浅析2017 年长沙特大洪水中梅溪湖湖泊水位超标的原因

吕常亮，段 璆

（长沙市水利水电勘测设计院，湖南 长沙 410008）

1 项目背景

梅溪湖片区位于长沙湘江新区的核心区域。梅溪湖背靠长沙市岳麓山国家重点风景名胜区，坐拥龙王港水系，拥有优美的景观与完整的自然生态体系。

防洪、排涝等基础设施建设是城市安全的保障。梅溪湖片区洪涝灾害往往是外河洪水与本地暴雨遭遇时所致，洪水多发生在5～9 月份，其中6～7 月份最集中。梅溪湖片区的雨水均需流入湖泊后再排入龙王港，当龙王港水位较低时，湖泊水可通过自排箱涵排入龙王港，而闭闸期，当龙王港水位较高时，则需要通过泵站抽排的方式进行排涝。因此梅溪湖综合泵站不但具有维护恒定水位功能，同时具有片区的排涝功能作用。

2017 年6 月25～7 月1 日，长沙市区连降暴雨，梅溪湖湖泊水位快速上涨。2017 年7 月2 日实测梅溪湖最高水位35.76 m，超过湖泊百年一遇设计洪水位（35.40 m）0.36 m，对湖泊周边城市建筑物产生不同程度的影响。为准确掌握其水位上涨的原因，通过复核其基础资料并进行水文分析及泵站运行等多方面进行分析计算。

2 基本资料

1）梅溪湖湖泊设计集雨面积10.93 km2，汛限水位为34.80 m，相应库容490.28 m3，设计洪水位（P=1%）为35.40m，相应库容为609.44m3。梅溪湖综合泵站布置在湖泊东北角靠近龙王港处，泵站设计排水流量为8.0m3/s。

2）本文对湖泊集雨面积进行了复核，复核为12.3 km2，较原设计增加1.37 km2。

其中：①三环线撇洪渠汇水区原设计以三环线路网为界，仅三环线以东部分面积进入梅溪湖，经复核本次设计按照雨水排出口汇水面积计算，增加1.48 km2；②二环以东撇洪渠汇水面积原计算汇水面积1.47 km2，经复核汇水面积为1.85 km2，较原设计增加0.38 km2。③原设计根据分水岭二环以西部分区域全部汇入梅溪湖，经本次复核管道直排部分仅2.62 km2，较原设计减少0.49 km2。见图1。

图1 梅溪湖汇水范围示意图

3）梅溪湖湖泊库容曲线采用实测水下地形图进行计算，汛限水位34.80 m 时相应库容467.40 m3，设计洪水位（P=1%）35.40 m 时相应库容为575.75 m3。湖泊调蓄库容较原设计减少10.8 万m3。具体数据见表1。

4）梅溪湖在东、西湖分界处（西二环）设置了一座临时溢流坝，坝顶高程为34.50 m，宽度为10.0 m（2×5.0 m）。在堰顶设置有闸墩及插板门，闸墩顶高程约为35.00 m，闸墩厚度约为0.35 m，每孔共5 个闸墩。因此35.0 m 以下的净宽度为6.5 m。

5）根据长沙市气象台提供的降雨资料，2017 年6 月30 日14 时至7 月1日14 时，梅溪湖实测最大6 h 降雨量H6=79.0 mm，最大24 h 降雨量H24=218.8 mm。2017 年7 月2 日实测梅溪湖最高水位为35.76 m。

3 湖泊水文分析计算

3.1 调洪演算

1）洪水计算方法：因为梅溪湖区域没有实测水文资料，故本次计算采用2015 年5 月湖南省水利厅编制的《湖南省暴雨洪水查算手册》及河流地理特征资料进行分析计算。

表1 梅溪湖湖泊水位～面积～库容表

根据梅溪湖的地理位置，属湖南省暴雨一致区第七区，产流分区第Ⅱ区，利用《查算手册》查得有关参数。河道多年平均最大24 h 点暴雨H24点=100 mm。

统计参数Cv=0.46，Cs=3.5Cv，点面关系折算系数α=0.992。根据龙王港流域特性参数，利用《湖南省暴雨洪水查算手册》的概化雨型，将计算出的24 h 各频率暴雨进行时程分配，利用推理公式法标准化程序，该流域属产流分区第Ⅱ区，前期扣损I0=32 mm，得各时段净雨深R总，根据公式R上t=ψ·R总，ψ 查表得：ψ=0.80，求得设计净雨过程R上t～t。采用试算法推求设计洪水，从而绘制出设计洪水过程线，见图2。

2）调洪计算原则：调洪起始水位为Z限=34.8 m，当洪水来临时，泵站开机，开始抽排，来水流量大于泵站排水流量，水位持续上涨，当来水流量等于泵站排水流量，水位不再继续上涨，此时水位达到最高值。此后来水流量渐渐变小，小于泵站流量，水位逐渐回落至34.8 m，泵站关机，不再排水。

图2 梅溪湖洪水及湖泊水位过程线

3）计算结果：调洪起始水位为Z限=34.8 m，排水泵站流量为8.0 m3/s，洪水标准为100 年一遇，计算得出最高水位为35.55 m。见表2。

表2 梅溪湖调洪演算成果表

3.2 临时坝过流能力计算

临时溢流坝按照蓄水情况存在两种运行工况：

工况一：西湖蓄水，东湖未蓄水，临时坝为宽顶堰自由出流。

工况二：东西湖均蓄满水，临时坝为宽顶堰淹没出流。

根据《溢洪道设计规范》（SL 253-2000）宽顶堰的泄流能力按下列公式计算：

Q=εσmB（2g）1/2H03/2

式中 Q——流量（m3/s）；

ε——侧收缩系数，取值为0.95；

σ——淹没系数，查表取值；

m——流量系数，查表取值；

B——宽度（m）；

g——重力加速度；

H0——包括行进流速在内的进口水深。计算结果见表3、表4。

表3 梅溪湖临时坝过流能力计算（工况一）

表4 梅溪湖临时坝过流能力计算（工况二）

4 结 论

1）相比较原设计参数，梅溪湖集雨面积增加了1.37 km2，湖泊调蓄库容减少了10.8 万m3，从而导致湖泊100年一遇洪水位（35.55 m）高于原设计洪水位（35.40m）。

2）根据长沙市气象台提供的降雨资料2017 年6月30 日14 时至7 月1 日14 时，梅溪湖实测最大6 h降雨量H6=79.0 mm，最大24 h 降雨量H24=218.8 mm，而100 年一遇设计最大24 h 暴雨量H24=250 mm，即表示该次的洪水重现期未达到100 年一遇，但2017 年7月2 日实测梅溪湖最高水位为35.76 m，超过了100 年一遇设计洪水位35.55 m。

经本文分析论证，其原因主要是由于临时溢流坝的设置，使得西湖的水需通过溢流坝调蓄后进入东湖再由泵站抽排入龙王港。由于溢流坝的过流能力在低水位时小于泵站的设计排水流量8.0 m3/s，使得调洪初期泵站无法按照设计流量排水。即临时溢流坝的设置改变了湖泊调洪，无法按照设计工况运行，从而导致西湖水位上升。