形势。

本文在考虑固城湖在水利工程有效控制以及不受客水影响情况下，重点研究本地降水对固城湖防汛的影响。

1 降水分析

1.1 降水原因

2016年、2020年主汛期，都是由于副高压偏弱，降水锋面长期在长江中下游沿线南北摆动，长江中下游以南地区出现了持续强降水。

1.2 降水分析

1.2.1 2016年6月18日至7月20日降水分析

全区共有3次强降水过程，面平均降水量为788.1 mm，降水量分布不均，南多北少，最大站与最小站相差276.5 mm，单站最大日降水量发生在水碧桥站，6月20日为203.0 mm。固城湖相关各站累计降水量见表1。

表1 2016年6月18日至7月20日固城湖相关站累计降水量

以高淳站为代表站分析，2016年高淳站的同期累计降水量777.5 mm，超多年平均值260.1 mm，增幅达199%。以高淳站同期降水量进行频率计算，结果接近100年一遇。

1.2.2 2020年6月10日至7月31日降水分析

2020年6月10日至7月31日，高淳区共出现7轮降水过程，全区累计面降水量853.4 mm，全区降水分布呈北少南多，最大站与最小站相差284.5 mm，单站最大日降水量发生在漕塘站7月15日为115.5 mm。固城湖周边各站累计降水量见表2。

表2 2020年6月10日至7月31日固城湖相关站累计降水量

以高淳站为代表站分析，2020年高淳站的同期累计降水量869.0 mm,超多年平均337.0 mm达158%。以高淳站同期降水量进行频率计算，结果接近100年一遇。

1.2.3 2016年与2020年降水特点

2016年固城湖汇流区主汛期降水特点是降水时间集中，降水强度大，降水量多。2020年固城湖汇流区主汛期降水特点是降水时间长，降水量多，降水强度小。共同特性是降水量多，不同点是2020年的雨强明显弱于2016年，2016年和2020年各站降水强度见表3。

表3 2016年和2020年各站降水强度单位：mm

2 洪水过程

2.1 2016年固城湖洪水过程

2016年固城湖洪水主要受本地强降水影响，入汛前全区出现1次强降水过程，使土壤达到饱和。

6月20日8时开始入梅以来第一轮强降水，日面降水量93.9 mm，固城湖高淳站6月20日12:00开始缓慢上涨，6月20日12:00水位8.50 m(吴淞基面，本文中出现水位均采用吴淞基面)，降水期间各圩区向固城湖湖区排涝，固城湖高淳站水位上涨加快，茅东闸6月21日9:00开始开闸排水，出闸流量53.0 m3/s，固城湖高淳站水位上涨减缓，最高涨至9.25 m。

6月24日至6月28日第二轮强降水开始，累计面降水183.1 mm。6月24日至6月26日累计面降水56.0 mm，固城湖高淳站水位上涨缓慢，6月27日至6月28日累计面降水127.1 mm(27日80.7 mm，28日46.4 mm)，周边圩区向固城湖湖区排涝水量增加，固城湖高淳站水位上涨加快，6月28日15:25超过10.00 m警戒水位，6月30日15:00涨至10.69 m。

6月30日第三轮强降水开始，7月1—2日累计面降水量277.6 mm，6月27日至7月3日面累计面降水量462.0 mm。受本轮强降水及7月2日茅东闸关闸影响，固城湖高淳站水位上涨迅速，最大日涨幅达1.02 m(7月2日)，仅次于1999年1.12 m，7月2日3:00固城湖高淳站水位超过11.00 m，7月3日1:00固城湖高淳站水位超过12.00 m，7月3日8:35杨家湾闸开闸泄洪，略减缓固城湖高淳站水位上涨速度，7月5日0:00固城湖高淳站水位超过13.00 m，7月5日4:00固城湖高淳站水位超过历史最高水位13.07 m，水位仍缓慢上涨。7月5日强降水结束，同时区防指下达命令，禁止所有排涝站向固城湖湖区排涝，固城湖高淳站水位上涨逐渐趋平，7月6日9:00涨至13.21 m，为最高水位，超过历史最高水位0.14 m。具体水位特征见表4。

表4 2016年固城湖高淳站洪水期主要特征统计

2.2 2020年固城湖洪水过程

2020年固城湖洪水主要受本地强降水影响，6月10日至7月31日固城湖汇流区面降水量853.4 mm，以高淳站为代表站，6月20至7月31日共有37 d降水日数，7月9—20日出现连续12 d降水日。

6月10日前受降水偏少，蒸发、生产生活用水等影响，固城湖水位持续下降，在没有工程影响的情况下，固城湖水位持续回落，6月10日固城湖高淳站水位7.23 m。

6月10日至7月31日固城湖汇流区共出现5轮强降水过程。6月10—16日为第一轮强降水过程，累计面降水量94.3 mm，受本轮降水以及杨家湾闸和水碧桥闸开闸引水影响(杨家湾闸6月10日开启，水碧桥闸6月12日启)，固城湖水位缓慢上涨，6月17日固城湖高淳站8:00水位8.16 m，6月10—17日杨家湾闸和水碧桥闸共向固城湖引水2 888万m3，茅东闸排水501.4万m3。

6月18—24日为第二轮强降水过程，累计面降水量128.9 mm，受本轮降水、杨家湾闸和水碧桥闸引水影响(杨家湾闸6月19日关闸，水碧桥闸6月20日关闸)，固城湖水位缓慢上涨，6月24日固城湖高淳站8:00水位9.03 m，6月18—24日杨家湾闸和水碧桥闸共向固城湖引水1 161万m3，茅东闸排水1 765万m3。6月26—29日累计面降水量94.2 mm，本轮强降水没有造成固城湖水位快速上涨，主要是茅东闸加大了排水，6月25—29日茅东闸共排水1 855万m3，6月29日固城湖高淳站8:00水位9.27 m。

7月4—6日为第三轮强降水过程，累计面降水量118.6 mm，茅东闸继续加大排水，固城湖水位缓慢回落，6月30至7月6日茅东闸共排水3 416万m3，7月6日固城湖高淳站8:00水位8.97 m。

7月10—20日出现最大一轮强降水过程，累计面降水量315.9 mm，茅东闸排水继续加大，但本轮降水较大，固城湖水位上涨迅速，7月16日7:05固城湖高淳站水位超警戒水位10.40 m(2020年固城湖警戒水位由原10.00 m调至10.40 m),水位继续上涨,7月20日固城湖高淳站8:00水位12.07 m，7月22日出现2020年固城湖高淳站最高水位12.31 m，其间7月7—20日茅东闸共排水4 577万m3。

7月23—28日为第五轮强降水过程，累计面降水量91.1 mm，茅东闸继续加大排水，固城湖水位缓慢回落，7月21—28日茅东闸共排水3 862万m3，7月28日固城湖高淳站8:00水位11.84 m。6月10日至7月31日，杨家湾闸和水碧桥闸共向固城湖引水5 678万m3，茅东闸共排水17 740万m3。

2020年固城湖高淳站洪水期主要特征统计见表5。