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JournalofWaterResourcesResearch水资源研究,2014,3,166-177PublishedOnlineApril2014inHans.://dx.doi.org/10.12677/jwrr.2014.32023166PorousFloodgateControlOptimizationStudy:ACaseStudyonLinanPolerofDongtingLakeZhilongLi1,2,DehuaMao11CollegeofResourcesandEnvironmentScience,HunanNormalUniversity,Changsha2DepartmentofTourismManagement,HunanBusinessCollege,ChangshaEmail:zsulizhilong@yahoo.com.cnReceived:Dec.5th,2013;revised:Jan.7th,2014;accepted:Jan.24th,2014Copyright©2014byauthorsandHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).多孔分洪闸调度方案优化探讨——以洞庭湖澧南垸为例李志龙1,2,毛德华1作者简介:李志龙(1973-),男,博士,副教授,湖南师范大学资源与环境学院博士后。研究方向:水文与水资源。多孔分洪闸调度方案优化探讨——以洞庭湖澧南垸为例1671湖南师范大学,资源与环境学院,长沙2湖南商学院,旅游管理系,长沙Email:zsulizhilong@yahoo.com.cn收稿日期:2013年12月5日;修回日期:2014年1月7日;录用日期:2014年1月24日摘要闸门启闭是水闸控制运用的关键。而科学合理的闸门控制调度方案,对于实现最好的分洪效果,保障闸门安全,有着十分重要的意义。以澧水津市站1998年及2003年洪水过程为基础资料,通过同频率控制放大得到设计洪水过程。对现有调度方案进行了评价,结果表明,现有调度方案分洪效果并不理想。根据最大削峰准则与最小成灾历时准则建立了澧南垸洪水闸优化调度目标函数及约束条件。依据所建目标函数,以频率5%的设计洪水过程线为例,制定了洪水闸优化调度方案。对所制定调度方案进行了评价,分析表明,此调度方案能达到较好分洪效果和安全保障。关键词澧南垸,多孔分洪闸,分洪闸调度1.引言蓄滞洪区是指包括分洪口在内的河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区及湖泊,这些地区历史上通常是蓄滞洪水的天然场所[1]。蓄滞洪区是防洪工程体系的组成部分,有确定的保护目标及相应的运用规则。蓄滞洪区作为一种防洪策略,在整个防洪体系中占有重要地位,对防洪方案的选取及其实施成败具有决定作用[2][3]。洞庭湖区的蓄滞洪区,主要指24个蓄洪垸[4]。洞庭湖蓄滞洪工程是长江中下游整体防洪规划中的一个重要组成部分,它与湖北省的洪湖蓄滞洪区一起共同蓄纳长江中游城陵矶地区的超额洪水,是保障荆江大堤、武汉市及洞庭湖的城市和重点堤垸防洪安全的一个重要措施。蓄洪区分洪闸是用来分泄天然河道洪水的一种水闸。在天然河道遭遇特大洪水而宣泄能力不足时,为防止洪水泛滥成灾,开启闸门分洪,将河道不能安全下泄的多余洪水泄入分洪区或分洪道。水闸管理实践证明,闸门启闭是水闸控制运用的关键。而分洪闸的启闭条件则与河道洪水过程紧密相关的。因此,通过分析上游河道洪水过程特性,研究分洪闸运动条件及运行方式,制定合理的的调度方案,对于达到最好的分洪效果,同时保障分洪闸的安全,有着重要的意义。2.研究区域概况澧南垸位于澧水下游,澧水支流道水尾端的汇合处内侧,北临澧水干流,与淞澧大圈的澧县城关镇隔河相望,东南频道水,与灵泉、道河和津市窑坡等乡相邻,西接丘陵岗地。该垸一面傍山,三面环水,地势东南低西北高,垸内地面高程一般为36.00~39.00m。澧南垸属洞庭湖区24个蓄洪垸之一,是长江防洪体系的重要组成部分。澧南垸总集雨面48.2km2,其中耕地面积26.4km2,蓄洪总面积36km2,有效蓄洪容积为2.0亿m3,占洞庭湖区总分蓄洪容积的1.25%。澧南垸是重要的粮、棉产地,然而深受自然条件制约,历来洪涝灾害频繁。澧南垸自1998年蓄洪后实行了移民建镇,共设3个移民建镇区255万m2,安置人口7710户28,326人,现已全部安置到位。澧南垸分洪闸位于澧水黄沙湾堤段,2002年11月开工,12月开始混泥土浇灌,2003年7月10日多孔分洪闸调度方案优化探讨——以洞庭湖澧南垸为例168破口蓄洪被迫停工,8月25日复工,2004年6月竣工并投入使用。现澧南垸分洪设计容量2亿m3,澧南分洪闸设计分洪水位45.67m(刘家河),设计分洪流量2380m3/s。设计分洪历时24h,闸室总宽度113m,闸底板高程38.67m,为开敞式宽顶堰,闸坝9孔10m×8.04m,弧形钢闸门10m×8.5m,采用液压启闭机操作,以启用分洪闸分洪,退洪仍用此闸及垸内其他排水闸。退洪设施尚未兴建。退洪方式利用现有的分洪闸和垸内排水闸退洪,高程在38.655m以上由进洪闸进行退洪,高程在38.655m以下由现有涵闸(紫水溪2处、双剅昏2处)流量140m3/s进行退洪。2005年湖南省水利水电勘测设计垸制定了《澧县澧南垸分洪闸安全调度运行方案》,因自2003年后至今澧南垸未开闸泄洪,此方案也未实施过。3.澧水洪水特性及典型年份洪水过程分析洪水闸的控制运用与河道洪水过程有着密切的关系。分洪闸何时启动,怎样启动,要视上游河道洪水情况而定。因此,上游河道洪水特性分析是分洪闸调度方案编制的前期和基础工作。澧南垸位于澧水下游。澧水流域轮廓近似矩形,但干流偏于南部的武陵山,三江口以上两岸集雨面积极不对称,左岸约占80%,右岸仅占20%。当以五峰、鹤峰为中心的暴雨降落时,往往干支流同时上涨,加之河道坡陡流急,流域内70%以上属石灰岩地区,植被较差,每逢暴雨,集流迅速,造成洪水峰高势猛,一般洪水过程上涨历时为12~24h,消落为60~80h。三江口曾经出现过特高水位变幅大25.25m,陡涨陡落为澧水水位变化特点。这里洪水分析采用津市水文站为设计控制站点。津市站1952年12月设立水文站,1953年迁至羊湖口,1956年基本水尺上迁300m,改为水文站,名津市站。1974年3月下迁2500m至津市韩石港码头观测,1975年移水尺于右岸观测至今,名津市(二)站。该站冻吴与85国家高程基准差值为2.09m,吴淞与85国家高程基准差值为1.7m。收集了津市水文站1952~2011年历年最大流量资料进行频率计算。目前,普遍认为水文资料系列概率分布符合皮尔逊Ⅲ型分布[5]-[7],这里运用P-Ⅲ分布来计算津市站洪水频率,得其各频率下设计洪水流量如表1所示。在海森概率纸上,可绘出其频率曲线如图1所示。以1998年、2003年的洪水为典型年份洪水。1998年洪水概况:1998年7月20起,澧水流域普降特大暴雨,桑植凉水口42小时降水553mm。7月23日,石门站洪峰流量大19900m3/s,县内各垸水位都超过1991年水位:张公庙49.18m,超1991年最高水位1.31m;津市45.01m,超1991年水位0.99m;青龙窖42.8m,超1.02m;官垸42.78m,超1.08m;磨子坪46.8m,超1.3m。澧南垸遭遇溃决。津市1998年洪水过程如图2所示。2003年洪水概况:澧县降水从7月8日2时至11日8时,全县平均降雨量367.6mm,王家厂水库平均378.5mm,澧阳平原401mm,澧水上游平均368mm。2003年7月8日8时,澧南垸控制站刘家河站起涨水位35.8m,9日0:30超过警戒水位(43.5m),河水上涨迅速,9日7时超过危险水位(44.5m)。9日19时,澧水津市站水位44.05m,已超过启用澧南垸蓄洪的控制水位。9日24时下达了《关于启用澧南垸蓄洪的命令》。由于澧南垸分洪闸正在施工,尚不具备运行条件,选定分洪口门在宋家渡道水大堤,并实施爆破蓄洪。破口宽度210m,半小时后兰江Table1.DesignofflooddischargeonJinshihydrologicalstation表1.津市水文站设计洪水流量频率(%)1251020设计值(m)26,08818,782174,55215,51713,858多孔分洪闸调度方案优化探讨——以洞庭湖澧南垸为例169Figure1.MaximumdischargeP-ⅢdistributiononJinshihydrolog-icalstation图1.津市水文站最大流量P-Ⅲ分布Figure2.FloodprocessonJinshihydrologicalstationin1998图2.津市站1998年洪水过程闸水位下降0.05m,2小时后下降0.47m,4小时下降0.99m,15小时后垸内水位与外河水位基本持平,17小时后外河水位开始回升,最大进洪流7500m3/s,最高蓄洪水位45.80m,蓄洪总量2亿m3,淹没面积36km2,淹没历时29天。津市站石分别于7月9日21时与7月10日2时出现洪峰,其流量与水位分别为:7月9日21时流量为13,900m3/s,水位为44.21m;7月10日2时流量为14,800m3/s,水位为44.47m。其洪水过程如图3所示。拟采用设计洪水过程分析泄洪闸分洪效果及分洪闸调度方案设计。设计洪水过程线一般要采用洪峰流量和各种时段洪量同频率控制放大[8]。根据津市水文站1998年、2003年的洪水过程资料,按照不同频率的设计流量进行同比例放大,则可得到设计条件下不同典型年的各频率设计洪水过程线。如图4所示。津市水站位于津市城区,集水面积17,549km2,上距澧南垸控制站点刘家河水文站12km,区间无大的支
本文标题:多孔分洪闸调度方案优化探讨――以洞庭湖澧南垸为例
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