黄河封丘倒灌区滞洪运用方式分析

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1、1黄河封丘倒灌区滞洪运用方式分析黄河封丘倒灌区滞洪运用方式分析薛云鹏 (黄委会河务局)【文摘】 本文介绍了应用夹河滩高村段二维水沙运动仿真模型，对四个流量级洪水在现 状河道状况和三种计算条件下，在夹河滩高村河段及封丘倒灌区洪水演进计算结果，并 封丘倒灌区滞洪作用及运用方式进行了分析。 【关键词】 分析 运用方式 封丘倒灌区 黄河1 封丘倒灌区情况简介封丘倒灌区，位于黄河北岸河南省封丘、长垣县境内，其范围为红旗总干渠 以东，太行堤以南及黄河大堤和贯孟堤以北的区域，总面积 407km2,区内现有 240 个村庄，39.68 万亩耕地，19.36 万人口，其中，贯孟堤末端姜堂至孟岗有约 8km 的缺

2、口，但姜堂至周营上延工程被生产堤封闭。倒灌区内有天然渠和文岩 渠及其众多支流，天然渠和文岩渠在大车集汇集后从渠村闸前入黄。 历史上封丘倒灌区曾于 1933、1948、1951、1958、1976、1982 年等发生倒灌， 除 1933 年因贯孟堤和太行堤冲决，淹没 440.5km2外，其余年份淹没面积及滞 洪量并不太大。但由于近年来黄河下游连续枯水，黄河河槽持续淤积抬高，河道 条件发生很大变化。在现状河道条件下封丘倒灌区的滞洪作用如何，怎样才能 发挥出其最佳防洪效益?本文介绍了应用夹河滩高村段二维水沙运动模型对 封丘倒灌区滞洪作用及运用方式计算成果。2 模型简介夹河滩高村段二维水沙运动方仿真模

3、型，是“八五”攻关时委河务局与北 京水科院减灾中心合作攻关成果，其后又进行了改进和完善。该模型的目的是 计算黄河下游防洪规划、洪水调度及抢险救灾工作中，洪水演进、滩区淹没和滞 洪及堤防偎水等情况，要求模型既要有一定的精度，又要有一定的速度，并加强 实用性，因此模型设计中，从网格划分、基本方程离散到程序设计，均紧密结合 黄河特点，围绕上述要求开展工作，并具有以下特点(1)模型由水沙信息处理模块、网格信息处理模块、水沙计算模块、信息 后处理模块，形成从计算前期水沙、地形边界条件处理，到计算结果分析整2理的一个完整的系统。 (2)模型根据二维不恒定流理论和不平衡输沙理论，应用采用无结构不规则 网格对

4、地形进行概化，水流控制方程离散时借鉴体积积分形式有限差分法的优点，在网格的形心计算水深与底高的冲淤变化，在通道上计算流量，使网格的的 布设接近实际，对地形概化较为准确，且能够模拟计算河道工程、生产堤、渠堤 等阻水通道的漫溢、破口、加高等现象，并把河道分为主槽、嫩滩和老滩分别处 理，较好地反映了滩区进水、滞洪、退水对洪水演进的影响。 (3)模型对水沙采用非耦合不恒定求解，泥沙计算采用与水流计算相同的不 规则网格和离散方法，挟沙力计算采用张红武公式，模型不做泥沙级配计算，但 为反映泥沙冲淤对泥沙级配变化的影响，对张红武公式、泥沙沉速公式作了修 正，增加模型的自调节能力，能适应对各种含沙量的洪水计算

5、,泥沙计算定性合理。 (4)模型经过“96.8”、“82.8”洪水的验证，对黄河下游水沙运动的模拟计算有一定的精度。3 计算结果简介3.1 计计算条件算条件(1)水沙条件 为分析封丘倒灌区对黄河各级洪水的滞洪作用，选定历史上倒灌较为严重 的 1976、1982、1958 年实际洪水和 82 型设计花园口 30000m3/s 洪水，四个流量 级洪水水沙过程分别进行计算，不考虑天然文岩来水影响。(2)地形条件 由于贯孟堤末端姜堂至孟岗有约 8km 的缺口，已被姜堂至周营上延工程被 生产堤封闭，因此封丘倒灌区倒灌与否与该段生产堤的高程与破口情况密切相 关。本次封丘倒灌区按三种运用条件，计算了现状滩区

6、河道地形下夹河滩至高 村河段洪水演进情况，三种运用条件分别是方案 1姜堂至周营上延工程被生产堤按要求破除 1/2； 方案 2姜堂至周营上延工程被生产堤不破口，并与长垣段贯孟堤标准相同； 方案 3姜堂至周营上延工程被生产堤不破口，且连同长垣段贯孟堤一起3按按临黄堤堤标准加高；3.2 计计算算结结果果简简介介夹河滩高村的洪水演进和封丘倒灌区滞洪情况见表 1，下面分别介绍各 流量级洪水在三种计算条件下计算结果，其中，1976 年和 1982 年洪水，只计算了方案 1 和方案 2 两种情况。表 1 现状地形条件下夹河滩高村河段洪水演进计算结果表花园口夹河滩计算封 丘 倒 灌 区高村洪水类别洪峰流量（m

7、3/s）洪峰流量（m3/s）w1 万（亿 m3）条件Qdm（m3/s）最大水量（亿 m3）淹没面积（km2）洪峰流量（m3/s）w1 万（亿 m3）破口3290.1833.43885076 型实际92109010不破口08940破口5510.2443.08124772.582 型实际15300145005.1不破口0126702.8破口11641.13163.331756415.4不破口7000.3433.01789715.558 型实际223002050019.0加高01911616.5破口43003.53243.332400726.42860427.9不破口10862.19208.8424

8、43025.382 型设计30000加高02730827.8备注1、w1 万各站 10000m3/s 以上水量，Qdm倒灌区最大进水量(1)封丘倒灌区淹没主要是因为姜堂以下口门过水，洪水沿天然文岩渠堤根 向上、下流动，而从渠村闸前天然文岩渠入口处倒灌作用甚微。由于河槽的淤积 抬高，若姜堂至周营上延工程生产堤破口,北岸长垣嫩滩在 40005000m3/s 左 右大部分已淹，洪水可由生产堤口门倒灌至天然文岩渠堤根。(2)1976 年洪水洪峰流量虽然不大，但历时较长，洪量较大，洪峰沿程削减很少，因此产生了较大的淹没损失，尤其是封丘倒灌区因遭遇内涝淹没面积比 1958 年还大。对于 1976 年型洪水

9、，花园口洪峰流量 9210m3/s,夹河滩洪峰流量 9010m3/s,本次计算 中方案 1，若姜堂至周营上延工程生产堤破口,洪水可倒灌至陶北排涝渠堤，封4丘倒灌区淹没面积 33.4km2,倒灌水量 0.18 亿 m3，由于峰型较胖，虽然夹河滩 高村段滩区基本全淹，高村洪峰流量仍有 8850m3/s，洪峰削减很少；方案 2，若 姜堂至周营上延工程生产堤不破口,则封丘倒灌区不受淹，高村洪峰流量为8940m3/s。两者相比高村洪峰流量相差不大，但方案 2 姜堂至周营上延工程生 产堤不破口淹没面积将减少 33.4km2。 (3)对于 1982 年型花园口 15300m3/s 洪水，夹河滩洪峰流量 14

10、500m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 5.1 亿 m3，方案 1，若姜堂至周营上延工程生产堤破口,洪 水可倒灌至陶北排涝渠堤附近，封丘倒灌区淹没面积 43.1km2,倒灌水量 0.24 亿 m3，高村洪峰流量 12480m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 2.5 亿 m3；方案 2， 若姜堂至周营上延工程生产堤不破口，封丘倒灌区将不进水，高村洪峰流量 12670m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 2.8 亿 m3；两者相比，方案 1 封丘倒灌区 淹没 43.1km2,削减高村洪峰约 200m3/s，削减大于 10000m3/s 以上的洪量 0.3 亿 m

11、3，可见对本级洪水封丘倒灌区滞洪作用并不大。 (4)对于 1958 年型花园口 22000m3/s 洪水，夹河滩洪峰流量 20500m3/s, 大 于 10000m3/s 以上的洪量 19.0 亿 m3，方案 1，若姜堂至周营上延工程生产堤破 口,洪水倒灌至赵岗，封丘倒灌区淹没面积 163.3km2,倒灌水量 1.13 亿 m3，高村 洪峰流量 17560m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 15.4 亿 m3；方案 2，若姜堂至 周营上延工程生产堤不破口，贯孟堤姜堂下生产堤漫顶过水，封丘倒灌区淹没 面积 33.0km2,，高村洪峰流量 17900m3/s,大于 10000m3/s

12、以上的洪量 15.5 亿 m3；方案 3，生产堤及长垣段贯孟堤一起按按临黄堤堤标准加高后，封丘倒灌区 将不进水，高村洪峰流量 19100m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 16.5 亿 m3。三 个方案相比，使用封丘倒灌区，可多削减高村洪峰约 1300m3/s,多削减大于 10000m3/s 以上的洪量约 1 亿 m3；方案 1 与方案 2 都使用封丘倒灌区，高村的 洪峰及大于 10000m3/s 以上的洪量相差不多，但方案 2 封丘倒灌区少淹没约130km2。 (5)对于 1982 年型花园口 30000m3/s,洪水，夹河滩洪峰流量 28604m3/s, 大 于 10000m3

13、/s 以上的洪量 27.9 亿 m3，方案 1，洪水可倒灌到红旗总干渠，封丘 倒灌区淹没面积 243.3km2,倒灌水量 3.53 亿 m3，高村洪峰流量 24000m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 26.4 亿 m3；方案 2，若姜堂至周营上延工程生产堤不破 口，洪水从贯孟堤董寨闸、姜堂等段漫顶，封丘倒灌区淹没面积 208.8km2, 倒灌 水量 2.19 亿 m3，高村洪峰流量 24430m3/s,大于 10000m3/s 以上的洪量 25.3 亿 m3；方案 3，生产堤及长垣段贯孟堤一起按按临黄堤堤标准加高后，封丘倒灌区5将不进水，高村洪峰流量约 27300m3/s,大于

14、10000m3/s 以上的洪量 27.8 亿 m3，高村的洪峰及洪量削减很少。三个方案相比，使用封丘倒灌区，可多削减高村洪 峰约 3000m3/s,多削减大于 10000m3/s 以上的洪量约 1.52.5 亿 m3；方案 1 同方案 2 相比，方案 1 封丘倒灌区多淹没 34.5km2,多削减高村洪峰约 430m3/s，但少 削减大于 10000m3/s 以上的洪量约 1.1 亿 m3，这可能是因为生产堤破口，小流 量洪水过早进入封丘倒灌区，挤占了部分滞洪库容的缘故。4 结论通过对四个流量级洪水，三种不同的运用方式的比较，可得出以下结论 (1)封丘倒灌区有一定滞洪削峰作用，但对于 15000

15、m3/s 以下的洪水，滞洪 削峰不大，对于 2200m3/s 以上的洪水滞洪削峰作用显著。 (2)由于黄河河槽的不断淤积抬高，平滩流量持续减小，若姜堂至周营上延 工程生产堤破口,夹河滩 40005000m3/s 洪水就会沿缺口进入封丘倒灌区，滞洪作用不显著，且增加淹没，挤占部分滞洪库容，对于滞蓄 2200m3/s 以上的大 洪水不利。若将长垣以下的贯孟堤及生产堤按临黄堤标准加高，不让封丘倒灌 区进水滞洪，将显著影响夹河滩高村段的滞洪作用。 (3)保留姜堂至周营上延工程生产堤，可减少洪水淹没，并防止中小流量洪 水进入封丘 10000m3/s 以上的洪量，滞洪削蜂效果最好，应为黄河防洪调度的 首选方案。参考文献1 张素平，黄河封丘倒灌区滞洪作用初步分析人民黄河1993，22 程晓陶等，黄河下游河道水沙运动仿真模型的开发研究水利学报1998，5