城陵矶防洪控制水位的探讨

１５ ７０７
２２
５９０
１６ ６２８
２２
４１５
２８ ４６５
３７
４９６
２１ ５５４
３７
４６６
２２ ５２５
３７
２９９
５６ ３９２
６２
３０６
４５ ４１３
６２
２８８
４５ ３９５
３ 防洪控制水位的分析
采用模拟长江中游洪水演进的水文模型可以分析城陵矶的 防洪控制水位。假定蓄水量与出流呈线性关系［８～１１］，圣维兰方
线计算结果则介于二者之间。无论何种方式，莲花塘现有防洪
控制水位呈现城陵矶附近成灾洪量绝对量巨大的特点，但是，模
第 １４期
易放辉：城陵矶防洪控制水位的探讨
３
拟也表明上下游蓄洪区的分洪能力均没有充分发挥作用，说明 抬高莲花塘水位具有一定的条件。
假定莲花塘水位抬高到 ３５．００ｍ和 ３５．８０ｍ两种情景，其 它条件不变。
第 ４０卷 第 ２００９年
１４期 ７月
文章编号：１００１－４１７９（２００９）１４－００００－００
人Ｙ ａｎｇ民ｔｚ ｅ 长Ｒ ｉｖｅ江ｒ
Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１４ Ｊｕｌｙ， ２００９
城陵矶防洪控制水位的探讨
易放辉
（湖南省洞庭湖水利工程管理局，湖南 长沙 ４１０００７）
摘要：长期以来城陵矶控制水位既是堤防设计水位又是蓄洪工程调度运用水位，这一直是长江中游防洪问题争 论的焦点。从分析现有江湖关系条件下的长江洪水特征出发，以长江中游防洪体系既定的布局为基础，结合三 峡水库的调节作用，根据模型模拟结果和实际水情，提出将堤防设计水位与蓄洪工程调度水位分开，近期莲花 塘防洪设计水位采用历史最高水位 ３５．８０ｍ、蓄洪工程调度水位采用 ３４．４～３５．８０ｍ为宜。 关 键 词：防洪水位；分洪水位；城陵矶 中图分类号：Ｔ 文献标识码：Ａ
表 ３ 三峡水库针对城陵矶理性调度作用分析
典型年 １９５４
１９９８
莲花塘 控制水位 ／ｍ
３４．４０ ３５．０６ ３５．８０ ３４．４０ ３５．８７
荆江区
０ ０ ８ ０ ２
超额洪量亿 ｍ３
城陵矶附近 汉口 合计
４９９
１６ ５１５
３２０
２２ ３４２
１７５
４５ ２２８
１３５
０
１３５
０
０
０
另外，１９９８年洪水 “沙市—莲花塘—汉口”的最高水位为 “４５．２２～３５．８０～２９．４３ｍ”，上游沙市、下游汉口都与早期确定 的 ４５．００ｍ和 ２９．７３ｍ防洪控制水位接近，唯莲花塘超 ３４．４ｍ 水位 １．４ｍ以上，除自然溃决的堤垸外，基本没有主动分蓄洪。 因此，从改变洞庭湖防洪被动的角度考虑，将莲花塘防洪水位提 高到 ３５．８ｍ具有客观基础。以上计算也表明，对于 １９９８年洪 水，考虑三峡水库的调节，以 ３４．４ｍ作为防洪控制水位，城陵矶
中，城陵矶水位超过防洪控制水位时，蓄洪垸并未按此启用，一
方面洞庭湖区洪水顺利下泄；另一方面按此水位进行加固的堤
防，由于堤防高程不够，需加筑子堤，出现大量险工险段，造成防
汛被动，均说明城陵矶防洪控制水位须重新论证。
表 １ 其它典型洪水与 １９５４年洪水的对比
宜昌最大
洞庭湖总入湖洪水 ／亿 ｍ３
莲花塘 ／ｍ
三峡水库运用后，２００７年长江中下游防洪规划对以上分蓄 洪布局进行了调整，在控制水位不变的情况下，荆江超额洪量为 ０，按照三峡水库针对荆江或城陵矶不同的补偿调度方式，城陵 矶附近 ２８０亿 ｍ３或 ２１８亿 ｍ３，其它区域分蓄洪量和规划控制 水位并未变化。
应该关注的是，随着江湖关系的不断演变，特别是受 １９４９ ～１９８０年以前数万 平 方 千 米 的 长 江 通 江 湖 泊 的 全 面 封 堵 以 及 泥沙 淤 积 的 影 响，１９８３、１９９１、１９９５、１９９６、１９９８、１９９９年 以 及 ２００２年的洪水，虽洪峰、洪量都远小于 １９５４年来水，但莲花塘 最高水位已接近甚至远高于 １９５４年洪水的水位（表 １）。平均 而言，上游沙市低于 ４５．００ｍ的防洪控制水位 １．４８ｍ，汉口比 ２９．７３ｍ低 １．１４ｍ，而莲花塘已高于 ３４．４ｍ控制水位 ０．３４ｍ， 城陵矶附近洪水位抬升的特点十分明显。
长江中游指宜昌到鄱阳湖湖口之间 １０１５ｋｍ河段（图 １）， 包括长江干流及其众多支流，以及洞庭湖、鄱阳湖两大湖泊，集 水面积超过 １７０万 ｋｍ２，堤防是两岸广大的长江中下游平原地 区的主要保护措施。
从保护武汉重镇的角度考虑，在分析计算汉口水位时，需要 取上游城陵矶尽量大的下泄流量，这一条件使城陵矶附近的洪 水泄量加大而防洪压力降低，相应的水位就会偏低；从保护江汉 平原的角度考虑，则因为是上游在水位相同的情况下，直接加大 其分蓄洪能力即可提高其防洪标准。从这两方面考虑，都可能
而控制水位提高到 ３５．８０ｍ时，上游荆江区的分洪量将增 加到 ６２亿 ｍ３，大于荆江分洪区 ５４亿 ｍ３的分洪能力；下游汉口 分洪量为 ４５亿 ｍ３，仍小于 ６８亿 ｍ３的分蓄洪能力；城陵矶附近 的分洪量则为 ２８８～３０６亿 ｍ３，基本上与现有分蓄洪布局一致。 考虑三峡水库调度后荆江基本不需分洪的有利条件以及 １９９８ 年实际洪水发生情况，按照这一情景进行防洪控制调度是可能 的。
４．２ 三峡水库的调节影响
针对长江发生类似 １９５４、１９９８年等全流域型洪水，由于三 峡水库的调节作用出现明显好转（表 ３），这种好转表现在防御 １９５４年目标洪水时，超额分洪量在城陵矶附近有所减少。但继 续采用当前 ３４．４０ｍ的防洪控制水位，不能解决洪水在城陵矶 附近集中造成的长江中游防洪不安全问题；结合三峡运用，抬高 莲花塘分洪水位至 ３５．０６ｍ，配合使用洞庭湖和洪湖 ３２０亿 ｍ３ 的蓄洪区，长江中游防御 １９５４年洪水的目的将得到实现；如果 抬高到历史最高水位 ３５．８０ｍ，则城陵矶附近的分洪量仅 １７５ 亿 ｍ３，且荆江和汉口的分洪量都在蓄洪能力之内，这种方式将 使长江中游防洪形势得到根本性改变。
程组可简化为：
Ｓ＝ｆ（Ｑ，Ｉ，Ｚ下 ）
（１）
Ｉ１ ＋Ｉ２ －Ｑ１ ＋２ΔＳｔ１ ＝Ｑ２ ＋２ΔＳｔ２
（２）
式中 Ｓ为河槽容积；Ｑ为流量，ｍ３／ｓ；Ｉ为入流；Ｚ下 为下游站水
位；１、２为计算时段始末；Δｔ为时段长。
采用不同的水位流量关系可以反映在模型对实际洪水模拟
总体而言，现有堤防防洪控制水位 ３４．４ｍ对应的城陵矶附 近的超额洪量非常大，达 ６７０亿 ｍ３，是城陵矶附近布局洞庭湖 和洪湖共 ３２０亿 ｍ３的蓄洪区的 ２倍以上，也就是如果以保护江 汉平原为重点，则城陵矶附近的蓄洪能力远远不足，即使考虑当 前三峡水库的 ２２１．５亿 ｍ３防洪库容全部使用，仍然有超过 １２８ 亿 ｍ３的成灾洪量没有出路。如果考虑保护武汉而以下包线加 大河道泄流能力，但超额洪量仍有 ４１５亿 ｍ３，超过蓄洪区 ３２０ 亿 ｍ３蓄洪能力 ９５亿 ｍ３。而体现河道实际泄流能力的非单一
附近仍有 １３５亿 ｍ３成灾水量；不分洪时，除上游荆江有 ２亿 ｍ３ 的分洪量以外，其 它 各 个 区 域 均 不 需 要 分 蓄 洪，与 实 际 情 况 一 致。
５ 结 语
随着三峡水库和长江干堤的建设完成，为解决城陵矶附近 洪水集中的问题提供了良好的契机。充分发挥上游水库的拦洪 调节作用、充分利用下游河段堤防所具有的泄流能力，最大限度 地不影响长江中下游防洪布局，解决城陵矶附近的防洪问题是 具备条件的。
收稿日期：２００９－０６－１９ 作者简介：易放辉，男，湖南省洞庭湖水利工程管理局局长助理，工程师。
２
人 民 长 江２００９源自 使城陵矶的水位偏于不安全，即防洪安全裕度不足，实际发生的 洪水多次证明了这点。
差别的大小上，采用单一上包线或者单一下包线与以起涨水位 为参数的非单一线，对 １９９８年 ３１ｍ以上洪水主峰段模拟的误 差是有明显差别的（图 ３）。采用单一上包线模拟计算的误差范 围为 －０．０２～１．１１ｍ，计算过程较实际过程在上涨段呈偏高形 态；而采用单一规划线计算误差则为 －１．４４～０．０８ｍ，洪峰和洪 峰持续段以及退水阶段均偏低实际洪水；而以起涨水位为参数 计算的水位过程与实际过程的误差为 －０．２６～０．２７ｍ，非单一 线的模拟精度明显高于单一线。
１９９８ ６３６００
５０．０
７８０
３５．８０
１．８５
１９９９ ５７２００
３７．１
３５．５４
１．５９
２００２ ４９２００
２７．５
３４．７５
０．８０
２ 城陵矶防洪控制水位确定的条件
防洪保护对象是确定防洪控制水位的基本出发点，即针对 防洪保护对象取最不利的洪水组合。由此，城陵矶防洪控制水 位的确定与下游汉口、邻近的江汉平原以及洞庭湖湖区三者直 接相关 。 ［４～７］
年份
流量 ／（ｍ３·ｓ－１） 最大 １ｄ洪量 最大 ３０ｄ洪量 当年最高水位 减 １９５４年水位
１９５４ ６６８００
５５．３
１１３３
３３．９５
１９８３ ４２４００
３０．３
６１７
３３．９６
０．０１
１９９１ ５０４００
２８．７
４８４
３３．３３
－０．６２
１９９６ ４２４００
４４．５
６２０
３５．０１
１．０６
图 １ 长江中下游水系简图
这种防洪控制水位确定的条件，可反映在控制站的水位流 量关系线的取舍上。螺山水文站是洞庭湖汇入长江以后的控制 站，由于长江洪水呈连续性洪峰的特性，影响河道泄洪能力的因 素较多，螺山水位流量关系表现宽幅变化的特点（图 ２）。多年 的洪水资料分析表明：螺山水位流量关系并不呈单一线，可以通 过洪水涨落、起涨水位、下游回水顶托等有关的参数修正之后， 得出以起涨水位为参数的一束规律性较好的曲线组。
１ 问题的提出
三峡水库建成前历次防洪规划中，为防御 １９５４年型洪水， 长江中游防洪任务需由堤防工程和分蓄洪区共同承担。中游河 段堤防设计水位以沙市、城陵矶莲花塘、武汉汉口和鄱阳湖湖口 ４大水文站的水位作为全江的主要控制点，再考虑干支流的洪 水较恶劣组合，以推算设计水面线的方式确定。目前这些站的 规划控制水位分别为 ４５．００、３４．４、２９．７３、２２．５０ｍ。与之相对 应，长江中游还需分洪 ４９２亿 ｍ３，其中荆江分洪区 ５４亿 ｍ３，城 陵矶附近 ３２０亿 ｍ３，武汉附近 ６８亿 ｍ３，湖口附近 ５０亿 ｍ３。按 照这一规划，目前洞庭湖区防洪蓄洪工程均以城陵矶莲花塘作 为控制站，３４．４ｍ既是城陵矶地区堤防设计水位又是分蓄洪控 制水位。
表 ２ 城陵矶防洪控制水位与超额分洪量布局分析
城陵矶防洪 螺山水位
控制水位 ／ｍ 流量关系线
３４．４
单一上包线
起涨水位为参数
单一下包线
３５．０
单一上包线
起涨水位为参数
单一下包线
３５．８
单一上包线
起涨水位为参数
荆江区 ／ 城陵矶附近 ／ 汉口区 ／ 合计 ／
亿 ｍ３
亿 ｍ３
亿 ｍ３ 亿 ｍ３
２２
６７０
４．１ 防御 １９５４年洪水情景模拟
按以上分析，结合防洪保护对象采用螺山水位流量关系时， 可取单一上包线、单一下包线以及起涨水位为参数的一组线 ３ 种情况，由此分析计算城陵矶的防洪控制水位。
采用以上模型，以再现 １９５４年型目标洪水，针对以上不同 工况进行情景模拟（表 ２，荆江以沙市 ４５．００ｍ、汉口区以汉口 ２９．７３ｍ为防洪控制水位），显然，河道泄流能力即水位流量关 系对城陵矶的控制水位和超额分洪量布局有着重大影响。
图 ３ 螺山不同水位流量关系线对 １９９８年实际洪水的模拟
４ 城陵矶控制水位分析
图 ２ 螺山水位流量点据分析
图 ２中，下包线（与长江流域防洪规划中采用的成果相当， 也简称规划线）相当于起涨水位 ２６ｍ情况，而 １９９８年洪水第 ８ 次洪峰的起涨水位已经超过 ３４ｍ。
不同的起涨水位影响螺山不同的出流能力，当采用单一线 时，得出的城陵矶较低的控制水位相当于采用较低的起涨水位 的水位流量关系线，即加大泄流能力，使通过设计洪水流量时的 洪水位偏低，而城陵矶实际洪水位则与此相反。
从超额洪量分析，非单一线的分洪量在莲花塘分洪水位达 到 ３５．００ｍ时，上下游的超额洪量没有影响蓄洪布局，但城陵矶 附近仍有 ４６６亿 ｍ３，根据最近的流域防洪规划，三峡水库针对 城陵矶补偿调度可减少这一区域最多 １０２亿 ｍ３左右的蓄洪量， 则还有 ３６４亿 ｍ３成灾洪量，仍大于 ３２０亿 ｍ３的蓄洪布局，对这 一区域的防洪仍然有较大的压力。
特别是 １９９８年洪水，莲花塘最高水位达到 ３５．８ｍ，比 １９５４ 年实际最高水位 ３３．９５ｍ高 １．８５ｍ，比防洪控制水位 ３４．４ｍ高 １．４ｍ，但汉口水位仍低于控制水位 ０．３ｍ，而沙市也仅仅高于 控制水位 ０．２２ｍ。据统计，全洞庭湖区实际最高水位比堤防防
洪或者分蓄洪水位平均高出 １．２８ｍ［１～３］。实际洪水调度过程