陳暉 周志雄

湖北武穴市水利和湖泊局 湖北 武穴 435400

1 工程簡介

武黃湖泵站位于湖北省武穴市龍坪鎮(zhèn)長江左岸龍坪閘附近，泵站保護對象為武穴市龍坪鎮(zhèn)和萬丈湖農場共6萬人口，治澇面積72.8km2，受益耕地面積56.4km2。本文結合項目保護區(qū)經濟狀況、水文數(shù)據等，計算出泵站設計排澇能力，從而為泵站的裝機容量奠定理論基礎。

2 工程建設意義

2.1 工程區(qū)域排澇現(xiàn)狀

項目區(qū)地處亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區(qū)，位于長江中游左岸平原湖區(qū)，武穴市東南部，每年夏季降雨量大且持續(xù)時間長。排區(qū)范圍東抵太白湖與武穴市黃梅縣邊界，南臨長江，西至百米港、北以官橋大港為界，是一塊由長江干堤、百米港圩堤、官橋大港圩堤、太白湖圩堤包圍而成的區(qū)域，走向近東西向，面積約72.8km2。區(qū)內土地大部分由湖泊圍墾而來，地勢低平，塘堰密布，溝港縱橫，地表高程在15～20m之間，局部地區(qū)低于15m，澇水全靠港渠自排，主要排澇港道為農場港和新港。

農場港長約19km，寬30～35m，位于項目區(qū)中央，自西向東貫穿整個項目區(qū)，西起武山湖，東至太白湖，并通過若干支渠連通官橋大港，起著灌溉與排水的雙重作用。項目去受河堤、湖堤與自然分水嶺等微地貌的約束，以及各級電排站的人為控制，汛期區(qū)內降水主要匯入農場港。農場港將澇水排入官橋大港與太白湖，由于汛期太白湖水位較高，易對上游河港形成頂托，影響官橋大港和農場港的排澇效果，從而易在區(qū)內引發(fā)洪澇災害。

新港是在農場港中游連接農場港和官橋大港的一條港道，長2.2km，寬60～70m，水流可雙向流動，依官橋大港和農場港的水位高低而定，用于灌溉與排澇。

項目區(qū)范圍內有龍坪鎮(zhèn)和萬丈湖農場兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總人口約6萬人。該區(qū)域為武穴市重要的農業(yè)區(qū)，耕地面積約56.4km2，絕大多數(shù)為水田。灌溉水源除大氣降水外，還從北部的官橋大港和南部的長江引水。區(qū)內主要作物有水稻、小麥、棉花等，是武穴市主要糧食與農產品生產基地之一。

2.2 工程區(qū)域排澇存在的問題

2.2.1 區(qū)域內港道由于建設年限久遠，存在著防洪標準較低，堤頂欠高，堤身單薄，港道淤積、阻塞、岸坡坍塌嚴重，港道渠系構筑物不配套等各種問題，導致排澇能力十分有限。遇到大汛大澇的年份，排水不暢，極易引發(fā)洪澇災害，澇水排出困難，嚴重威脅當?shù)厝嗣袢罕姷纳敭a安全[1]。比如，當太白湖水位達到16.8m時，農場港下游節(jié)制閘就需要關閉，擋住太白湖的高水位，平均每年關閘時間5-7日，關閘期間項目區(qū)面臨巨大的內澇威脅。特別是2016年入汛以來，武穴市連續(xù)遭遇四輪暴雨襲擊，下游太白湖水位高漲，農場港澇水無法外排，部分堤段水位超過堤頂1m，同時上游洪水不斷來襲，最終導致洪水滿溢、泛濫，造成巨大的經濟損失。

2.2.2 港道過流能力不足。龍坪港為新建泵站進水港，當前龍坪港港道斷面過小，港底寬度在4～6m，北段僅3～5m寬，邊坡系數(shù)在2.0～2.5，加之港道淤積嚴重，水葫蘆瘋長，無法滿足泵站運行的過流要求，須加寬、清淤和護砌處理。

2.2.3 配套水閘過流能力不足。當前項目區(qū)港道上水閘過多，使用效率低下，且閘孔尺寸過小，汛期產生較大壅水，降低港道的過流能力，影響排澇效果。此外，農場港上的西橋、朝陽橋、磚瓦廠橋的橋洞尺寸過小，且除保安閘外，農場港上的水閘普遍超期服役年久失修，影響工程效益。

2.3 工程建設意義

本工程的保護對象主要是龍坪鎮(zhèn)和萬丈湖農場，人口約6萬，治澇面72.8km2，受益耕地面積56.4km2。工程的建設將有效提高區(qū)內抵御洪澇災害的能力，減輕三湖地區(qū)防汛壓力，保護區(qū)內的工農業(yè)生產與居民生命財產安全免遭洪澇危害，保障項目區(qū)乃至整個武穴市社會經濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

3 排澇能力分析

3.1 排澇標準

排水區(qū)位于武穴市沿江平原湖區(qū)，流域范圍內人口約6萬人，耕地面積約8.15萬畝，主要作物為水稻和棉花（經濟作物）。根據《治澇標準》（SL723-2016），結合區(qū)域社會經濟發(fā)展情況，和防洪排澇安全考慮，本文先分別計算10年一遇最大24h暴雨3日排至作物耐淹水深的流量，與10年一遇最大3日暴雨5日排至作物耐淹水深的流量，對比這兩個流量，取其中較大值作為項目區(qū)設計排澇流量[2]。

查詢《湖北省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集》，得到項目區(qū)中心相應最大24h暴雨量與最大3日暴雨量的均值和Cv值，Cs/Cv值根據經驗統(tǒng)一取3.5，分別計算各重現(xiàn)期對應的最大24小時暴雨量和最大3日暴雨量。經計算，10年一遇最大24h點降雨量為192.9mm，最大3日點降雨量為227.5mm。計算結果見表1。

表1 點降雨量計算結果

3.2 設計排澇流量計算方法

泵站設計排水流量采用平均排除法計算，計算公式為：

式中：

Q：排澇流量（m3/s）；

iF：排澇區(qū)各種地面的面積（km2）；

C：徑流系數(shù)；

P：面雨量（mm）；

ih：各種地面的可蓄水深（mm）；

V：港渠的調蓄水量（m3）；

D：排澇天數(shù)；

t：泵站每日開機小時數(shù)，t=22h。

3.2.1 面雨量P取值

式中：

P：面雨量（mm）；

α：折算系數(shù)；

0P：點雨量（mm）。

項目區(qū)屬于湖北省第3水文分區(qū)，根據《湖北省暴雨徑流查算圖表》查算，最大24h點面雨量折算系數(shù)值為0.944，一般而言，3日暴雨在面上的衰減要弱于24h 暴雨，故3日暴雨點面折減系數(shù)取0.96，經計算，排區(qū)10年一遇最大24h面降雨量約182.1mm，最大3日降雨量約218.4mm，見表2。

表2 面雨量計算結果

3.2.2 徑流系數(shù)Ci取值。排區(qū)內按土地利用類別可分為水田、旱地、非耕地、坑塘、非耕地和不透水地面等，其中不透水地面指的是居民區(qū)和硬化道路路面，非耕地指的是草地和林地等[3]。采用GIS與遙感解譯技術并結合衛(wèi)星影像資料對比分析，可統(tǒng)計得到項目區(qū)內各種土地利用類型所占的面積。

各種土地利用區(qū)的徑流系數(shù)各不相同，根據經驗，湖泊、水田、坑塘、港渠等水面的徑流系數(shù)取1.0，旱地取0.7、非耕地取0.8，不透水地面徑流系數(shù)取0.85。

3.2.3 可蓄水深ih取值。各種土地利用區(qū)的可蓄水深根據經驗值確定，水田設為40mm，坑塘設為300mm，旱地、非耕地與不透水地面無可蓄水深，考慮到區(qū)內港渠較多，有一定的調蓄能力，港渠的調蓄水量單獨計算。

3.2.4 港渠的調蓄水量V取值。區(qū)域內農場港港渠調蓄水量為起排水位到設計排澇水位之間的港渠容量。根據排區(qū)多年運行規(guī)律，汛期起排水位為15.5m，設計最高排澇水位為17.5m，港渠面積約為3.1km2，其中部分為水域面積，部分為岸坡面積，根據經驗和綜合考慮，項目區(qū)內平均港渠調蓄能力取3.5萬m3/km2，即區(qū)內港渠調蓄水量為3.5×72.8（區(qū)域面積）等于254.8萬m3。

3.2.5 設計排澇流量計算。項目區(qū)10年一遇最大24h面雨量為183.06mm，最大3日面雨量為218.4mm，據此計算兩種設計暴雨情況下區(qū)域內部產生的澇水量，計算結果見表3。

表3 項目區(qū)產水量計算結果（P=10%）

根據產水量與排區(qū)溝渠調蓄水量254.8萬m3，代入公式1中。按平均排除法可計算兩種排水標準下的設計排澇流量：

從以上計算結果中，可以發(fā)現(xiàn)在10年一遇最大24h暴雨3日排完的標準下，武黃湖泵站設計排澇流量約29.55m3/s。在10年一遇最大3日暴雨5日排完的標準下，武黃湖泵站的設計排澇流量約為23.29m3/s。兩者取最大值，即本工程最終確定設計排澇標準為：10年一遇最大24h暴雨3日排至作物耐淹深度。出于防洪安全考慮，取30m3/s作為設計排澇流量。

4 結束語

本文介紹了武黃泵站項目區(qū)域內港道現(xiàn)狀，分析了項目區(qū)排澇存在的問題，從而清晰的指出工程建設意義。通過收集工程項目區(qū)的水文數(shù)據，依據相關標準，計算出10年一遇1日暴雨量和10年一遇3日暴雨量。采取平均排除法，結合項目區(qū)實際參數(shù)，分別計算出兩種暴雨量下的泵站設計排澇流量，最終確定武黃湖泵站設計排澇流量，為后續(xù)泵站機組設計、進水港道設計、相關閘門設計等提供了有力依據。