松滋口建闸水文条件及其对减少松澧地区超额洪量作用分析

宋 平，钱 湛，李 觅

(湖南省水利水电勘测设计研究总院 洞庭湖研究中心，长沙 410007)

松澧地区既包括了澧水临澧新安以下至小渡口的下游部分，也跨越了澧水流域范围之外的澧水尾闾洪道和长江入湖松滋洪道的水网交汇地带(湖南省部分)，行政区域跨7个县、市、农场，总面积2 090 km2，耕地12 万多hm2。该区域历来为湖南省洞庭湖区洪涝灾害最为严重的地区之一，新中国成立以来就有17年发生不同程度的溃垸灾害(1949-1952、1954、1955、1957、1963、1964、1976、1980、1983、1988、1989、1991、1998、2003年)。早在20世纪90年代，湖南省水利水电勘测设计研究总院在澧水流域防洪规划报告中就提出了松滋口建闸减轻松澧地区防洪压力的远景设想。卢承志[1]基于20世纪90年代以前的江湖关系和大洪水情况对松滋口建闸的作用进行了初步分析。三峡水库建成后，邓命华[2]、王翠平等[3]基于新的江湖关系和洪水情势分析了松滋口闸错峰调度对降低松澧地区洪水位的作用以及对长江防洪的影响。

松澧洪水是否具备错峰调度条件以及错峰调度对松澧地区的防洪作用，是影响松滋口闸控工程上层决策的两大关键问题。本文试从松滋河与澧水洪水特性和洪水遭遇情况入手，分析松滋口闸错峰调度的水文基础条件，并从减少松澧地区超额洪量[4]方面入手，分析松滋口闸的防洪作用，为松滋口闸工程提供决策依据。

1 区域洪水分析

1.1 洪水特性

区域洪水分别来自澧水和长江，二者在松澧地区七里湖交汇。当澧水水位猛涨时，除石龟山处河段下泄约10 000 m3/s流量外，其余洪水经七里湖调蓄后，再由五里河东流与松滋中支合流转泄安乡河段，甚至由松滋西支倒流经青龙窖汇入松滋中支。当松滋河处于洪峰期，除松滋西支自然分流入七里湖与澧水合流外，还可以由中支分流一部分转泄七里湖。

澧水地处著名的五峰大暴雨区，山高坡陡，滩多水急，干支流汇集迅速，洪峰尖瘦，猛涨猛落[5]。上游凉水口站水位最大涨率为3.58 m/h，一次洪水过程3～5 d，三江口站最大水位变幅达25.25 m。三江口站1935年调查流量达到30 300 m3/s，新中国成立后石门站1998年实测最大流量19 900 m3/s，2003年最大流量18 700 m3/s。下游津市站新中国成立后实测最大流量为2003年的17 100 m3/s，其次为1998年的15 900 m3/s。

松滋河作为长江的分流河道，洪峰矮胖，涨落缓慢，洪水过程可达30 d以上[6]，与澧水形成鲜明对比。松滋河实测最大洪峰流量为1938年的12 300 m3/s，此外1954年实测最大流量达10 100 m3/s，1998年最大流量为9 210 m3/s。三峡工程建成后，控制100年一遇以下洪水长江枝城站来流量不超过56 700 m3/s，按现状分流比松滋河相应来流量不超过7 800 m3/s。

松滋河洪峰多见于7月上旬至8月上旬，澧水则为6月下旬至7月下旬，松滋河滞后于澧水一旬左右，一次洪水过程往往头尾搭接，但洪峰相错。这种洪水特征加上三峡工程对长江洪水的调节作用，为松滋口建闸对松澧地区洪水进行错峰调度提供了有利条件。

1.2 洪水组成

松澧洪水组成如表1所示。从多年平均情况来看，最大一日洪峰中澧水洪峰所占比重略大于松滋河，二者比值约为52.5%和47.5%。随着时段拉长，澧水所占比重越来越小，而松滋河所占比重越来越大，到30 d洪量组成，澧水和松滋河比例达到22.5%和77.5%。从历史典型大水年份来看，最大一日洪峰澧水占70%左右，松滋河占30%左右，30 d洪量两水所占比重则正好相反。洪水组成随历时的变化反映出两水不同的洪水特征：澧水洪峰流量大于松滋河，松滋河的洪量则大于澧水。

图1 松澧地区水系示意图Fig.1 Sketch map of river system in Song-Li region

1.3 洪水遭遇

澧水石门站及松滋口新江口和沙道观站处洪水传播至松澧地区安乡河段的时间均约为1 d。统计松滋河入口新江口水文站和澧水干流控制站石门水文站1951-2013年历年最大洪峰流量及出现时间，如表2所示。从统计数据可看出63年中，两水同日出现洪峰的年份只有1年，而3日、7日、15日和30日

表1 松澧洪水组成分析表Tab.1 Composition analysis table of Songzi River and Lishui River flood

表2 1951-2013年松澧洪水遭遇统计表Tab.2 Encounter statistical table of Songzi River and Lishui River flood between 1951 and 2013

内同时出现洪峰的年数分别为8年、13年、21年和27年，占总年份的12.7%、20.6%、33.3%和42.9%。统计规律显示，松澧洪水遭遇以澧水洪峰遭遇松滋河洪水过程为主[7]，两水洪峰遭遇情况比较少见。

统计松澧实际大洪水年份最大组合流量出现时枝城流量，如表3所示。8个统计年份中，只有1954年淞澧洪峰出现时枝城流量较大，而该年份澧水来水不大。其他年份组合洪峰出现时长江来流量均不大，由于松滋口以下长江干流安全泄量约为56 700 m3/s(对应沙市水位45 m)，启用松滋闸错峰对长江防洪不会产生灾害性影响。以上分析说明，利用松滋闸对松澧洪水进行错峰调度具备水文基础条件。

表3 淞澧实际大水年最大组合洪水出现时枝城流量表Tab.3 Discharge Table of Zhicheng Station at the largest combined flood during actual flood years of the Songzi River and Lishui River

2 松澧地区河道安全泄量

洞庭湖区水位流量关系非单值关系，各站水位流量关系受下游水位影响很大。以1990年以来各控制站实测水位和流量为基本资料并考虑下游水位顶托影响[8]，将南嘴站堤防设计水位36.05 m作为下游控制水位，点绘石龟山站和安乡站两组水位流量关系线，如图2所示。根据石龟山站和安乡站堤防设计水位40.82 m和39.38 m，在图2中查得相应河段安全泄量分别为9 400 m3/s 和5 600 m3/s。

图2 南嘴站控制水位36.05 m时各站水位流量关系线Fig.2 Stage-discharge line of each station under the control water level 36.05 m of Nanzui Station

3 松澧地区超额洪量计算分析

3.1 超额洪量计算方法

以石门和枝城水文站分别作为澧水来流和长江来流代表站，并按近年分流比计算松滋河来流[9]。依据近年实测洪水资料建立枝城～松滋口流量相关线，枝城各级流量条件下的松滋口分流量可通过该相关线查阅，如图3所示。

图3 枝城～松滋口流量相关线Fig.3 Discharge correlation line between Zhicheng and Songzhikou

石门至津市河段洪水演算采用马斯京根法[10]，由实测大洪水资料分析得X=0.35，K=6，得出津市站洪水过程线。对于津市至石龟山及新江口+沙道观至安乡河段，受下游水系复杂程度及水文资料限制，洪水演算较为困难，此处采用马斯京根法的简化-调蓄系数μ值系数法进行计算，计算式如下：

Q2=μ(I1+I2)/2+(1-μ)Q1

(1)

式中：I、Q分别为入流、出流，μ值为用实测入、出流资料演算分析而得的经验系数。通过大量的试算分析，确定津市至石龟山河段μ=0.72，松滋口至安乡河段μ=0.58。通过两个典型洪水年验证，两站洪水过程线叠加结果与实测石龟山站和安乡站的组合洪水过程基本吻合，如图4所示。以津市站、石龟山站和安乡站的安全泄量作为控制基准，计算洪量超出部分得到松澧地区超额洪量。对于上游水库调节的作用，澧水主要考虑江垭和皂市水库，长江主要考虑三峡水库的影响[11]。

图4 组合洪水典型洪水过程线验证Fig.4 Verification of typical flood hydrograph of combined flood

3.2 松滋口闸错峰调度原则

松滋口闸的控洪调度[2]，不得影响长江防洪安全。长江上游来水量大时，荆江河段超过安全泄量的情况下，松滋闸不得进行控洪调度；长江中小洪水时，荆江河段未超过安全泄量的情况下，以补偿调度的方式控制松滋口进洪流量，以尽量减轻松澧地区防洪压力。

3.3 松滋口闸对松澧地区超额洪量减少作用

对于1935年型特大洪水，天然状况下松澧地区的超额洪量为28.36 亿m3。在三峡+江垭+皂市水库共同作用下，松澧地区仍然有12.12 亿m3超额洪量。启用松滋闸错峰调度后，可将松澧地区超额洪量减少至7.83 亿m3，超额洪量主要集中在津市河段。

对于1954年洪水，天然状况下松澧地区的超额洪量为5.8 亿m3，该部分超额洪量主要来自于松滋河分泄长江洪水。在三峡建成后，长江洪水得到控制，荆江河段最大下泄流量不超过56 700 m3/s，松滋口最大分泄流量为7800 m3/s，相应松澧地区超额洪量3.28 亿m3，主要集中在安乡附近。由于1954年澧水并未发生大洪水，松澧地区洪水与长江大洪水同步，且经三峡调蓄后的荆江河段流量接近安全泄量，若松滋口闸控洪将对长江荆江河段防洪安全产生威胁，因此1954年洪水松滋口闸不进行控洪调度。

对于1998年洪水，天然状况下松澧地区的超额洪量为8.53 亿m3。在三峡+江垭+皂市水库共同作用下，松澧地区仍然有5.93 亿m3超额洪量，这是由于98年洪水时澧水洪水主要为区间来水，支流水库区来水较小，而澧水两水库均建在支流，对该年防洪作用不明显，加之石龟山及安乡的安全泄量均较1989年澧水尾闾防洪规划时有所减小。在启用松滋闸进行错峰调度后，虽然对澧水来水无减小作用，但由于松滋和与澧水在七里湖联通，松滋闸阻挡松滋来水后，原流经石龟山的洪水逆流入松滋河通过安乡下泄。经分析计算，如在澧水最大洪水出现时，松滋闸控制最大进洪流量不超过2 000 m3/s，此时长江荆江河段不会超过安全泄量，松澧地区超额洪量可减至3.95 亿m3。由于澧水来水太大而津市河段泄流能力不够(约为12 000 m3/s)，该3.95 亿m3的超额洪量集中在津市河段。

分析表明，松滋口建闸对松澧洪水进行错峰调度，可有效减少松澧地区的超额洪量，减少该地区分蓄洪频率与规模。

表4 各洪水典型年松澧地区不同防洪方案超额洪量计算表Tab.4 Calculation table of excess flood volume in different flood control program and typical flood year of Song-Li region

4 结 论

澧水洪水洪峰尖瘦，猛涨猛落，来自长江的松滋河洪水洪峰矮胖，涨落缓慢，且两水峰现时间错开，这种洪水特征加上三峡水库对长江洪水的调节作用，为松滋口建闸对松澧地区洪水进行错峰调度提供了有利条件。在不影响长江荆江河段防洪安全的情况下，在澧水发生大洪水时利用松滋口闸对松滋河来流进行控制，对于1935年洪水，可减少超额洪量4.3 亿m3；对于1954年洪水，由于长江荆江河段防洪形势紧张，松滋口闸不宜进行控洪调度；对于1998年洪水，可减少超额洪量2 亿m3。

□