改进平湖法在平原感潮区排涝设计中的应用

江淼

【摘要】以海域或感潮河段作为承泄区的排涝涵闸排涝计算采用改进平湖法作为典型涵闸计算

【关键词】排涝分区；改进平湖法；蓄排计算

1、问题由来

我国沿海地区的平原感潮区，区内地势平坦，沟渠密布，汛期暴雨多强度大，常受台风侵袭，并伴随风暴潮，防护区内涝水受外江（海）洪潮水位顶托，涝水排泄不畅通，常内涝成灾；沿海堤围防护区排涝标准按《治涝标准》（SL723-2016）确定，本次以澄海区苏溪围为例，对感潮区排涝计算方法的选取与应用。

2、感潮区除涝水文计算方法

感潮区的排涝与暴雨历时及强度、外江（海）洪潮水位的涨落密切相关；苏溪围位于澄海区中部，三面受韩江东溪莲阳河、支流南溪河及义丰河包围，东临南海，本围地属韩江三角洲出海口，除西北南峙山外，其余均是沖积平原，地势西北高、东南低，地面标高一般在0.6～2.0米（珠基，下同）之间，全围总面积126.25平方公里，苏溪围堤防总长度57.16公里，其中江堤长度32.1公里，海堤长度25.06公里，捍卫着围内溪南、莲上和莲下三个镇，共59个管理区，总人口24.6万人，围内耕地4.62万亩。根据《治涝标准》确定苏溪围治涝标准采用城镇、村庄、经济作物区（含水产养殖业）10年一遇24h降雨1日排干，农田3日排干；历史上苏溪围的排水主要依靠排涝涵闸，因下游河道修建莲阳桥闸及东里桥闸，其正常蓄水位分别为3.05m和2.65m，两座桥闸正常使用后，形成桥闸上游涵闸以灌溉引水为主，桥闸下游以排涝为主，堤围受洪潮高水位影响，即形成围内的易涝区，其中海堤段穿堤涵闸共23宗，海堤段未设排涝泵站，全围的涝水均依靠23宗穿堤涵闸的自排。

根据《治涝标准》附录A除涝水文计算方法平原坡水区宜采用平均排除法、排涝模数经验公式法、单位线法等方法；潮位顶托区宜采用平均排除法、水量平衡法、河网水力学模型法等方法。结合苏溪围地形，兼具平原坡水区及潮位顶托区特征，全围排涝流量设计采用排涝模数法，分别统计山地、水塘、水田、城镇、旱地、园地及其他，按不同径流系数计算得出平均排涝模数。

排涝分区按照高水高排、低水低排、分片排涝、适度集中的原则，对围内涝水排涝渠道和涵闸重新复核，以现有的排涝渠系形成以黄厝草闸、合昌六孔闸、利丰关闸为主，进行分片排涝，各排涝涵闸形成相对独立的排涝分区，排涝涵闸排除各自分区涝水至外海，以围内地形图量算各排涝分区面积，以排涝模数法计算各排涝闸排涝流量，按多年平均高潮位0.57m作为外海侧排涝设计水位，依据《水闸设计规范》宽顶堰计算内河侧设计水位及初定闸孔净宽。

3、改进平湖法典型计算

对典型排涝涵闸合昌六孔闸采用改进平湖法验算排涝能力与规模，作为对排涝模数法计算的补充与完善。合昌六孔闸集雨面积13.14km2，排涝分区产汇流计算结合类似工程经验，分别采用推理公式法（综合单位线法）以及山地洪峰流量经验公式法概化过程线+平原平均排除法计算来水过程线，比选后者，外海侧叠加《广东省防洪（潮）标准和治涝标准试行通知》中对排水不利的5年一遇典型潮位过程线，采用改进平湖法，将围内排涝分区及河网视为蓄水湖泊，考虑河网水面存在比降，实测选取渠道代表性断面计算水位—流量模数曲线，对排涝分区进行河网概化并选取涝区中心，通过量算确定水位库容曲线，考虑片区仅闸排，需在强降雨期进行抢排以腾空库容，故选定正常蓄水位0.5m作为闸排起排水位。计算原则外海水位低于内河水位时，开闸抢排，外海水位高于内河水位时，关闸挡潮。

蓄排计算按排涝模数法初定水闸规模及过闸总净宽，水闸为重建工程，堰顶高程基本维持不变，结合长期管理运行经验选取单孔净宽3m，按4、5、6孔进行比选，按宽顶堰计算过闸水位流量关系曲线。根据蓄排计算结果可知，在水闸外海潮位顶托的情况下，在闸孔净宽达到一定规模后，继续增加闸孔净宽对过闸流量影响有限，同时会导致渠道过流能力与水闸过闸能力不匹配，经济适用性较差；降低闸底板高程对水闸过闸能力影响较大，但同时对渠道过流能力提出更高要求；水闸最终宽度根据过闸水头差、过闸单宽流量、河道宽度、渠道过流能力等综合确定，重建按照5孔，堰顶高程不变设计，遭遇5年一遇典型潮位过程线，涝区中心水位最高0.96m，低于涝区中心限制水位1.0m，城镇、村庄、道路基本不受浸，农田低洼处按0.8m，受浸最长历时7小时，受涝水深0.16m，满足治涝标准不成灾的要求，城镇村庄基本不受涝。同时通过计算还可对防护区提出高程建议，建议城镇、农村居民区建设地坪高程1.2m以上，村道不低于1.0m，农田、鱼塘田埂高程不低于1.0m，对比现状地形及历史洪涝灾害，防护区内村道基本在1.2m、城镇1.5m以上，同时排涝渠系能经受住台风暴潮考验，受涝历时不长，低洼农田、鱼塘易受涝等现状，表明改进平湖法计算结果精度较高，成果可信。

4、结论

排涝模数法适用于排涝区计算，但部分排涝涵闸作为排涝区的控制性水闸，采用平均排涝模数，易出现排涝能力不足的不利情况，建议进行典型涵闸的控制性计算作为补充，特别是在感潮区，受外海侧潮位变化，直接采用多年平均高潮位作为外海侧排涝设计水位，不利于水闸的抢排，同时无法直观体现围内内涝控制性水位，通过改进平湖法的计算作为排涝模数法的补充，更有利于水闸设计工况的体现，同时可以为感潮区闸门运行控制提供依据，为防护区设计地面高程提供参考，并验证水闸设计规模的合理性，合理比选水闸设计方案。

改进平湖法对比常见的排涝模数法、平均排除法计算更为准确；对比排峰法计算排涝涵闸规模，在集雨面积较大时，更为经济适用；对比水量平衡法、平湖法等考虑了抢排、时间步长，在泵闸联合运用的蓄排验算中更为常见适用。但仍存在较多问题需要深入研究，主要受来水过程线的选择、防护区内洪水与潮水遭遇几率、蓄排涝水位库容的准确性等影响。

参考文献：

[1]治涝标准，SL 723-2016；

[2]水闸设计规范，SL265-2016。

[3]广东省防洪（潮）标准和治涝标准试行通知，广东省水利厅以粤水电总字（1995）4号文颁布；