水闸闸群科学调水报告

1、水闸闸群科学调水实验报告一、前言随着时代的发展，社会的进步，人们对水环境的期望值越来越高，对水安全的意识也与日俱增，如何巩固三年水环境的成果，真正做到“水清、岸绿、鱼游”的水生态环境，科学合理的调度水闸运行，最大限度的引清排污显得尤为重要。为此，我所以贯彻落实科学发展观为契机，积极探讨优化闸群调控组合方案，力争通过闸群的科学调控，创造一个优美的水环境。90 年代初期，为了改善奉贤地区的河道水质状况，在全面调查研究的基础上，我所制定了奉贤县水闸调度运行方案。但近年来，随着洪庙、四团水闸的拆除；中港水闸的扩大翻建；浦南运河、三团港与南汇区水系的沟通；以及 2010 年金汇港南闸的外移扩建，奉贤区水

2、情工况出现了前所未有的巨大改变， 为了更深一步地了解奉贤区区管各水闸的引排水能力， 了解闸群开启后区域内河道载体中水流的分向和水质变化，为科学调控闸群的最大优化提供基础性的理论数据，我所通过水闸的不同开启方式对水闸的调水能力进行了实验。二、调水实验的目的（ 1）了解掌握中港水闸自 2004 年扩大翻建以来的排涝（排污）能力与周边来水的分量情况，南汇来水分量状况；（ 2）为 2010 年金汇港南闸外移翻建排涝运行方案及应急预案提供依据；（ 3）了解常规运行下闸群开启对区域河道水体的拉动能力，各水闸的引排水能力；（ 4）通过深化分析， 推求奉贤区大暴雨降水水位升幅的关系，1进而推求河道载体平均每

3、1 公分水量，再推求奉贤区每座水闸的引排水能力对区域排涝能力分比关系。从而使每座水闸的调度更为合理。（ 5）掌握非常规情况下的水闸排水能力及对防汛的影响。三、调水方案的选择（ 1）仅中港排水。（ 2）中港、南门港、竹港出海闸排水。（ 3）中港、南门港、竹港出海闸排水、金汇港北闸引水。（ 4）区域内按常规模式运行即：金汇港北闸、白庙水闸、南横泾水闸、南竹港水闸、南沙港水闸、巨潮水闸、千步泾水闸引水；金汇港南闸、中港水闸、南门港水闸、南竹港出海闸排水。（ 5）区域内非常规运行： 12 座水闸全部投入排水。四、实验的结果1、中港排水量的测定9 月 1 日中港水闸排水 6 小时 30 分钟，总排水量为

4、 355.2 万 m3，断面平均流量为151.8m 3/s，断面平均流速达到1.11m/s 。从理论与实际断面来分析， 9 月 1 日下午人民塘河东，西2 断面的流量加上中港近友谊河断面的流量， 应该等于中港固定断面的流量，因为这是三条水道进入中港的扇形分叉道。9 月 1 日下午这三条水道同时测得的累加流量为 365.4 万 m3，与固定断面355.2 万 m3 相比，误差 +10.2万 m3，其误差率为±2.9%。在 3 条分叉河道中，测得人民塘河东断面水量为119.1 万 m3，这部分流量为南汇边界来水，则（119.1/355.2 万 m3）证明中港排涝的水量中有 33.5% 的

5、水量来源于南汇流域。23、沿杭州湾中港、南门港、出海闸的流量为了解在金汇港南闸建闸期间沿杭州湾中港、南门港、出海闸的排水能力， 9 月 2 日下午，上述三闸在15:30 分后陆续开闸放水。其中中港开闸历时（15:30 21:53 分）6 小时 23 分，实测排水量为 376.5万 m3 ；南门港开闸历时（ 15:30 21:40 分）6 小时 05 分，三巡测断面合计排水量为 40.96 万 m3；南竹港出海闸开闸历时 （15:55 21:40分）5 小时 45 分，实测排水量 65.29 万 m3 。三闸合计排水量为482.75万 m3 。4、常规模式运行骨干河道流向的测定1、其中金汇港北闸

6、开闸引水的起始时间为13:40 ，水流到达浦南运河交叉口的时间为 14:30 分，水位为 2.77m 。其时金北水位站闸内高水位为 3.04m ，金汇港北闸距浦南运河口为 9km ，所以比降为 3 /100000 ，即每 km 水位下降为 3.0cm 。2、金汇港引水对西部区域的水动力作用较强，水流到达庄行镇镇区，流速还可达到 0.22m/s ，如在南竹港出海闸开闸排水的情况下，基本上一个潮次都能将西部地区河道水体拉动。3、金汇港一潮引水的拉动范围东可到奉新港，西可到巨潮港。依据流向观测表明， 在中港水闸排水的情况下， 水流拉动的位置北侧为四团港交浦南运河处。 因此，奉城东南部、四团地区是流速

7、的盲区，一潮水的引排对该两地区的河道水量补充不大， 是靠水位的缓慢补充来更换水体的，须在 34 潮水引排的共同作用下，方能改善该两地区的水质条件。4、依据金汇港北闸开闸引水，到达金汇港光明大桥水位比降、断面平均流速0.35m/s 来判定（其时金汇港南闸未排水） ：水流在 2小时左右即已到达海湾旅游开发区（星火农场地区）漫散。故随后金3汇港南闸即开闸排水， 则北闸一潮水作用不大， 来不及向东部推动水体，对全区范围调水作用也不大，起不到引清排污的目的。但如果是金汇港内污染，则可迅速排除金汇港内的污染水体。五、各水闸排涝能力1、区管水闸水量推算方法我所依据 1991 年各水闸实测的引排水量求其平均值

8、来乘以时间来推算水量，并沿用至今。（ 1）奉贤区水闸管理所依据 1991 年前的水文站测流资料，进行区管水闸引排水水量的估算， 与水文站的推流方法作比较， 其估算的方法基本上是可行的，其准确率在 80% 左右。与水文站推流方法有一定误差的原因是其还要考虑冬、 春季节的引排水状况， 故该方法代表的是年平均的水量估算。（ 2）中港水闸自 2004 年 8 月建成投入运行后未进行排水量估算方法的确定，目前按 40 万 m3/h 来估算水量的方法与实测资料比较，显得偏小，其准确率在 73% 左右，按此次的实测流量 48 万 m3/h 来估算中港的排水量较为科学。（ 3）通过本次调水实验的实测资料，南竹

9、港出海闸的水量估算方法也属偏小，目前按 6 万 m3 /h 的估算与实测资料比较，其准确率仅占 55% 左右，加上南竹港内外河由于排水频繁，河道断面工况明显在逐年刷深、扩大，按 9 万 m3 /h 来估算南竹港出海闸的排水量较为准确。六、奉贤区域最大排涝能力分析奉贤区的 12 座区管水闸的水位调节功能不仅担负着区域饮用水、工农业用水、航运用水、渔业用水等方面的安全保障，而且在区4域遭受台风、 大暴雨期间的防汛排涝工作中发挥着巨大的作用。分析评价了各水闸的引排水估算方法以后，进一步引申到区域大暴雨与水位的增幅关系分析，按区域总面积采用中值2001 年统计年鉴，69535万 m2 ；区域水面积采用

10、 2001 年中值 11.33% ，为 7794 万 m2。经计算分析，奉贤区域暴雨、大暴雨所产生的平均径流系数为 0.74 ；其折合平均 1 公分水量为 78.7 万 m 3。奉贤区群闸调动， 一潮最大能排出多少水量？在大暴雨期间河道水位究竟能下降多少？这是区防汛指挥部领导、 区水务局领导、 包括水闸所急于想了解、 却都因为历史的原因一直未能解决的问题。 在经历了 2005 年“麦莎”台风，2009 年的“7.30 ”“8.2”和莫拉克台风之后，在明确了各水闸引排水设计能力与区域河道平均下降1 公分水量为78.7 万 m3 后，可以进一步求取区管12 座水闸一潮最大排涝能力，为奉贤区今后的防

11、汛工作提供科学性、决策性的基础数据。 奉贤区区管水闸一潮最大排涝能力分析由设计最大排涝能力与区闸管所常规估算方法列表计算而得。表中最大运行时间按照水文统计规定取万秒，水位下降由最大运行时间×设计排水能力÷ 78.7 万 m 3。具体见下表：奉贤区区管水闸一潮最大排涝能力分析项目最大最大运设计排水位下估算水排水水位下取 2 倍单排水行时间水能力降量量降位量水闸万秒m3 /s万 m3Cm万 m3/h万 m3Cmcm金汇港北1.803205767.3864.83244.158.30闸5白庙水闸1.8055991.273.6180.230.46南横泾套1.80751351.737.

12、0350.440.88闸南竹港套1.80901622.077.84390.501.00闸南沙港套1.80901622.077.84390.501.00闸巨潮水闸1.80751351.735.0250.320.64千步泾水1.8030540.693.0150.190.38闸浦南西闸1.44751081.385.0200.250.50中港水闸2.162365096.5248.02883.697.38南门港水2.16982122.717.0420.531.06闸金汇港南2.16540116614.9457.63464.438.86闸竹港出海闸2.161222633.379.0540.691.38合计

13、45.8615.9231.84经过上表综合计算， 得出奉贤区区管水闸一潮最大排涝的设计能力为 46cm ，如按以往的常规计算仅16cm ，二组数据相差较大，难以取舍。下面以“麦莎”、“7.30 、”“8.2、”“莫拉克”为例作分析：（1）2005 年“麦莎”台风期间的水位变化分析。2005 “麦莎”台风期间日降水量达203.2mm ，创近 50 年来历史之6最；河道水位 3.75m ，也为近年来（ 1989 年奉贤区水利大包围形成后）历史之最，暴雨期间最高水位升至 3.75m （此时，暴雨已停止），在群闸全部打开排涝后， 水位降至 3.17m ，关闸后水位回升到 3.45m ；继而再开闸， 水

14、位降至 2.86m ，再关闸后水位再升回到 3.09m 。故第一次的开闸水位虽然下降了 58cm ，但这仅反映区级骨干河的状况，关闸后小河、沟渠、田野之水迅速向骨干河道汇集，水位回升到3.45m ，因此，第一次的开闸排涝实际降低水位为 30cm ；同理，第二次的开闸排涝实际降低水位为 36cm 。证明奉贤区区管水闸排涝能力达不到设计最大排涝能力的优化组合， 但已占最大设计排捞能力的 78% （ 36cm/46cm ）；证明目前排水量估算在大暴雨期间属偏小，如果取 2 倍则为 32cm ，与真值比较吻合。（2）7.30 大暴雨水位变化分析7 月 30 日上午 8：00 水位为 2.82m ，通过

15、各水闸运行排水预降水位，到下午 14 ：00 时，区域骨干河道水位下降至2.69m ，也就是说水位预降了13cm 。依据对流量的估算，在7 月 30 日预降水位过程中，各水闸共排出水量为 1091.1 万 m3 。依据 1 公分水量为 78.7 万 m3，则 1091.1万 m3 ÷78.7 万 m3=13.86cm ，与水位过程线所反映的真值相符， 具有较高的置信度。（ 3）8.2 大暴雨水位变化分析8 月 2 日 8：00 时南桥站水位为2.97m ，通过各水闸运行预降水位， 16： 00 时水位下降到2.75m ，预降水位的效果是水位下降了22cm 。按上述同等方法测算出8 月

16、 2 日各水闸共排出水量为1377.267万 m3 ，则 1377.26 万 m3÷78.7 万 m3 =17.5cm ，与水位迹线对照误差4.5cm 。而从南汇东北区域的来水分析，中港排涝的 1/3 水量来自于南汇。按当日该潮次中港排水 476.16 万 m3 计算，则有 158.72 万 m 3 水量来自于南汇区域，折合水位为 2cm ，而在 7.30 暴雨分析中，其南汇来水状况也在 13cm 真值与 13.86cm 计算值中体现。计算值大于水位迹线的真值， 其客观反映的事实就是南汇来水。 故扣除南汇来水因素，其误差在 2cm 左右，比较符合实际。（4）0908 号莫拉克台风水位

17、变化分析莫拉克台风来临前，由于按照区防汛办努力把水位控制在 2.50 米以下，沿海水闸 6 日、7 日、8 日的连续排水，至 9 日晚上 20 ：00时区域骨干河道的水位已降至 2.44m 左右。莫拉克台风型暴雨影响奉贤区域集中在 10 日 1：005：00 时时段，沿江沿海水闸于 4：0 左右即开始排水。所以，上述水位曲线所反映的是暴雨中、排水模式中的水位变化过程， 与 7.30 大暴雨、8.2 大暴雨预降水位模式有着很多的区别。按水量估算方法， 8 月 10 日早潮群闸排涝合计水量为 1310.4 万 m 3，折合下降水位 1310.4 万 m3÷78.4=16.6cm 。而当日

18、南桥水位由 3.13 米逐渐下降至 2.72m ，关闸后 18 ：00 时水位回升到 2.82m 。故本潮次开闸虽然水位下降了 41cm ，但这仅反映了区级骨干河道情况，关闸后小河、沟渠田野之水迅速向骨干河道汇集， 水位回升到 2.82m ，因此，该潮次开闸实际降低水位为31cm ，与河道实际库容水量不相符，证明目前在大暴雨运行排涝中水量估算偏小。0908号莫拉克台风型雨 9 日 10 日奉贤区域的累积平均雨量为94.7mm ，区域骨干河道的水位升幅应在65cm 左右，水位迹线反映是9日20：00 时区域河道水位稳定在2.44m 左右，故实际就反映的8水位升幅为 69cm ，误差 -4cm ，为 5.7% ，在区域的水量平衡中属允许范围。同时，这也是反映了在 2.44m 水位时河道容体小，故水位上升幅度大于理论上平均上升幅度的