南四湖二級壩閘泄流能力變化分析

詹道強 王 磊

一、流域概況

南四湖流域多年平均降水量707mm，汛期6—9月降水量503mm，占比71.1%。1949年新中國成立以后，南四湖流域以1957年洪水為最大，在沒有修筑二級壩和湖西大堤的情況下，南陽最高水位36.48m，微山島最高水位36.28m。根據(jù)分析計算，1957年洪水，南四湖30 天洪量114×108m3，洪水在35.0m 高程以上持續(xù)時間長達84 天，湖西部分地區(qū)一直到第二年3月水才退盡。

二、二級壩閘的泄流能力變化分析

南四湖上級湖、下級湖的汛限水位分別為34.2m 和32.5m，上級湖、下級湖的汛末蓄水位分別為34.5m 和32.5m，二級壩閘上、下游水位差一般保持在1.7～2.0m。南四湖為狹長型湖泊，南北長125km，東西寬6～25km。當(dāng)二級壩閘大流量下泄時，剛開閘時瞬時泄流量一般都比較大，它可以在1～2h的時間里把閘前的有限蓄水泄至下級湖，使得閘前水位迅速下降，閘下水位迅速上升，閘上下游水位差逐步減小，下泄流量也會逐步減小，尤其是當(dāng)閘門提出水面時，此時的下泄流量基本代表了當(dāng)時工況下的閘壩泄流能力。

1998—2001年、2007—2012年先后實施了南四湖內(nèi)淺槽一期、二期工程，淺槽工程的實施，連通了上級湖南陽島上下游，改善了二級壩閘的入流條件，對南四湖泄流能力的提高產(chǎn)生了積極影響。

（一）1960—1998年二級壩閘泄流情況分析

二級壩樞紐建成于1960年。1960—1998年，南四湖二級壩閘泄流量以1978年7月14日2110m3/s（瞬時流量）為最大，當(dāng)天日平均泄流量970m3/s。最大日均泄流量以1993年8月6日1280m3/s 為最大。

以南四湖“1998·8”洪水為例，24hr 二級壩閘前水位下降0.38m，閘下水位上升0.55m，48hr 閘前水位下降0.67m，閘下水位上升0.90m；而同時段內(nèi)，南陽站水位24hr 上升0.2m，48hr 上升0.35m。之后，二級壩閘上、下游以及南陽站水位都進入了一個變化較為緩慢、二級壩閘泄流較為穩(wěn)定的階段。以南四湖“1998·8”洪水為例，當(dāng)二級壩閘開始泄流的時候，開始時的泄流量可以達到1060m3/s，隨著二級壩閘上、下游水位差的逐步減小，后來的下泄量一般穩(wěn)定在750m3/s 左右。

分析結(jié)果表明，20 世紀90年代，當(dāng)南陽站水位達到35.0m 左右，二級壩閘前水位33.5～33.7m，閘上、下游水位差在0.02～0.05m 時，二級壩閘的泄流能力一般在1000～1100m3/s。另外，同樣是下泄1100m3/s，南陽站及二閘閘前平均水位1998年較1993年分別上升了0.06m 和0.10m，較1978年分別上升了0.16m 和0.19m，說明南四湖的泄流能力20世紀90年代較70年代有了明顯降低（主要原因是湖內(nèi)行洪不暢以及抗旱壩拆除不徹底，造成了湖內(nèi)上級湖上、下游水位差加大）。

（二）2003—2005年二級壩閘泄流情況分析

2003—2005年，沂沭泗流域連續(xù)三年汛期降雨偏多，南四湖二級壩閘連續(xù)三年大流量泄洪。分析結(jié)果表明：①當(dāng)南陽站出現(xiàn)最高水位時，南陽與二級壩閘上的水位差有明顯減少的趨勢。“1998·8”洪水時水位差為1.58m，“2003·9”、“2004·8”以及“2005·9”洪水水位差分別減小到1.01m、0.86m和0.57m。說明行洪通道的開挖對上級湖的洪水下泄產(chǎn)生了積極影響。②二級壩閘的瞬時下泄流量逐漸增大。二級壩閘開始暢泄時的瞬時下泄流量，“1998·8”洪水為1160m3/s，“2003·9”“2004·8”以及“2005·9”洪水分別為1060m3/s、2310m3/s 和2180m3/s。③二級壩閘的日均下泄流量逐漸增大。二級壩閘日均最大下泄流量“1998·8”洪水時1120m3/s，“2003·9”“2004·8” 以及“2005·9”洪水分別為1060m3/s、2310m3/s 和2010m3/s。“1998·8”“2003·9”“2004·8”洪水，最大瞬時流量與最大日均流量一致或接近，恰能說明此時的流量值基本就是此種工況下的二級壩閘的泄流能力。

（三）2018年8—9月二級壩閘泄流情況分析

2018年8月17日，第18 號臺風(fēng)“溫比亞”在上海浦東新區(qū)南部沿海登陸，登陸后繼續(xù)向西北方向移動。受其影響，8月17—19日，南四湖地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)強降水過程，過程降水量198.6mm，最大點雨量南四湖湖西沛縣沿河棲山站456.5mm。連續(xù)強降水導(dǎo)致南四湖水位快速上漲，二級壩閘、韓莊閘等控制性水閘大流量泄洪。

根據(jù)資料分析，上級湖南陽站8月21日出現(xiàn)最高水位34.92m。8月20—23日，二級壩閘閘門提出水面，最大下泄流量3490m3/s，刷新1960年二級壩樞紐建成以來最大下泄流量記錄。南陽站出現(xiàn)最高水位34.92m 時，南陽與二級壩閘上的水位差0.76m，較“1998·8”洪水降低0.82m，較“2003·9”洪水低0.25m，較“2004·8”洪水低0.10m，較“2005·9”洪水高0.19m。南四湖湖內(nèi)淺槽開挖，改善了上級湖湖內(nèi)洪水傳播條件，提高了二級壩閘的泄流能力。

（四）2020年8月二級壩閘泄流情況分析

2020年8月5—7日，南四湖地區(qū)出現(xiàn)強降水天氣，3日累計雨量139mm，最大點雨量馬口站365mm，南四湖水位快速上漲，二級壩閘、韓莊閘等控制性水閘閘門提出水面，大流量泄洪。

根據(jù)資料分析，上級湖南陽站8月8日出現(xiàn)最高水位34.82m。8月7-11日，南四湖二級壩閘閘門提出水面，最大下泄流量2670m3/s。南陽站出現(xiàn)最高水位34.82m 時，南陽與二級壩閘上的水位差0.56m，較“1998·8”洪水降低1.02m，較“2005·9”洪水低0.01m，較“2018·8”洪水低0.20m，再次驗證了南四湖湖內(nèi)淺槽的開挖，有利于改善上級湖湖內(nèi)洪水傳播條件，從而提高二級壩閘的泄流能力。

三、結(jié)論與討論

（一）結(jié)論

1.南四湖二級壩樞紐建成后的20 世紀60年代至20 世紀末，上級湖南陽站出現(xiàn)35.0m 高水位時，二級壩閘的泄流能力一般只有1000～1100m3/s。

2.1998—2001年實施的南四湖湖內(nèi)淺槽一期工程開挖，提高了南四湖二級壩閘的泄流能力。2004—2005年，上級湖南陽站出現(xiàn)超過35.0m 高水位時，二級壩閘的泄流能力為2100～2300m3/s。

3.2007—2012年實施的南四湖湖內(nèi)淺槽二期工程的開挖，使得二級壩閘泄流條件繼續(xù)得到改善，泄流能力得到提高。2018年、2020年，上級湖南陽站出現(xiàn)低于35.0m 水位時（34.8～34.9m），二級壩閘最大下泄流量2600～3500m3/s，泄流能力明顯提高。

（二）討論

1957年大水距今已過去了60 余年，經(jīng)過多年持續(xù)治理，南四湖流域的水利工程面貌發(fā)生了較大改變，為抵御洪水奠定了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)，目前南四湖整體防洪標準已提高到了50年一遇。湖內(nèi)行洪通道的開挖，對南四湖上級湖洪水的及時下泄無疑起到了積極作用，但是，南四湖行洪不暢問題依然存在，雖然目前發(fā)生大水時上級湖南陽站至二級壩閘上水位差較21 世紀末減小了1m 左右（1998年水位差1.58m，2020年為0.56m），而二級壩閘下至微山島的水位差卻有明顯增大的趨勢，“1998·8”“2005·9”“2019·8”、“2020·8”洪水，二級壩閘下至微山站的水位差分別為0.89m、1.82m、1.78m 和1.61m，說明上級湖行洪情況有所改善，而下級湖行洪不暢問題依然存在，而且較20 世紀末更加突出。二級壩樞紐建成至今已有60 余年，尚未經(jīng)過南四湖流域設(shè)計標準洪水以及閘壩設(shè)計流量工況的實際運行考驗。下級湖二級壩以下至微山島段實際存在著卡口湖段，湖東航道湖興村至韓莊航道寬度明顯縮窄，下級湖開挖的湖內(nèi)淺槽也未能聯(lián)通至深水區(qū)，下級湖愛湖至微山島、韓莊閘目前主要依靠京杭運河湖內(nèi)航道進行水量下泄，以上這些都為今后迎戰(zhàn)流域大洪水留下了許多未知和疑問，譬如設(shè)計標準大洪水出現(xiàn)時，二級壩閘以及韓莊閘可不可能出現(xiàn)設(shè)計狀況下的上下游水位差，實際泄洪流量能不能滿足設(shè)計泄量要求等，上述疑問都有待通過諸如聯(lián)通湖內(nèi)已完成的淺槽等工程措施早日加以解決■