湖北省金水流域防洪排涝工程现状及展望.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 24 日 作者简介：曾令银（1968），高级工程师，湖北省金口电排站管理处。-169-湖北省金水流域防洪排涝工程现状及展望 曾令银 湖北省金口电排站管理处，湖北 武汉 430209 摘要：摘要：本文结合金水流域现状，简介了流域内河湖水系和主要防洪排涝工程的情况、目前存在的主要问题，并提出了解决问题的展望，可为流域内水利工程基本建设和调度运行提供有益的参考。随着数字科技的不断发展和湖北省“荆楚安澜”现代水网建设，金水流域的整体功能正进一步加强，相应地对流域内水利工程建设、运行管理、智慧调度等提出了更高要求。目前金水流域在统一调度管理、基础设施建设、资金保障等方面还存在一些短板，在建设数字孪生水利信息基础设施方面也还有很多关键技术和问题亟待解决，相信在国家持续不断地对水利基础设施建设投入的支撑下，在建成数字孪生流域后，流域的防洪排涝将会开启一个崭新的局面。关键词：关键词：金水流域；防洪排涝；现状；展望 中图分类号：中图分类号：TV131 1 金水流域基本情况 金水流域地处湖北省内江汉平原东部，属于鄂东南“水袋子”区域，跨武汉市、咸宁市。金水流域主要河流金水河发源于湖北省咸宁市鸡鸣山东北坡，向北流经武汉市江夏区斧头湖，继续北流在江夏区金口街注入长江。流域由金水河连接西凉湖、斧头湖和鲁湖三大湖水系组成，各水系流域面积分别为 821km2、1360.3km2、434.6km2，全流域面积 2615.9 km2。三大湖泊在水位 21.5m（吴淞，下同）时，湖面面积 244.72 km2，容积 55439 万 m3。流域属亚热带季风气候区，雨量充沛、气候温和。多年平均降水量约 1350-1400mm，每年 4-10 月为汛期，降雨量占全年 75%，暴雨集中在 5-8 月，其中 7-8 月为主汛期。流域内平原湖区受上起嘉鱼马鞍山，下至江夏凉亭山的长江干堤(即四邑公堤)保护。主要外排入江涵闸有金水闸、余码头闸，外排入河涵闸有法泗闸、六贯闸、鲁湖闸，斧头湖和西凉湖之间有两湖连通闸相连。外排泵站有金口泵站、金口二站、余码头泵站和余码头二站，泵站合计提排流量 368m3/s。江夏区、咸安区、赤壁市、嘉鱼县内另有主要分蓄洪民垸 12 个。1970 年以前，流域内防洪减灾工程设施极少，只有 1935 年建成的外排金水闸，流域内洪水不能有效防御，汛期渍涝无法外排，十年九害，洪涝灾害严重制约着当地经济社会发展，威胁着人民生命财产安全。1970 年后逐步兴建金口泵站、余码头泵站、余码头闸、法泗闸、鲁湖闸。1998 年湖北遭遇特大洪涝灾害后按湖泊防洪标准对鲁湖、斧头湖、西凉湖湖堤加高加固。2016 年大水年后补短兴建金口二站、余码头二站、六贯闸和两湖连通闸，至此流域内基本建成了相对有效的防洪排涝减灾工程体系。2 金水流域防洪排涝工程现状 金水流域历经多年的综合整治，已逐步形成以堤防和控制性闸站为基础，湖、渠、闸、站相结合，自排、调蓄、电排三结合的防洪排涝体系。通过实施斧头湖、西凉湖、鲁湖湖堤加固、新增泵站外排能力、骨干泵站更新改造等两轮补短板工程建设，金水流域排涝标准达到 10 年一遇，湖泊整体防洪标准达到 20年一遇。2.1 主要入湖河流 斧头湖入湖河流主要有淦河，淦河为长江一级支流金水河在斧头湖上游段，是咸宁市生产、生活及水环境的主要水源。淦河干流全长 77.9km，入斧头湖口以上流域面积 854km2。西凉湖入湖河流主要有汀泗河、泉口河、聂家河及宋家河，西凉湖入湖口以上流域面积 734.8 km2。2.2 主要湖泊 金水流域跨咸宁市、武汉市，由鲁湖、斧头湖、西凉湖三大湖泊组成，流域承雨面积 2615.9km2，其中武汉市内承雨面积 639km2，咸宁市内承雨面积 1976.9km2。中国科技期刊数据库 工业 A-170-表 1 水系主要湖泊表 湖泊名称 常水位（m）水面面积（km2）保证水位（m）调蓄水量（万 m3）鲁湖 21.8 44.9 22.76 28800 斧头湖 22.5 126.0 23.94 48000 西凉湖 22.5 85.2 24.0 7900 表 2 金水河水系主要排涝泵站统计表 序号 泵站名称 设计流量 m3/s 外排水流 所在行政区 1 金口泵站 144 长江 武汉市江夏区 2 金口二泵站 96 长江 武汉市江夏区 3 余码头泵站 64 长江 咸宁市嘉鱼县 4 余码头二泵站 64 长江 咸宁市嘉鱼县 合计 368 表 3 金水河水系主要涵闸基本情况表:序号 名称 设计流量 m3/s 涵闸性质 所在行政区 1 余码头闸 245 外排闸 咸宁市嘉鱼县 2 金水闸 360 外排闸 武汉市江夏区 3 鲁湖闸 80 节制闸 武汉市江夏区 4 法泗闸 270 节制闸 武汉市江夏区 5 六贯闸 84 节制闸 咸宁市嘉鱼县 6 两湖连通闸 50 节制闸 咸宁市咸安区 表 4 湖泊、河流堤防基本情况表 河湖名称 堤防名称 堤防长度（km）堤顶高程（m）所在行政区 鲁湖 西湾堤 3.43 23.96 武汉市江夏区 斧头湖 东湖围堤 14.96 25.14 咸宁市嘉鱼县 向阳湖围堤 3.85 25.40-25.90 咸宁市咸安区 南大堤 5.81 25.14 武汉市江夏区 丰收堤 1.46 25.14 武汉市江夏区 西凉湖 西湖围堤 16.47 25.00-25.20 咸宁市嘉鱼县 金水河 金水河堤 70.00 25.50 武汉市江夏区 余码河 余码河堤 16.00 25.20 咸宁市嘉鱼县 表 5 金水河水系内各湖泊控制运用水位表 湖泊 汛限水位（m）警戒水位（m）保证水位（m）最低生态水位（m）吴淞 黄海 吴淞 黄海 吴淞 黄海 吴淞 鲁湖 21.00（21.50）19.07（19.57）22.0 20.07 22.76 20.83 19.30 斧头湖 21.00（21.50）19.07（19.57）22.8 20.87 23.94 22.01 19.40 西凉湖 21.00（21.50）19.07（19.57）23.0 21.07 24.0 22.07 19.90 2.3 排水河道 西凉湖及斧头湖位于咸宁市城区的西北边，是长江流域规划的重要蓄滞洪区之一。非汛期西凉湖由余码头闸经过余码河自排，汛期由余码头泵站、余码头二站提排入长江，余码河全长约 8.0km。斧头湖经由法泗闸控制与鲁湖实行分湖控制排水，非汛期经金水河由金水闸自排入长江，汛期由金口泵站、金口二站提排入长江，金水河从法泗闸至金口的文昌阁流入长江，全长 45km。汛期部分西凉湖来水可经六贯闸由小金水河三叉港入金水河，小金水河全长 18km。鲁湖受鲁湖闸控制，非汛期经三叉河、金水河由金水闸自排入长江；汛期由金口泵站、金口二站提排入长江，三叉河全长 0.5km。2.4 主要防洪排涝设施 六贯闸复建后，金水流域的排水格局为：西凉湖与斧头湖、鲁湖流域实行分区排水，斧头湖（鲁湖）涝水共用排水通道-金水河，通过金水闸自排、金口泵站和金口二站提排入江；西凉湖涝水通过余码头闸自排、余码头泵站和余码头二站提排入江。部分西凉湖涝水可通过六贯闸入金水河。区内共有一级排涝泵站 4 座，一级排水闸 2 座，节制闸 4 座，具体见下表：2.5 水系湖泊控制水位 根据湖北省五大湖泊防洪排涝与生态调度意见（鄂水利函 2021 20 号）湖泊现状及排涝调度要求，中国科技期刊数据库 工业 A-171-制定湖泊三级控制水位，主要湖泊控制水位见下表：鲁湖、斧头湖、西凉湖汛限水位 4 月 15 日至 7 月 31 日为 21.00m，8 月 1 日至 10 月 15 日为 21.50m 3 存在的问题 3.1 排水河道淤积严重，过流能力衰减 经过多年的综合整治，金水流域排涝标准达到 10年一遇，湖泊整体防洪标准达到 20 年一遇。但由于多年来，金水河和余码河没有进行综合治理，河坡滑坡、坍塌，水土流失淤积以及修桥修闸围堰清除不彻底，乱倒垃圾废物，堤坡种植作物等，导致排水河道排洪过流能力减弱，特别是新建金口二站，余码头二站后，排水河道过流能力不足更加明显，导致外排泵站不能及时有效降低大湖水位。3.2 湖堤单薄，堤高低矮 根据流域规划，1998 年后，虽然对湖泊、河道堤防进行了加高加固，堤防高程达到规划要求，但堤身单薄，很多堤段无压浸台。在 2010 年、2016 年、2020年湖泊高水位的年份暴露的问题突出，特别是斧头湖的东湖围堤、南大堤堤身分别出现了多处滑坡，向阳湖围堤出现大范围的散浸。大风导致湖浪过顶频繁发生，防浪墙配建缺失。3.3 设施设备外排能力不足 金水流域的排涝设施设备相对薄弱，2016 年前，外排泵站只有金口泵站 144m3/s 和余码头泵站 64m3/s，两站流量共 208m3/s。2016 年湖北省水利补短板新建金口二站 96m3/s 和余码头二站 64m3/s，增加外排流量160m3/s，但仍然不能满足流域需要。根据现状法泗闸和鲁湖闸的调度规程，当斧头湖、鲁湖水位险情基本相同时，法泗闸控泄流量为 120m3/s。而实际调度中，法泗闸下泄 120m3/s 后，鲁湖湖水难以自排，因此咸宁和江夏两地多次为法泗闸的启闭问题产生矛盾。2010 年、2016 年、2020 年大水年，各湖泊均超保证水位，两地政府均派驻人员在法泗闸长期值守，存在发生群体事件的隐患。因此需新建鲁湖泵站，从根本上解决鲁湖水系排涝问题，缓解咸宁、江夏两地关于法泗闸下泄流量的调度矛盾。必要时还可以通过鲁湖闸将斧头湖涝水引进鲁湖，通过鲁湖泵站协排，缓解斧头湖排涝压力。3.4 沿河排田闸站不完善或老化，年久失修 金水河沿线地势低洼，一遇大水年份，因外排能力不足，农田渍水难以自排入金水河，往往容易发生积水现象。沿河现有的排河渠道、排水管网、闸站等淤积、不完善或老化，无法满足流域内大雨量降雨排水需求，导致淹没农田积水问题比较突出。3.5 排涝调度矛盾突出 目前排涝调度由各行政区分级下达，调度不畅。金水流域涉及跨市、县（市、区），防洪排涝和生态调度矛盾突出、协调难度大，流域内的排涝工作缺乏综合管理。随着近年来对水生态、水环境要求的提高，排涝调度问题更显突出，既要保水，又要及时排水。目前流域内的主要排涝工程为四站（金口泵站、金口二站、余码头泵站、余码头二站）六闸（金水闸、余码头闸、法泗闸、鲁湖闸、六贯闸和两湖连通闸），各排涝设施之间缺乏协调配合。虽然金水流域有湖北省五大湖泊防洪排涝与生态调度意见（鄂水利函202120 号）作为指导，而余码头泵站、余码头二站、余码头闸、六贯闸、两湖连通闸由咸宁市地方调度，金口二站、金水闸、鲁湖闸由江夏区调度，金口泵站、法泗闸由省水利厅直接调度，在实际调度运用时，存在调度不畅，协调配合矛盾。2010、2016、2020年因鲁湖湖水难以自排，咸宁和江夏两地多次为法泗闸的启闭问题产生矛盾，两地政府均派驻人员在法泗闸长期值守，综合管理统一调度相对薄弱。秋冬季斧头湖生态保水，法泗闸保持生态流量下泄由省厅调度而下游金水闸由江夏区地方管理，上下游不能及时协同开关闸配合，往往导致金水河水位过低，或开闸流量不匹配，极大地影响沿河居民生产生活用水。3.6 水利信息基础设施不完善 当前，流域内水利信息基础设施亟待完善，标准化、规范化、信息化建设硬件软件方面还存在诸多短板。水利感知网建设方面，水利信息化采集站点数量和质量还无法满足实时获取泵站开机数量，水闸开度流量，水雨工情、环境等图文、视频信息的要求。4 对流域防洪排涝的展望 金水流域防洪排涝体系由湖、河及排涝闸站等组成。其中斧头湖、西凉湖和鲁湖对整体防洪排涝系统影响很大、湖泊调蓄改变了金水流域洪水过程，在兼中国科技期刊数据库 工业 A-172-顾社会经济发展需要以及湖泊在供水及水环境水生态方面的作用下，湖泊实现分区排水高水高排和统一调度，建设数字孪生流域，是金水流域防洪排涝体系发展的必然要求。4.1 疏浚排水河道 对从未疏浚过的排水河道金水河和余码河进行疏浚，清除滑坡塌方障碍、杂物和因工程施工遗留的各种阻水障碍物，对两岸河堤进行整险加固护彻，恢复原有的过流断面，满足外排泵站抽排能力的要求。4.2 整修加固湖堤 完善湖堤防浪墙，对丰收堤、东湖围堤、向阳湖堤堤身加厚，堤脚压浸台加宽加高，对部分存在散浸堤段迎水面进行护彻护脚。4.3 更新改造沿河排田闸站、沟渠、管道 对排水河道沿线排田闸站进行更新改造，根据实际需要新建和改造现有的泵站和水闸等基础设施，疏挖农田排水沟渠，疏通排水管网，及时有效排泄农田渍水。4.4 新建鲁湖泵站，改善区域内的防洪排涝调度矛盾，是实现分区排水的重要举措 新建鲁湖泵站后三大湖泊都有自己独立的外排泵站，既能够及时抢排所担负的湖泊渍水，又能够协排上游湖泊的来水，解决了斧头湖、鲁湖需要同时排水而上游来水顶托鲁湖湖水不能自排的问题。也解决了大水年份咸宁和江夏两地因法泗闸的启闭问题产生矛盾，外排能力的提高，也解决了沿河两岸农田排涝能力不足渍水不能自排入金水河的问题。4.5 建立流域管理机构，实现流域的统一调度，最大限度的发挥现有水工程的作用 目前流域内的排涝工程设施较多，涉及武汉市、咸宁市的三个行政区，其中关键的控制性水利工程有 4座泵站（金口泵站、金口二站、余码头泵站、余码头二站）、6 座水闸（金水闸、法泗闸、鲁湖闸、余码头闸、六贯闸、两湖联通闸），水文站点若干。流域防洪排涝影响因素诸多且相互关联，当前各水利工程分属不同行政区、不同业务部门管辖，其运行工况及水雨情信息发布渠道各自独立，调度管理效率不高。并且随着河湖水生态和水环境的要求也越来趆高，既要保水又要及时排涝，建立流域管理机构实现流域的统一调度可以最大限度地发挥现有工程的作用，确保水资源的合理利用和分配，减少水资源的浪费和冲突，是实现水资源可持续发展和高效利用的保障。流域管理机构负责流域内水资源的统一调度和管理并协调各闸站的运行，避免现有的调度由各行政区分级下达和不畅的矛盾。4.6 建设数字孪生流域，为防洪排涝决策提供科学依据 通过数字孪生流域，实现对金水流域水资源分配、洪水预警、水质管理、生态保护等方面的精确监测和预测。精准调度流域内的闸站，优化流域水资源管理和环境保护策略，提高水资源利用效率和环境可持续性，确保流域安澜。目前省管金口泵站为了加强金水流域统一调度管理，充分发挥厅直单位排头兵作用，以泵站更新改造为契机，推动了金水流域部分闸站联合调度数据支撑系统建设，向数字孪生流域迈出了第一步。该系统部署在楚天云，将采集金水流域内金口泵站，金口二站、金水闸、鲁湖闸、法泗闸、六贯闸两站四闸的基本运行及水文信息，通过 GIS 技术在地图多点展示工程运行情况，水闸上下游水位、进出口视频快照等信息。通过物联网技术，将关键性的闸站信息上传云端，实现在互联网、手机 APP 展示泵站、水闸的运行情况。该系统采用分布式结构布局，为后期可以方便地接入更多闸站的水雨工情信息打下了基础，为省水利厅科学研判提供精准的数据支撑，也为以后金水流域数字孪生平台建设提供基础的采集数据。参考文献 1张涛.基于流域生态安全理念的多尺度城市防洪排涝研究D.重庆:重庆大学,2023.