退田还湖后赣皖江湖洪水关系分析

退田还湖后赣皖江湖洪水关系分析

1退田还湖导致说明芜湖位于长江南岸和江西省北部。鄱阳湖是长江最大的通江湖泊，也是我国最大的淡水湖泊，它承纳赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河流及湖区各支流之来水，经调蓄后由湖口注入长江。鄱阳湖在湖口与长江一口相通，在长江高水期承纳长江洪水的倒灌入湖，对长江洪水起调蓄作用。因此，鄱阳湖的调蓄作用不仅对鄱阳湖区有防洪作用，而且对于长江中下游总体防洪也具有重要意义。然而，长期以来，人们为了满足日益增长的人口对粮食的需求和能有一个稳定的生产、生活环境，鄱阳湖区和长江中下游其他地区一样，不断地对江湖洲滩进行围垦，使得江湖面积逐渐减小，导致江湖行洪、蓄洪能力下降。历史上长江中下游有众多的湖泊与洼地调蓄洪水，至1949年尚有通江湖泊面积17200km2，目前只有鄱阳湖和洞庭湖2个通江湖泊，共有湖泊面积6600余km2。据调查，1954～1978年，鄱阳湖区在21.00m高程围垦总面积就达1210km2。鄱阳湖区1978年以后基本停止了围垦，天然湖面相对稳定，湖口站水位22.50的湖水面积为4060km2，相应容积316亿m3。1998年长江发生次于1954年的大洪水时，长江中下游宜昌至大通河段中，大部分河段及洞庭湖、鄱阳湖的水位均超过历史最高水位，鄱阳湖水位达22.59m，超过1954年洪水位0.91m。鄱阳湖区遭受了非常严重的洪涝灾害，湖区大小圩堤溃决数百座，其中有138座保护农田66.7hm2以上的圩堤溃决，淹没耕地4.60万hm2，受灾人口60万人。1998年大洪水后，在国务院治理大江大河的“三十二”字方针指导下，鄱阳湖区开展了大规模的“平垸行洪，退田还湖，移民建镇”工作，目前该项工作已基本完成，实施平退圩堤270座(引自《江西省平垸行洪、退田还湖工程措施总体实施方案（修订本）》，江西省水利规划设计院，2002年)，实现了高水还湖面积873.1km2。鄱阳湖区“平垸行洪，退田还湖”的实施对降低湖水位究竟有多大作用？退田还湖后鄱阳湖地区的防洪减灾形势如何？对江湖关系将产生怎样的影响？这不仅是水利部门关心的问题，相关研究领域和社会各界对此也十分关注。本文根据鄱阳湖区退田还湖的实际情况，通过调查分析，按实际平退圩区面积编制了圩区的高程容积关系曲线，并采用洪水模拟分析的方法，计算出退田还湖后降低湖口站洪水位的作用，为正确评价退田还湖的防洪减灾作用和明确退田还湖后的防洪形势提供科学依据，使湖区防洪减灾工作更有针对性，从而实现湖区经济社会稳定、快速和可持续发展。2同湖：单退圩堤建设鄱阳湖区平垸行洪、退田还湖工作从1998年起开始实施，经过几年的努力，鄱阳湖区（不含五河尾闾区）实际平退圩堤270座，实现了高水还湖面积873.1km2。在270座平退的圩区中，有91座总面积130.7km2为双退圩区，圩区内有耕地面积7870hm2。179座总面积742.4km2为单退圩区，圩区内有耕地面积56163hm2(圩区面积在667hm2以下的154座，总面积265.5km2，圩区面积在667hm2以上的25座，总面积为476.9km2)。为了确保纳入“平垸行洪，退田还湖”的双退圩区能够还河、还湖，增加河湖的行洪能力以及单退圩区在河湖水位达到规定的圩区进洪水位时能及时进水的蓄洪要求，江西省已对湖区的平退圩堤采取了适当的工程措施:(1)对于双退圩堤分别在圩堤上、下游设置一个扒口，扒口长度100～300m，扒口深度为相应湖口水位18.50m；(2)对于圩区面积在667hm2以上单退圩堤采取新建滚水坝一座、进出洪闸一座的工程措施，滚水坝的坝顶高程为相应湖口水位21.68m；(3)对于圩区面积在667hm2以下单退圩堤按相应湖口水位20.50m的进洪水位改建进出洪闸一座。3通过分析和计算，揭示了汉江湖区退田回归湖泊减少洪水流量的影响3.1退田还湖后的洪水演化由于鄱阳湖与长江是连通水体，鄱阳湖汛期高洪水位主要受长江洪水控制，因此，分析鄱阳湖区退田还湖的蓄洪作用，特别是降低鄱阳湖洪水位的作用时，应将长江汉口～湖口江段及鄱阳湖作为一个调蓄整体来进行研究。如果仅按鄱阳湖的五河来水或由退田还湖圩区增加的容积按静态、孤立的方式进行计算，可能会造成计算的水位降低值偏大，不利于正确评价退田还湖的防洪作用，也不利于认清退田还湖后的防洪减灾形势。湖口水文站既是鄱阳湖水系出湖控制站，同时也是鄱阳湖区和长江防洪的代表站，因此，鄱阳湖区退田还湖的防洪效果，应以其降低湖口站最高洪水位的多少来评价。为较全面、准确地评价鄱阳湖区退田还湖的防洪作用，本文根据洪水在长江和鄱阳湖的运动规律，采用水文学洪水演进的方法，按鄱阳湖洪水与长江洪水遭遇和组合情况，从湖口站实测水位超过19.00m（防洪警戒水位）的大洪水年中选择1954年、1962年、1969年、1973年、1983年、1995年、1996年、1998年和1999年共计9个洪水代表年，从5月1日～10月31日逐日进行洪水调蓄计算，推求出退田还湖前、后的湖口站水位过程以及退田还湖降低湖口站最高洪水位值。水文学洪水演进计算的基础是水流连续方程和动力方程，将方程离散简化，建立该江段的水位～容积、水位～泄流量关系和水量平衡方程，得到以下联立方程组：式中：Q总入流为汉口流量、汉口～湖口支流流量、鄱阳湖五河七口控制站流量及区间流量等几部分考虑传播时间叠加之和；Q出流为湖口以下长江干流八里江断面出流；V为鄱阳湖容积与汉口～湖口江槽容积之和；Z湖口为湖口水文站水位；ΔZ湖口为湖口水文站水位日涨落率；Δt为计算时段长。3.2退田还湖积水持续增长鄱阳湖区退田还湖降低洪水位作用的计算，所需的基本资料有：(1)江槽与鄱阳湖容积曲线：长江汉口～湖口河段江槽曲线和鄱阳湖退田还湖前容积曲线均采用最新成果。(2)湖口站水位流量关系：采用“湖口水位流量关系曲线（1976年情况）”，简称“现状线”。(3)退田还湖圩区容积曲线：收集并用万分之一地形图校核了新妙湖圩、南北港圩、水岚洲圩、新培圩、马咀圩、莲北圩、莲南圩、河西联圩等25座667hm2以上单退圩堤的容积曲线，汇总后得到476.9km2单退圩区的容积曲线，并由此容积曲线和鄱阳湖圩区容积曲线(引自《鄱阳湖1:2.5万水下地形图的编绘和不同高程面的面积容积量算》，江西省测绘局制图室，1987年)，按水文比拟法分析计算得到其他667hm2以下的154座单退圩区和91座双退圩区的容积曲线；汇总后得到退田还湖面积873.1km2的容积曲线。退田还湖后鄱阳湖高水位时（湖口站22.50m）增加鄱阳湖调蓄容积43.29亿m3，其中单退圩堤面积742.4km2，增加湖泊调蓄容积36.81亿m3。(4)1954年洪水的汉口站入流过程，采用汉口以上地区按1980年长江中下游防洪座谈会确定的控制水位和计划分洪量分洪后的流量过程。3.3不同退田还湖前后洪水还原分析鄱阳湖区的退田还湖圩堤有“单退”和“双退”之分，由于“单退”与“双退”对洪水的调蓄效果不同，为了对比分析，以更好地说明单退圩堤的防洪作用，需对退田还湖前的洪水进行还原计算，并对双退、单退圩堤降低洪水位分别进行了计算。3.3.1返回农田，归还湖泊前的洪水依然计算3.3.2降低湖口洪水位将鄱阳湖区纳入退田还湖的圩区当作“双退”考虑，利用这些圩区增加湖泊的天然湖面、容积，扩大湖泊的蓄洪能力，计算降低湖口洪水位的效果。双退圩堤的还湖面积不同，其降低湖口站洪水位的作用不同，双退圩堤降低洪水位的作用按实际双退面积130.7km2和将所有退田还湖面积873.1km2两种情况计算。双退圩堤降低湖口站各年洪水位及减少1954年分洪量计算成果见表1。3.3.3．单退圩区“退田还湖”优化结果本部分是按鄱阳湖区退田还湖实际情况进行计算的，鄱阳湖区91座双退圩堤已经被平毁，已恢复鄱阳湖天然湖泊调蓄面积130.7km2。因此，分析单退圩区的防洪作用应在此基础上进行。即130.7km2“双退”圩区按天然湖泊调蓄洪水，“单退”圩区以设计进洪水位为控制，进洪水位以下的有效容积按分蓄洪区容积使用，湖水位达到进洪水位时分蓄部分洪量，进洪水位以上容积仍为天然调蓄容积，由此计算单退圩区“退田还湖”降低湖口洪水位的效果。(1）圩区面积在667hm2以下单退圩区进洪：在130.7km2圩区面积的双退实施后，各典型年的最高水位在20.62～22.61m之间，高于667hm2以下单退圩堤启用的进洪水位20.50m，故需启用154座667hm2以下的圩区进行蓄洪，这部分圩区的总面积265.5km2，按相应湖口站水位20.50m开始进洪，有效分洪容积6.65亿m3。单退圩堤降低湖口站各年洪水位及减少1954年分洪量计算成果见表2。(2）圩区面积在667hm2以上单退圩区进洪：在154座667hm2以下的单退圩区进洪蓄水后，尚有1998年、1999年、1954年的洪水位高于667hm2以上单退圩堤的启用水位21.68m，故需启用667hm2以上单退圩区蓄洪，25座667hm2以上单退圩区总面积476.9km2，相应湖口站水位21.68m的有效蓄洪容积16.36亿m3。其运用方式为：154座667hm2以下单退圩区仍按相应湖口站水位20.50m开始进洪蓄水，6.65亿m3的有效蓄洪容积蓄满后，湖口站水位上涨至21.68m时开始启用25座667hm2以上的单退圩区进行蓄洪。经计算，179座总面积为742.4km2单退圩区降低1998年、1999年湖口站最高洪水位分别为0.24m、0.24m。详见表2。3.4退田还湖降低洪水的作用由上述不同的计算方案可见：(1）同样大小的圩区面积双退后滞洪降低鄱阳湖水位的作用，要比按单退分蓄洪水降低鄱阳湖洪水位的作用小得多。全湖区270座圩堤均按双退计算，其873.1km2圩区面积降低湖口站1998年的洪水位仅0.10m；按退田还湖实际情况91座圩堤（130.7km2）双退和179座圩堤（742.4km2）单退计算，其降低湖口站1998年的洪水位为0.25m。(2）退田还湖的防洪作用与洪水大小和洪水过程的类型有关。对于一般性大洪水，退田还湖降低洪水位的作用较大；对于最高洪水位超过10年一遇水位（21.75m）的大洪水，退田还湖降低洪水位的作用较小。例如，在130.7km2面积的双退+265.5km2的单退方案中，1969年、1973年降低最高水位分别为0.18m、0.17m，而1998年降低最高水位仅0.08m,1999年降低最高水位仅0.11m；对复峰型洪水，退田还湖对第一次洪峰的削峰作用较为明显，对后续发生的洪峰削峰作用较小，1998年洪水的第一次洪峰降低水位值为0.13m，第二次洪峰降低水位值为0.08m。(3）由三峡工程防洪运行前的汉口流量，按873.1km2圩区作双退计算，减少1954年的分洪量仅6.8亿m3；按退田还湖实际情况（双退+单退）计算，可减少1954年的分洪量17.3亿m3。可见，单退圩区的蓄洪作用要比双退的调蓄作用大得多。4退田还湖后湖口附近地区的洪水特征鄱阳湖区平垸行洪、退田还湖工程实施后，鄱阳湖高水位时湖面虽有较大增加，但是，根据实际运用情况分析计算，其降低鄱阳湖最高洪水位还是有限的，1998年降低水位0.25m。因此，那种认为“平垸行洪、退田还湖工程实施后，鄱阳湖的面积将恢复到1954年的水平”、“鄱阳湖区的防洪问题已基本解决”等论点过于乐观，对鄱阳湖区的防洪极为不利。正确认识鄱阳湖区平垸行洪、退田还湖后防洪减灾形势，是做好未来防洪减灾工作的前提。经分析，湖口站20年一遇洪水位为22.47m,10年一遇洪水位为21.75m,5年一遇洪水位为20.91m。鄱阳湖区667hm2以下单退圩区的启用水位20.50m相当于约4年一遇洪水位，667hm2以上单退圩区的启用水位21.68m相当于10年一遇洪水位。由表2可见，对5～10年一遇洪水，经增加130.7km2双退圩区作为天然湖面、再启用265.5km2的单退圩区蓄洪后，可降低洪水位0.12～0.18m，使湖口站洪水位低于21.68m，而1998年洪水位相当于20年一遇，将所有退田还湖圩区全部启用后，仅能降低水位0.25m，最高水位为22.37m,高于10年一遇洪水位。1954年洪水作为长江中下游防洪的防御目标，经长江水利委员会的研究和1980年长江中下游防洪座谈会确定的长江中下游防御1954年洪水，需在长江中下游分洪492亿m3，其中汉口以上地区分洪量为442亿m3，湖口附近地区以湖口站水位22.50m为控制，分洪量50亿m3（鄱阳湖和华阳河各25亿m3）。由于长江中下游江湖条件的变化，现状条件下湖口河段的实际泄洪能力比原采用的“规划线”偏小，按控制湖口站最高洪水位22.50m进行分洪计算（见表1、表2）：(1)三峡工程防洪运用前，按退田还湖前鄱阳湖容积曲线计算的湖口附近地区的超额分洪量为114.6亿m3；按退田还湖后鄱阳湖调蓄容积计算的湖口附近地区的超额分洪量为97.3亿m3；(2)三峡工程防洪运用后，并按退田还湖后调蓄容积计算的湖口附近地区超额分洪量仍达82.5亿m3。但是，湖口附近地区已建的分蓄洪区是按承担50亿m3分洪量规模建设的，退田还湖工程实施后，在充分发挥好鄱阳湖区单退圩区以及康山、珠湖、黄湖、方洲斜塘和华阳河区的已建分蓄洪区的滞洪、蓄洪作用后，湖口附近地区尚有32.5～47.3亿m3的超额分洪量无处安排，由此可见，退田还湖后湖口附近地区（含鄱阳湖区）仍难以防御1954年型洪水。鄱阳湖区共有保护农田面积667hm2以上圩区95座，只有45座列为重点圩区（其中新妙湖圩、南北港为已作为单退圩区），到目前为止仅有赣抚大堤、南昌市城市防洪堤和鄱阳湖一期工程12座圩堤以及鄱阳湖二期15座圩堤共计29座圩堤达到抗御相应湖口水位22.50m的防洪标准，其余的16座3333hm2以上的重点圩堤现状的抗洪能力仅为5～10年一遇，不足以防御相应湖口21.68m的洪水位。尚有50座（其中10座为单退圩区）保护农田面积在667～3333hm2圩区的设计抗洪能力为相应湖口站水位21.68m，目前的实际抗洪能力远未达到该标准。从上述分析可见，退田还湖工程实施后，可使鄱阳湖洪水位有所降低，在一定程度上缓解了湖区的防洪压力，但由于湖区整体防洪能力较低，多数圩堤仍难于抗御1998年、1954年型的洪水。因此，继续加高加固其他需要重点保护的圩堤，完善康山、珠湖、黄湖、方洲斜塘等分蓄洪区的建设仍十分必要，且不可因退田还湖的实施而放松对鄱阳湖区防洪工程的建设。5退田还湖工程前的洪水计算鄱阳湖区退田还湖工程实施后，经“双退”增加了天然湖泊蓄洪面积130.7km2，增加“高水蓄洪、低水种养”的单退蓄洪面积742.4km2，鄱阳湖调蓄洪水的面积和容积都有较大增加，不仅使鄱阳湖调蓄五河洪水的能力加大，同时也提高了鄱阳湖调蓄长江洪水的能力。也就是说，由此将引起江湖关系朝着更有利于长江防洪的方向变化：(1）更有利于长江洪水的倒灌入湖，增加了长江洪水倒灌入湖的水量和时间。鄱阳湖与长江成连通水体，由于江湖暴雨洪水的不同步，在长江主汛期的7～9月，鄱阳湖流域来水较少，湖水位受长江洪水顶托或倒灌影响而壅高，湖水面基本保持水平，鄱阳湖的出流减小，特别是在湖口站洪峰水位期和临近洪峰的涨水期出湖流量很小。而此时正是鄱阳湖区单退圩区高水还湖蓄洪的时间，单退圩区蓄洪后使得湖水位迅速下降，由此引起江湖关系的变化。对于退田还湖前已有倒灌的典型年洪水，将会增加长江洪水倒灌入湖的水量和时间，对原未发生倒灌的部分典型年将可能引起湖口流向由顺流转变成逆流，造成江水倒灌入湖。经按鄱阳湖区停止围垦的1980年以后典型年洪水分析计算：(1)1983年7～9月洪水，退田还湖工程前长江洪水倒灌入湖时间为9天，倒灌水量21.2亿m3；在退田还湖圩区蓄洪后长江洪水倒灌入湖时间为10天，倒灌水量30.4亿m3，增加倒灌时间1天，增加倒灌水量9.2亿m3。(2)1996年7～9月洪水，退田还湖工程前长江洪水倒灌入湖时间为13天，倒灌水量24.3亿m3；在退田