基于水文學模型對洪澤湖周邊滯洪區洪水演進模擬計算

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 揚州 225127）

1 引言

洪澤湖周邊滯洪區位于洪澤湖大堤以西，廢黃河以南，泗洪縣西南高地以東，以及盱眙縣的沿湖、沿淮地區，大致范圍為沿湖周邊高程12.5m 左右蓄洪墾殖工程所筑迎湖堤圈至洪澤湖設計洪水位16.0m 高程之間圩區和坡地。其中地面高程在15.0m 以下的低洼地稱為“洪澤湖周邊洼地”，大部分地區已圈圩封閉，高程15.0m 以上地區為崗、坡地，基本未封閉圈圩。

洪澤湖周邊滯洪區是一個復雜的大型非恒定水流系統，河湖連通關系復雜。以洪澤湖為中心，有多條河流入湖，又有多個出湖口門，分、滯、蓄、泄定量過程中存在諸多困難，水流流向不定，水位流量關系受水工建筑物控制和洪水漲落影響，蓄滯洪區洪水吐納等方面的問題均給該地區洪水演進研究帶來難題。本文運用水文學方法建立洪水數學模型，將河道、湖泊和滯洪區合并假想為一個大型水庫，根據已知的水庫庫容曲線、入庫洪水過程線及泄洪建筑物的泄流能力曲線等基本資料，求得出庫水位和下泄流量的變化過程線[1]。

2 水文學模型原理

首先，由于圣維南方程組很難求得精確解析解，水庫調洪演算法簡化方程組，忽略洪水入庫至泄洪建筑物間的行進時間等因素，僅考慮壩前水位水平面以下的庫容對洪水進行調節作用，得到水量平衡方程[2]：

式中：Q1、Q2分別為初、末計算時段的入庫流量為計算時段的平均入庫流量；q1、q2分別為初、末計算時段的下泄流量為計算時段的平均下泄流量；V1、V2分別為初、末計算時段水庫的蓄水量；Δt 為計算時段長度，根據洪水漲落過程變化幅度以及計算精度要求而定。

當水庫入庫洪水過程線已知，即Q1、Q2、均為已知，又V1、q1則是計算時段Δt 開始時的初始條件，故式（1）中的未知數有兩個V2和q2，須增加一個方程才能求解。

假定忽略自水庫取水的興利部門泄向下游的流量，則下泄流量q 是關于泄洪建筑物泄流水頭H 的函數。因此，對于某一水庫，在泄洪建筑物的型式、尺寸等條件一定的情況下，其泄流方程為：

又由于H 與庫水位z 有關，而z 又與庫容V 成函數關系，故q 實際上為V 的單值函數。因此，可將式（2）轉換為：

在實際工作中，為方便調洪計算，可將式（3）繪制成泄流能力曲線q～V。

水庫調洪計算的基本原理，就是逐時段聯解式（1）、式（3）兩式，得出未知數V2與q2。

3 洪澤湖周邊滯洪區洪水演進模擬計算

表1 洪澤湖洪水入湖口位置表

表2 三河閘下泄水位流量關系表

圖1 洪澤湖100 年一遇洪水入湖過程圖

表3 二河閘下泄水位流量關系表

表4 高良澗閘下泄水位流量關系表

表5 洪澤湖及周邊滯洪區庫容曲線表

圖2 洪澤湖100 年一遇洪水蔣壩水位過程圖

圖3 洪澤湖100 年一遇洪水下泄過程圖

本文主要建立水文學模型計算洪澤湖周邊滯洪區在100 年一遇洪水條件下洪水演進過程，從洪澤湖蔣壩水位過程、下泄流量變化過程兩個方面進行分析計算。

3.1 洪澤湖入湖邊界條件

洪澤湖洪水入湖口主要為淮河干流、徐洪河、池河、懷洪新河、新汴河、新濉河、洪澤湖南北和洪澤湖湖面，入湖控制位置見表1。

模型采用洪澤湖100 年一遇入湖流量過程線作為模型上邊界條件，見圖1。

3.2 洪澤湖出湖邊界條件

三河閘、二河閘、高良澗閘的下泄水位流量關系作為模型下邊界條件，見表2～4。

模型遵循洪澤湖防洪調度規則，在蔣壩水位達到14.5m 時，洪澤湖周邊滯洪區啟用滯洪（水文學模型中庫容曲線為已知條件，達到滯洪水位時，庫容驟增，模擬滯洪區啟用效果，見表5）。計算時間為7月2日至8月30日。

3.3 洪澤湖蔣壩水位變化過程

洪澤湖蔣壩水位站靠近洪澤湖主要出湖口門三河閘，通常用蔣壩水位來描述洪澤湖水位，圖2 為洪澤湖在100 年一遇洪水條件下蔣壩水位過程圖，所得數據均為日平均水位。

3.4 洪澤湖下泄流量變化過程

洪澤湖主要下泄控制口門有二河閘、高良澗閘以及三河閘，其下泄流量過程見圖3，數據結果均采用日平均流量。

4 結論

通過水文學模型的計算，洪澤湖周邊滯洪區將在7月29日達到最高水位15.49m，洪澤湖下泄總量為658.3m3。通過建立水文學模型，可以很好地求出洪澤湖周邊滯洪區出湖水位與下泄流量的變化過程線，對洪澤湖的調度運用方法，對入海水道、入江水道的調度運用方式和工程規模的確定起到了至關重要的作用■