洞庭湖河湖疏浚对洪水位影响分析(1)程力学毕(2)

2.2    水文学方法

　　本次分析的二个典型河段位于澧水洪道和南洞庭湖区。在澧水洪道上有石龟山水文站实测水位和流量资料。南洞庭湖区有沅江水位站，仅有水位资料。根据两站不同的资料情况，分析中采用不同的分析方法。基本分析思路是：澧水洪道采用单值化水位流量关系法，通过分析河道疏浚前后的单值化水位流量关系来分析疏浚对洪水水位的影响；南洞庭湖的沅江站因其只有水位资料，所以通过分析疏浚前后南嘴～沅江水位相关关系来分析疏浚对洪水水位的影响。 2.2.1          澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系变化分析

天然河道中水位流量关系由于受洪水涨落，变动回水，断面冲淤等因素影响，水位流量关系并不是单值关系，而是呈现复杂的绳套关系，每次洪水的水位流量关系都不一样。因此，将各年份的水位流量关系直接比较，则比较的基础不一致，无法得出正确的结果。为此首先必须对观测的水位流量关系进行单值化处理，消除洪水涨落，变动回水等附加比降因素的影响，使水位流量关系的比较统一到一致的基础上来。石龟山站水位流量关系受澧水和长江淞兹口来水的影响，此外还受到南嘴站水位的顶托，水位流量关系更加复杂，呈多值绳套关系，因此必须进行单值化处理。

石龟山站单值化水位流量关系公式为：

式中：q——单值化流量（或流量校正因素）；

△z——综合落差，采用津市至石龟山落差△z1和石龟山至南咀的落差△z2的组合落差，其值为

△z=0.6△z1+0.4△z2；

q——实际流量。

用上上两式计算出校正流量后，再用三次幂函数与水位拟合得单值水位流量关系，各年单值关系按照国际标准iso1100/2的要求进行了符号、适线和偏离数值检验，检验结果合理。各年的单值化流量计算系数见表4-3。其公式形式为

q=a₀+ a₁ x₁ + a₂ x₂ + a₃ x₃

式中，x₁=z-30、x₂= x₁²、x₃= x₁³。

表3                     石龟山站各年单值化水位流量关系系数

将上述个年份的单值化水位流量关系点绘在一张图上（图略），可看出澧水洪道上水位流量关系在疏浚前后有较大变化。主要结果如下：

（1）同流量级水位降低。澧水洪道疏浚前后石龟山站水位流量关系变化较大，在水位37.0米以下，历年单值化水位流量关系曲线有部分交错现象，但仍有较明显的变化趋势，疏浚前同级流量水位较高；水位在37.0米以上，与疏浚前1991年相比，均偏于该线的下方，表明同流量级水位降低。降低幅度一般位于0.2～0.5米之间。

　　（2）同水位级流量增加。与水位的变化一样，疏浚前后石龟山站在水位37米以下，单值化水位流量关系有部分交错现象，但仍有明显趋势；在水位37米以上，疏浚以后几年的关系线均偏于疏浚前1991年的右方，表明同水位级流量有增大的趋势。从图中得知，疏浚后同水位级下，过流能力增加200～500 m³/s。

2.2.2 南洞庭湖疏浚前后沅江站水位流量关系变化分析

沅江站是南洞庭湖的水位站，有水位资料但无流量资料，无法进行水位流量单值化分析。因此我们选用南咀沅江洪峰水位相关关系来进行分析。在假定南嘴不受疏浚影响的情况下，此相关关系的变化反映了沅江站水位的变化，实际上根据水力学模型计算的结果，南嘴水位也受到一定的影响，因此，此相关关系仅反映沅江与南嘴的落差变化。由于洪水过程受附加比降等因素的影响，而使相关关系复杂化。因此选用两站的洪峰水位做样本，建立两站的洪峰水位相关关系来分析疏浚对南洞庭洪水水位的影响。资料选样以1990年-1997年资料作为疏浚前资料，选用了29场洪水的南咀沅江洪峰水位资料；1997年~2002年资料作为疏浚后资料，共选用了21场洪水的南咀沅江洪峰水位资料。

将选用的资料点据系列绘于南咀沅江洪峰水位关系图上，分别拟订疏浚前后两条关系线(图略)，可以看出两条关系线仅有细微的差别,无显著变化，这说明南洞庭湖疏浚后，对南洞庭湖洪水水位的影响较澧水洪道而言影响较小。1997年以后在南洞庭湖莲花澳～廖洋口以及实洲岭河段进行了一定规模的疏浚工作，其中实洲岭河段靠近沅江站附近。南洞庭湖沅江站洪峰水位，疏浚前后在南嘴同等水位情况下，水位降低约0.07-0.15米，这说明沅江与南嘴的落差加大，水流速度加快。很显然，由于清淤疏浚，河床加深，过流能力得到一定程度的提高，对高洪水位的降低有一定作用，但是由于南洞庭湖区洪水期水面宽广，湖泊疏浚增加的过流面积影响有限，在影响南洞庭湖水流的复杂水力因数中，其作用较河道偏小，因而疏浚对南洞庭洪水水位的影响不如澧水洪道。

2.3 典型河段疏浚对澧水洪道及湖泊传播时间影响分析

　　澧水洪道疏浚于1994年开始，根据掌握的资料疏浚前选用1978～1994年资料，疏浚后选用1995～2002年资料。1995年至今9场洪水平均传播时间为18小时；而1978年至1994年27场洪水平均传播时间为26小时，洪水平均传播时间缩短8小时。很显然澧水洪道由于河道疏浚，行洪能力增强，水流速度加快，洪水传播时间已发生显著变化，在原来的基础上已缩短近三分之一。

　　 南咀至营田河段疏浚时间起于1997年，故可将1997年及其以前的资料，作为疏浚前的资料，由于疏浚时间持续到2001年，因而疏浚后的资料十分有限，考虑到1998年已完成了相当一部分工作，故将1999年及其以后的资料作为疏浚后的资料进行分析。由于湖区来水组合复杂，在上述统计中尽量采用反映南洞庭湖来水的洪水为主，以便使统计值能反映实际情况。通过对1999年至今7场洪水统计，平均传播时间为22小时，而1978年至1994年25场洪水平均传播时间为24小时，两者相差2小时。由此可见在南洞庭湖进行疏浚，对南咀至营田洪水传播时间具有一定影响，但影响程度不如河道。

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