汛期分階段限制水位分析范文

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《水文雜志》2014年第三期

1汛期分階段限制水位研究

1.1汛期階段劃分結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤辍⒁抒疸袅饔騺硭?guī)律、徐州、宿遷兩市農(nóng)業(yè)用水情況以及沂沭泗河洪水調(diào)度方案，對駱馬湖區(qū)域汛期進(jìn)行階段劃分，將汛期（5～9月）分成5個(gè)階段：第一階段為5月1日~6月10日，此階段為水稻育秧期和水稻栽插開始期；第二階段為6月11日~7月10日，此階段主要為水稻栽插大用水期；第三階段為7月11日~8月15日，此階段為本流域的洪水頻發(fā)高發(fā)期，來水豐沛，防汛為重點(diǎn)。根據(jù)已有的洪水設(shè)計(jì)成果，該階段汛限水位應(yīng)維持原定的22.5m為宜，本文對此階段汛限水位不再作詳細(xì)研究。第四、五階段為8月16日~9月10日、9月11日~30日,均為本流域的后汛期，上游發(fā)生大洪水的幾率相對減少，對駱馬湖地區(qū)防洪壓力也有所減輕，可以考慮逐步抬高駱馬湖限制水位。

1.2汛期各階段雨量統(tǒng)計(jì)利用駱馬湖區(qū)域內(nèi)均勻分布、具有代表性的港上、華沂、賈汪和灘上集等16處降水站點(diǎn)的1956～2011年降水量資料，統(tǒng)計(jì)分析得到區(qū)域年、各階段的多年平均、最大、最小面平均降水量，見表1。從表1可以看出，（1）7月11日~8月15日為駱馬湖區(qū)域降雨量最集中的階段，多年平均雨量占全年的29.5%；（2）各階段降雨最少、氣象干旱最為嚴(yán)重的年份，夏栽期（6月11日～7月10日）發(fā)生在1988年，伏夏期（7月11日~8月15日）發(fā)生在1999年，晚夏初秋期（8月16日~9月10日）發(fā)生在1989年，非汛期（10月1日~次年4月30日）發(fā)生在2010年10月~2011年4月。

1.3汛期各階段及非汛期來水量統(tǒng)計(jì)駱馬湖來水主要是沂河、運(yùn)河和房亭河來水，沂河來水選取港上（華沂）站流量資料，運(yùn)河來水選取運(yùn)河站流量資料，房亭河來水選取劉集（土山）站流量資料。資料系列除10月1日～次年4月30日為29年（1983～2011年）外，其它時(shí)段均為61年（1951～2011年）。分階段入湖水量統(tǒng)計(jì)見表2。從統(tǒng)計(jì)分析成果可以看出：（1）同階段不同年份的駱馬湖來水量相差很大，年際變化大。如非汛期（10月1日～次年4月30日）最小來水量為0，最大達(dá)55.9×108m3。（2）幾乎每個(gè)階段都有來水量為0的年份，即使洪水高發(fā)期的7月11日~8月15日，在1999年該階段來水量也只有0.72×108m3，與表1駱馬湖區(qū)域降雨量最少相對應(yīng)。（3）水稻育秧及水稻栽插大用水期（5月1日～6月10日41天、6月11日～7月10日30天）的多年平均來水量均明顯小于汛期其他階段，分別為1.52×108m3、3.89×108m3。分析駱馬湖區(qū)域降水量及上游來水情況，有些年份汛期各階段、非汛期駱馬湖區(qū)域出現(xiàn)長期降雨偏少以致發(fā)生干旱，往往同期入湖水量也比較少，對駱馬湖區(qū)域的水資源利用極為不利。如1999年7月11日～8月15日，駱馬湖區(qū)域降雨量與上游來水量均為有資料以來同期最小值。又如2010年10月~2011年6月，駱馬湖區(qū)域累計(jì)面雨量為197.3mm，是有資料以來同期最小值；三條入湖河流的同期累計(jì)來水量僅1.39×108m3，比常年同期偏少90%，而駱馬湖區(qū)域同期耗用水量仍達(dá)11.6×108m3左右，主要依靠江淮水北調(diào)入湖水量7.2×108m3，還動用了駱馬湖部分死庫容0.2×108m3，駱馬湖2011年6~7月低于死水位達(dá)10d。

1.4汛期分階段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算針對駱馬湖區(qū)域易發(fā)生干旱、水源短缺的狀況，除了實(shí)施江水北調(diào)跨流域調(diào)水外，通過汛期限制水位抬高或汛限水位動態(tài)控制以增加駱馬湖可供水量成為當(dāng)然的選擇。為此，需要分析各階段不同頻率設(shè)計(jì)洪水情況下不同汛限水位對駱馬湖防洪帶來的影響。根據(jù)沂沭泗流域洪水暴漲暴落，即匯流時(shí)間短、入湖洪量大的特點(diǎn)，采用同頻率放大法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。選取沂河港上、中運(yùn)河運(yùn)河、房亭河土山等3個(gè)水文站1972～2011年共40年的資料系列，經(jīng)實(shí)測資料分析，駱馬湖最大3d水量的洪水過程能基本反映場次入湖洪水特點(diǎn)，各計(jì)算階段的主要洪水過程一般3～7d大部分水量入湖。按5月1日～6月10日、6月11日～7月10日、8月16日～9月10日、9月11日～9月30日4個(gè)階段，計(jì)算各階段的頻率為10%、5%、2%的最大1d、最大3d、最大7d入湖水量，以最大3d入湖水量（表3）選取典型年入湖洪水過程，用同頻率放大法，按最大1d、最大7d同頻率水量縮放，分別求出不同階段頻率為10%、5%、2%的設(shè)計(jì)入湖洪水過程。頻率10%、5%、2%的設(shè)計(jì)入湖洪水洪峰流量，5月1日～6月10日在1000m3/s以下，6月11日～7月10日在1700～3000m3/s之間，8月16日～9月10日在3400～6600m3/s之間，9月11日～30日在1800～3900m3/s之間。

1.5不同起調(diào)水位對防洪影響分析利用推求得到的汛期各階段10%、5%、2%等不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過程，設(shè)定不同的起調(diào)水位（汛限水位），根據(jù)水量平衡方程，進(jìn)行駱馬湖調(diào)洪演算。駱馬湖三個(gè)泄洪通道泄洪能力情況：按照沂沭泗水系50年一遇防洪要求，新沂河嶂山閘泄洪流量為7500m3/s，但在麥作期（5月1日~6月10日）泄洪流量一般不超過500m3/s，通過新沂河南偏泓、淮沭河?xùn)|岸柴米河、北六塘河分泄，以兼顧河道灘地麥子；考慮中運(yùn)河、徐洪河航運(yùn)要求，皂河閘泄洪一般控制在250~400m3/s，劉集地涵一般不超過150m3/s。因此，一般情況下，駱馬湖三個(gè)口門總泄洪能力為：麥作期900~1050m3/s；汛期其他階段泄洪流量在8000m3/s以上，如遭遇下游區(qū)間來水，則泄洪能力相應(yīng)減少。計(jì)算時(shí)，采用控制下泄流量、推求最高水位及控制最高水位、推求下泄最大流量兩種方法，按起調(diào)水位22.5m、22.7m、22.8m、23.0m（其中9月11～30日增加起調(diào)水位23.2m、23.3m、23.5m）進(jìn)行調(diào)洪演算，進(jìn)而綜合分析不同汛限水位對駱馬湖防洪影響后，提出比較合理的汛限水位。

1.5.1控制下泄流量，推求最高水位根據(jù)駱馬湖不同時(shí)期的泄洪能力作為控制，推算入湖洪水可能出現(xiàn)的最高湖水位，了解汛限水位抬高可能對駱馬湖防洪帶來的風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算結(jié)果表明，（1）在麥作期的5月1日～6月10日，駱馬湖水位即使按23.0m起調(diào)，遭遇本階段頻率2%即50年一遇的設(shè)計(jì)洪水，最大下泄流量為500m3/s，其最高水位23.24m，泄洪流量低于駱馬湖在麥作期的泄洪能力900～1050m3/s。（2）在汛期其他階段（7月11日～8月15日不參與分析），對各階段10%、5%、2%設(shè)計(jì)洪水，同樣按23.0m水位起調(diào)，駱馬湖最高水位可控制在23.5m以內(nèi)，駱馬湖最大下泄流量為5000m3/s，明顯小于汛期駱馬湖最大泄洪能力，其中9月11日～30日，即使按23.5m水位起調(diào)，最大流量按3500m3/s考慮，駱馬湖最高水位也只有23.69m。

1.5.2控制最高水位，推求下泄最大流量以駱馬湖警戒水位23.50m作為最高水位控制，推算入湖洪水可能發(fā)生的最大下泄流量，來分析相應(yīng)的駱馬湖防洪風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算結(jié)果表明，汛期各階段駱馬湖遭遇本階段頻率10%、5%、2%的設(shè)計(jì)洪水，駱馬湖的泄洪流量均小于該階段泄洪能力。特別是5月1日～6月10日階段，遭遇本階段頻率10%即10年一遇的設(shè)計(jì)洪水，駱馬湖泄洪流量為0m3/s；8月16日～9月10日階段，遭遇本階段頻率2%即50年一遇的洪水，當(dāng)起調(diào)水位為23.0m時(shí)，駱馬湖最大下泄流量5230m3/s，明顯小于駱馬湖汛期最大泄洪能力。

1.6汛期分階段限制水位方案綜合上述計(jì)算結(jié)果，按起調(diào)水位23.0m進(jìn)行駱馬湖調(diào)洪演算，5月1日～6月10日駱馬湖的泄洪能力能夠應(yīng)對本階段10年一遇、20年一遇、50年一遇的設(shè)計(jì)洪水，且最高水位不超過警戒水位；6月11日～7月10日、8月16日～9月10日、9月11日～9月30日三個(gè)階段應(yīng)對本階段10年一遇、20年一遇、50年一遇的設(shè)計(jì)洪水的最大泄洪流量都小于6000m3/s，均在駱馬湖泄洪能力以內(nèi)，可以滿足駱馬湖防洪安全要求。因此，駱馬湖汛期限制水位可以采取分階段控制運(yùn)用的方案，并結(jié)合7月份進(jìn)入主汛期，8月中旬至9月份為后汛期的因素，提出方案如下：5月1日～6月10日、6月11日～6月30日的汛限水位都取23.0m；7月1日～7月10日的汛限水位為23.0～22.5m；7月11日～8月15日，仍按《沂沭泗河洪水調(diào)度方案》汛限水位22.50m控制；8月16日～9月10日，汛限水位取23.00m；9月11日～9月30日，汛限水位取23.50m。

1.7分階段汛限水位抬高效益簡析汛期不同階段駱馬湖汛限水位抬高0.5～1.0m，靜態(tài)計(jì)算增加的供水量為1.5～3.0×108m3。由于6月份為農(nóng)業(yè)大用水時(shí)期，7～8月份也是水稻生長期用水量較大時(shí)期，因此，汛限水位的抬高，可以更好地保障駱馬湖區(qū)域水源供給，減少翻水費(fèi)用，防御可能出現(xiàn)的干旱；8月中旬起抬高汛限水位，有利于進(jìn)一步攔蓄洪水尾水，減少棄水，防止出現(xiàn)“有水不能蓄、要蓄無水蓄”的被動局面。實(shí)際運(yùn)用汛期分階段限制水位方案時(shí)，以方案提出的限制水位為控制水位上限，以原來的限制水位為控制水位下限，通過動態(tài)控制，增加的可供水量將明顯超過靜態(tài)計(jì)算值。

2分階段限制水位運(yùn)用洪水風(fēng)險(xiǎn)防范措施

汛限水位抬高，可能增加駱馬湖區(qū)域的防洪壓力，需要通過加強(qiáng)洪水預(yù)測預(yù)報(bào)，全面預(yù)測分析駱馬湖以上、沭河、新沂河區(qū)間的來水量及洪水過程，加強(qiáng)流域防洪工程體系聯(lián)合調(diào)度來化解。（1）預(yù)降駱馬湖水位。經(jīng)分析，沂河臨沂洪峰流量（2000m3/s左右）到駱馬湖的時(shí)間大約24h；洪峰流量5000m3/s以上，到駱馬湖的時(shí)間大約15~20h左右，因此，即使沂沭泗地區(qū)發(fā)生突發(fā)性強(qiáng)降雨，根據(jù)沂河臨沂站洪水預(yù)報(bào)，可以提前采取預(yù)降駱馬湖水位措施。對還處于麥作期的汛期第一階段（5月1日～6月10日），通過預(yù)泄，可以在24h內(nèi)將駱馬湖水位從23.0m降到22.8m，防洪工程能夠應(yīng)對比該階段50年一遇設(shè)計(jì)洪水更大些的來水。對其他階段，由于駱馬湖泄洪能力顯著增加，預(yù)降水位速度更快，如8月16日～9月10日，按新沂河泄洪5000m3/s，駱馬湖水位從23.0m降到22.5m僅需8.3h。通過駱馬湖提前預(yù)泄，可將湖水位提前降到調(diào)度方案規(guī)定的汛限水位或更低，騰出庫容，接納并調(diào)蓄洪水。（2）錯(cuò)峰調(diào)度洪水。鑒于駱馬湖主要泄洪通道新沂河還承受沭河、區(qū)間來水，其中沭河塔山閘以下為現(xiàn)狀設(shè)計(jì)行洪流量為3000m3/s。應(yīng)對8月16日～9月10日階段50年一遇設(shè)計(jì)洪水，嶂山閘泄洪50000m3/s左右，有可能發(fā)生與沭河來水、新沂河區(qū)間來水遭遇的情況，出現(xiàn)新沂河沭陽站洪峰流量超過7800m3/s的不利局面，因此，在調(diào)度時(shí)，應(yīng)關(guān)注氣象預(yù)報(bào)，全面做好駱馬湖以上及新沂河等河道的水情監(jiān)視、洪水預(yù)報(bào)，上下游兼顧，加強(qiáng)與流域機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)，盡量使沂河、沭河洪水東調(diào)，并及時(shí)調(diào)整嶂山閘泄洪流量，與沭河來水形成錯(cuò)峰，減輕新沂河防洪壓力。通過精細(xì)化調(diào)度，能夠控制新沂河沭陽站洪峰流量不超過設(shè)計(jì)流量7800m3/s。

3結(jié)語

通過對汛期不同階段駱馬湖不同頻率入湖洪水的調(diào)洪演算，提出了汛期分階段限制水位方案，同時(shí)保證一般情況下限制水位調(diào)整所帶來的洪水風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)；增加的駱馬湖可供水量，對應(yīng)對淮北地區(qū)極易發(fā)生的秋冬旱情及春夏旱情，降低江水北調(diào)運(yùn)行費(fèi)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益；也為開展駱馬湖精細(xì)化洪水調(diào)度、提高洪水資源利用率提供技術(shù)支撐。

作者：朱建英馬余良尚化莊 盛建華羅俐雅單位：江蘇省防汛防旱指揮部辦公室江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處江蘇省水文水資源勘測局徐州分局江蘇省水文水資源勘測局