鳌江南港流域江西垟平原排涝工程泵站布局优选

余玉龙

（温州市水利电力勘测设计院有限公司,浙江 温州 325000）

1 流域概况

江西垟平原位于鳌江下游南港流域。鳌江为江西省八大水系中最小的一条水系,流域面积1580.4 km2,干流全长90 km,主要分属平阳、苍南两县。鳌江水系呈树枝状,根据地形、地理位置可分为北港和南港两个流域。其中北港都属于平阳县范围,流域面积826.8 km2。南港流域面积为753.6 km2,大部分属于苍南县,主要支流有横阳支江、沪山内河、萧江塘河,其中横阳支江为南港流域排洪、灌溉的主要河道,全长27.3 km,将鳌江流域的最大平原—南港平原分割成江西垟平原和江南垟平原。

江西垟平原西面靠山区,东南紧邻横阳支江堤塘,集雨面积156 km2,其中山区64.9 km2,平原91.1 km2。平原内主要有沪山内河和萧江塘河两大排水河道。

2 现状排涝能力

江西垟平原总面积156 km2,其中山区面积64.9 km2,平原91.1 km2。耕地面积10.15 万亩,其中水田8.7万亩,田面高程在3.5 m～4.5 m左右,根据最新的1∶10000地形图及相关资料,江西垟平原现状蓄涝曲线见表1。

表1 江西垟平原现状蓄涝曲线

江西垟平原现状受涝情况见表2。

表2 江西垟平原规划排涝情况表

根据1∶10000地形图,区域一般田面高程在3.8 m左右,主要为水田,水稻耐淹水深考虑0.25 m,且耐淹时间为4 d～6 d,因此本次区域受淹时间主要统计一般田面水位达到4.05 m以上的时间。在现状水利设施情况下,一旦降雨,山区洪水漫入平原,平原积水只能向北排入鳌江,如遇鳌江洪潮影响,内水难以外排,致使大片农田受淹,江西垟的排涝标准不足10年一遇。是南港流域的重涝区之一。

3 泵站布局优选

3.1 水利计算数学模型

江西垟平原集雨面积156.0 km2,其中山区64.9 km2,平原91.1 km2。耕地面积10.15万亩,其中水田8.7 万亩,田面高程一般在3.3 m～4.5 m之间。平原内有灵溪、萧江等镇,主要河流为沿山内河、沪山内河、萧江塘河,萧江塘河～横阳支江片面积36.6 km2,沪山内河～萧江塘河片面积21.91 km2,沿山内河片集雨面积20.17 km2。山区主要支流为洛溪、凤溪、仙塘溪、状元溪。

3.1.1 计算方法

鳌江及江西垟等平原河网主干河道的水力要素随时随地都在变化,属典型的非恒定流,水利计算方法采用一维圣维南方程组进行数值解；平原河网中的涝区或围圩内部水流以及水位漫河堤后的水流随时间变化较小,为了计算方便,将其划分为网格单元,采用简化法计算。

（1）圣维南微分方程组。圣维南方程组由以水位高程Z及流量Q为变量的连续方程与运动方程组成：

式中：Z为水位,m；Q为流量,m3/s；X为河道沿程位移,m；t为时间,s；Q为河流总宽度,m；q为单位长度河流的旁侧入流,m3/（s·m）；ζ±、M、a均为计算参数。

计算中将微分方程组进行数值解,计入河叉、闸叉方程、边界条件和初始条件,并考虑桥堰的阻水、水流漫滩等水利条件。

（2）简化法。假定简化单元i内水体体积仅与水位有关,则可得连续方程：

式中：Pi（t）、Ai为单元i的降水量、水面面积；Qi为单元i的流量交换。

计算中流量Qi的交换主要为明渠恒定流、堰闸等形式,根据划定单元实际交换情况予以计列。

3.1.2 计算模型

依据规划区地理、地形和水系特点进行河网排涝计算。结合计算需要,搭建两套计算模型：一是鳌江大流域计算模型,为江西垟等平原排涝计算提供下边界,同时计算分析其对鳌江、横阳支江规划工程措施的影响等；二是江西垟等平原排涝模型（见图1）,具体细化其平原排涝的各工程措施规模等事宜。

图1 江西垟平原水利计算模型图

①初始条件：计算开始时刻鳌江各断面水位等于此刻下边界潮位；平原河道各断面水位相等,综合考虑实际调度,取常年河道水位2.70 m等；流量为0。

②外边界条件：鳌江大模型中计算上边界鳌江干流为埭头、横阳支江桥墩水库下泄及各支流,下边界为鳌江潮位站和琵琶门潮位站；各平原设计频率降雨＋洪水＋下边界鳌江,组合频率采用水文分析的推荐组合,下边界过程线采用鳌江流域大模型计算成果提取的过程线。各平原上边界为山区集中入流处,河道初始水位和流量根据河床坡降推算取值。

③边界条件：鳌江大模型在计算河段内选取具有代表性的断面并适当修正,河汊口各段面水面相等且流量连续；各平原模型在计算河网主河道上选取具有代表性的断面,将主排水河道上的阻水桥梁简化为闸堰,共布置414 个断面,4 个水闸,5个泵站,7个集中入流,20 个概湖进行数值模拟计算。

④降雨与潮汐组合：由水文分析可知,不同重现期降雨过程线都是以2007年8 月18 日～20 日降水典型过程线为基础,潮位过程线同样选用鳌江流域防洪规划潮汐成果（见表3）,此组合降雨雨峰与高潮位遭遇,对排涝灾害偏不利。

表3 鳌江潮位站统计潮位特征表 单位：m

⑥汛期水闸开启内河常水位。江西垟平原常水位为2.70 m；汛期内高潮顶时泵站开启水位为2.90 m,关泵水位为2.50 m。

3.1.3 验证计算

2007 年8 月17 日～22 日,受9号台风“圣帕”影响,浙江省的温州、台州、丽水3市17县240个乡镇198万人受灾。江西垟平原普降暴雨,又遇天文大潮汛期,整个流域江河水位猛涨,灵溪、麻步、萧江等镇一片汪垟,内涝情况严重,104国道等道路基本全线瘫痪。

经分析,该场暴雨降水量集中、强度大,内河水位高,鳌江高潮位与降水雨峰几乎同时出现,比较符合本流域洪涝灾害实际情况。其中,实测一日降雨为238.5 mm,三日降雨为386.6 mm,埭头站实测洪峰流量为2450 m3/s,鳌江三天最高潮位为5.18 m。

同时也针对该场台风中的江西垟平原各点受涝情况进行详细调查,现场调查照片见图2。

图2 萧江镇塘河桥附近

江西垟平原内设有灵溪水位站,本次就实测水位、计算水位、调查水位进行对比,成果见表4。

表4 江西垟洪水验证成果表

洪水演进计算表明：计算洪水位过程线灵溪站实测水位符合较好,最大水位差值为0.02 m～0.03 m,说明本计算模型比较符合江西垟平原的实际情况,可以用于排涝工程计算。

3.2 闸泵布局比选

计算方法采用3.1计算模型,根据各泵站特性,拟定主要泵站比较方案见表5。

表5 排涝泵站比较方案表

各方案水利计算成果见表6。

表6 泵站不同规模代表点水利计算成果

根据以上计算成果可知：

（1）随着总泵站流量的增加,片区洪涝水位逐渐降低。方案二相对方案一,沿山内河沿程水位下降7 cm～10 cm,沪山内河沿程水位下降0～10 cm,萧江塘河沿程水位下降1 cm～10 cm；方案三相对方案二,沿山内河沿程水位下降4 cm～8 cm,沪山内河沿程水位下降0～9 cm,萧江塘河沿程水位下降1 cm～11 cm。

（2）沪山内河和萧江塘河水位变动区主要位于河道中下游,对上游影响不大,因此随泵站规模加大,灵溪镇水位变化不大,麻步镇水位下降6 cm和7 cm,萧江镇水位下降12 cm和8 cm。

（3）结合区域地形,方案一萧江镇难以满足设防标准,方案二基本能满足设防标准,方案排涝效果最好,故泵站规模布局按照方案二进行。

3.3 实施后各频率涝水位参数

实施后各频率涝水位参数见表7。

表7 主要代表点水位计算成果表

采取上述保留农田约6.10 万亩、水域面积不减少、沪山内河治理、新建泵站及水闸等措施后,保留了平原调蓄能力,增大了河道与水闸排水流量,有效增加泵站强排能力,因此,可以降低河道最高水位和缩短排水时间。

（1）10 年一遇平原河道下游最高水位3.90 m,20 年一遇平原下游河道最高水位4.12 m～4.20 m；低于城镇代表地坪高程4.50 m,满足内河水位不超过地坪高程的排涝要求。

（2）20 年一遇工况下,各区域最高水位可有效降低0.20 m～0.30 m,其镇区基本不受淹,田面一般淹没时间从49 h降至 8 h～30 h。

4 结语

江西垟平原排涝既受到鳌江干流高水位的影响,又受流域内山区主要支流为洛溪、凤溪、仙塘溪、状元溪等洪峰影响。故在泵站布局过程必须考虑到泵站流量、各个代表点及乡镇水位之间的关系,通过实际的情况进行分析计算优化比较,进而落实到项目建设,才能真正提高区域排涝能力标准,从而满足江西垟平原排涝20年一遇的标准。