巢湖洪水控制时段与洪水重现期分析

苏佳慧，田 娟

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引言

巢湖流域属长江下游左岸水系，三面环山，其西南部为大别山余脉，西部和北部是江淮丘陵，东南部为沿巢及沿江圩区。流域地势总体轮廓是东西长、南北短，西高东低，中间低洼平坦，形成巢湖盆地。巢湖流域总面积13544.7km2，其中巢湖闸上面积9186km2，占流域面积67.8%，巢湖闸下面积4359km2，占流域面积32.2%，湖泊806km2，占流域面积6.0%。入湖的大小河流共41条，呈放射状汇入巢湖，经湖泊调蓄后由裕溪河和牛屯河等注入长江。特殊的地理位置、多变的气候条件及中下游低洼的地势，使得巢湖流域极易发生洪涝灾害[1]，新中国成立后，巢湖流域先后发生1954、1969、1983、1991、2016年大洪水，2020年再次发生流域性特大洪水，最高洪水位达到13.43m，突破1991年历史实测极值水位12.80m和100年一遇设计洪水位13.36m。巢湖流域河流众多，流域面积大，江湖洪水遭遇复杂，界定巢湖洪水的重现期对流域防洪规划制定和超额洪量安排至关重要。

洪水频率分析中，通常对洪峰、时段洪量等特征量进行分析[2]。水库防洪设计中，一般选取历时为7d的典型洪水过程[3-5]，考虑洪峰和洪量的多变量组合，重点分析洪峰和7d洪量的联合重现期[6]。对于有调蓄水体的湖泊，匡燕鹉等[7]计算了洞庭湖入湖洪水组合流量，分析了入湖洪峰流量、出湖洪峰流量以及不同时段(1、3、7、15d)出入湖洪量的重现期，以此明确2017年洞庭湖洪水的历史地位。赵英林[8]分析发现，不同时段下，洞庭湖洪水入湖水量的地区组成、入湖洪峰流量的地区组成及入湖各历时洪量的地区组成差异很大。聂芳容等[9]分析了不同洪水组合下的洞庭湖洪水规律，四水尾闾河段单条河流的洪峰流量与洪峰水位关系密切，入湖组合7天洪量则与东南洞庭湖区洪水位关系密切，15～30d洪量则反映东南洞庭湖每年全汛期水的丰欠。王同生[10]对比了太湖流域4个大洪水年的水情，指出太湖水位涨水期主要受太湖流域上游的降雨和来水以及湖区的降雨影响，下游水位的高低影响太湖洪水下泄，在太湖水位达到最高水位后，即在涨水期之后的上游降雨和来水，只对太湖高水位的延续时间和退水速度产生影响。太湖容蓄量增大及退水速度加快，洪水外排格局和调度方式的变化，有利于减轻洪涝灾害损失[11-12]。

当前，巢湖流域洪水的研究主要是评估流域洪涝灾害损失[13-19]及定性分析流域洪水特性[20-21]，对巢湖流域洪水重现期的研究成果相对较少。张之丽[22]、谢每超[23]提出了巢湖流域洪水重现期总概念，认为巢湖流城的洪水总概念，既取决于降雨量、汇水量，又与巢湖水位、外河长江水位有关，分析了各洪水年流域30d降雨量及长江外河水位的重现期，在此基础上提出了各洪水年巢湖流域洪水的综合重现期。

根据上述研究成果，对于有调蓄水体的湖泊或调节性能好的水库，其洪水重现期通常会考虑不同时段洪水的影响，分别论述不同时段的洪量对应的重现期，但是确定哪个时段的洪量作为控制量没有明确的分析方法。对于来水复杂、流域面积大、有湖区调蓄的流域，湖区水位的高低受时段洪量、湖泊蓄水及下泄排水等多种因素的影响，综合考虑各因素的影响，选择有代表性的时段作为控制时段是洪水重现期分析的关键和难点。

1 分析过程

1.1 入湖洪水计算

采用Mike11模型软件，构建巢湖流域水文水动力模型，形成支流-湖区-蓄洪区-泄洪通道-泵站等多维模型，对历年洪水进行模拟[24]。将巢湖各支流洪水过程及湖区的产水过程叠加，得到巢湖的洪水过程，从而得到历年巢湖入湖的洪峰流量及各时段的洪量。对洪峰流量及主要时段洪量(3、7、30、90d)进行频率计算，相关统计参数成果见表1。其中最大3、7、30d洪量均出现在1991年，最大洪峰流量和最大90d洪量出现在2020年。

表1 巢湖洪水洪峰流量及洪量分析成果表

对历史大洪水进行分析，各大水年各时段的洪量及相应重现期见表2。根据分析结果，各大水年洪峰流量及各时段洪量的重现期并不完全一致，特别是1954年，入湖洪峰流量重现期只有3年一遇，最大3d洪量重现期约7年一遇，而最大7、30、90d洪量重现期约50年一遇，相差较大；1991年入湖洪峰流量重现期33年一遇，最大3、7、30、90d洪量的重现期分别为52、45、55、53年；而最近的大水年2020年入湖洪峰流量重现期为58年一遇，同时最大3、7、30、90d洪量的重现期分别为42、40、42、60年。

表2 巢湖各大水年不同时段洪量重现期表

由于各时段洪量重现期不一致，选择合适时段的洪量作为控制时段来确定巢湖的重现期就至关重要。

1.2 巢湖调蓄能力分析

巢湖湖泊形态呈东西2端向北翘起，中间向南凸出，成凹字形，状如鸟巢，为巢湖闸上洪水主要调蓄场所，洪水经巢湖调蓄后，由巢湖闸泄入裕溪河，经裕溪河排入长江。巢湖水位9.0m时对应的水面面积为779.51km2，相应库容为26.5亿m3；20年一遇洪水位12.5m时对应的水面面积为792.21km2，相应库容为54.06亿m3，巢湖水位-面积-湖容曲线见表3、如图1所示。

图1 巢湖-面积-库容曲线

表3 巢湖水位-面积-湖容曲线表

巢湖容积的大小决定了对巢湖洪水的调蓄能力。近年来，巢湖的常水位一般保持在9.0m左右，按照9.0～13.36m(100年一遇水位)为可调蓄容积，该调蓄容积为36.3亿m3，按照表1中的洪量分析成果，该容积能调蓄20年一遇的最大30d洪量、100年一遇的最大7d洪量。超过这个范围的洪量如果不能及时排江或打开蓄洪区蓄洪，则会进一步推高巢湖及各支流洪水位，带来洪涝灾害。

1.3 巢湖洪水控制时段及重现期确定

巢湖水位综合反应了入湖洪水、湖区调蓄及下泄量，当巢湖来水量大于下泄量时，巢湖湖区的水位持续上涨，巢湖水位起涨至达到最高水位的这段时间，称为涨水期，涨水期内的洪量对巢湖高水位及流域洪涝灾害有直接影响，故本文认为涨水期即为湖泊洪水的控制时段，对应的天数为控制时长，根据控制时段内的洪量即能确定巢湖洪水的重现期。

对巢湖历史大洪水的来水过程和实测水位过程进行分析，得到各大水年巢湖水位的控制时段、对应的洪量大小及洪水重现期，成果见表4。根据表4，巢湖洪水控制时段一般为12～58d，其中1991年洪水控制时段为15d，洪水重现期为60年一遇；2020年洪水控制时段为41d，洪水重现期为50年一遇；1969年洪水控制时段为14d，洪水重现期为40年一遇；2016年洪水控制时段为21d，洪水重现期为20年一遇。

表4 巢湖洪水控制时段及重现期分析结果表

根据控制时段洪量确定的洪水重现期与固定3、7、30、90d洪量的重现期不同。洪峰流量及固定时段洪量仅能反映洪水来水的情况，且对于同一场洪水，洪峰及各时段洪量对应的洪水重现期各不相同。控制时段洪量确定的洪水重现期综合考虑了来水、巢湖蓄水及下泄排水的影响，相应的洪水重现期更能代表洪水的大小。

1.4 控制时段与江-湖遭遇分析

在影响控制时段的因素中，下泄量受江-湖遭遇的影响。巢湖东南濒临长江，江湖遭遇关系复杂。建国以来，巢湖流域共发生过1954、1969、1983、1991、1996、1998、1999、2003、2016、2020等大水年。各大水年洪水情况在《巢湖流域江湖洪水遭遇规律分析》[25]中做了详细表述。根据《巢湖流域江湖洪水遭遇规律分析》，巢湖流域内洪水与长江的遭遇大致可分为3类。①不遭遇型：长江水位低于11.8m，巢湖来水均能自排，基本不受灾。②半遭遇型：长江水位在11.8～12.3m之间，部分时段洪水无法自排，易形成区域性洪灾。③完全遭遇型：长江水位高于12.3m，来水很难自排，一旦来水量级稍大，就会形成全流域洪灾。

当巢湖来水遭遇长江低水位时，即发生不遭遇型，巢湖来水能顺利排入长江，控制时段就短，如大水年1969、1991、2003年，长江高水位低于11.8m，入湖洪水在洪水期均有机会自排入江，控制时段较短，时长12～15d；当发生半遭遇型时，如1983、1996、1999、2016年，长江高水位在11.8～12.3m之间，前期巢湖水位低，入湖洪水无法自排，当巢湖来水使得巢湖水位升高时，部分洪水在洪水期可以实现自排，控制时段稍长，为18～33d；对于1998、2020年，长江高水位大于12.3m，且较长时间处于高水位，巢湖闸上来水难以下泄，入湖洪量大部分积蓄在巢湖湖区，控制时段较长，约41～58d。

2 结论

巢湖湖区水位的高低受一定时段的来水量(洪量)、调蓄容积及下泄排量这3个因素的影响，本文提出巢湖水位上涨期时段即为洪水的控制时段，控制时段内的洪量大小决定了巢湖的洪水重现期，通过对各大水年进行分析，巢湖闸上洪水控制时段为15～58d，控制时段与江-湖遭遇关系密切。建国后巢湖发生的最大洪水为1991年洪水，本文通过分析，首次明确了巢湖1991年洪水的控制时段为15d，重现期为60年一遇；最近大水年2020年的控制时段为41d，重现期为50年一遇。本文为巢湖流域设计洪水计算和防洪规划提供了依据。由于篇幅所限，本文在江-湖洪水遭遇分析中，只分析了部分大水年洪水的遭遇情况，更全面的分析将在后续计算中进行。