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平原湖區外江水位變化對排澇流量的影響.pdf

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第32卷第15期1262016年8月農業工程學報TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01.32No.15Aug.2016平原湖區外江水位變化對排澇流量的影響羅文兵1’2,王修貴2※,史德亮1,姚付啟1,錢龍2,王述海3,柯志剛3(1.長江科學院農業水利研究所,武漢430010;2.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點試驗室,武漢430072;3.荊州市水利局,荊州434020)摘要:為準確模擬排區澇水產匯流過程及水量,以湖北省四湖流域螺山排區為例,通過耦合SCS和MIKEll模型來建立排區尺度的澇水產匯流模型,分別采用1980年、1983年和1991年、1996年螺山泵站站前的實測水位數據對模型進行率定和驗證,并通過設置不同設計暴雨和外江水位的組合,以評估外江水位變化對排澇流量的影響。結果表明:率定期1980年和1983年模擬水位和實測水位的相對誤差分別為一0.20%和一0.40%,相關系數分別為0.980和O.952,效率系數分別為0.949和O.849;驗證期1991年和1996年模擬水位和實測水位的相對誤差分別為一0.10%和1.70%,相關系數分別為0.919和0.967,效率系數分別為0.782和0.906,表明耦合模型模擬效果較好,適用于螺山排區產匯流模擬。根據5年一遇、10年一遇3日暴雨與5年一遇、10年一遇汛期最高5日平均水位、泵站設計外江水位組合下排澇流量的模擬可知,在相同的設計暴雨下,外江水位越高,泵站的抽排流量越小,并且對內澇造成的不利影響越大。如按排澇泵站水泵的性能曲線進行模擬,精度將提高19.6%~53.8%。關鍵詞:排澇;模型;水位;排區;外江;流量;泵站doi:10.119751j.issn.1002—6819.2016.15.018中圖分類號:$276.1:P333.2文獻標志碼:A文章編號:1002—6819(2016卜15—0126—07羅文兵,王修貴,史德亮,姚付啟,錢龍,王述海,柯志剛.平原湖區外江水位變化對排澇流量的影響【J】.農業工程學報,2016,32(15):126-132.doi:10.11975/j.issn.1002—6819.2016.15.018http://www.tcsae.orgLuoWenbing,WangXiugui,ShiDeliang,YaoFuqi,QianLong,WangShuhai,KeZhigang.Influenceofouterriverfloodlevelondrainagedischargeinplainlakeareas[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2016,32(15):126—132.(inChinesewithEnglishabstract)doi:10.11975/j.issn.1002—6819.2016.15.018http://www.tcsae.org0引言中國南方平原湖區地勢平坦低洼,汛期暴雨頻發,受外江(湖)水位頂托,容易造成排水不暢,形成澇災。據統計,中國每年因受澇而造成的糧棉油減產量約占總產的5%,嚴重威脅我國糧食安全u,。近年來,隨著經濟社會的快速發展和人口的急劇增加,對平原湖區除澇提出了更高的要求p‘31。排澇工程是保障社會經濟安全和穩定發展的重要基礎設施,而排澇流量是確定排澇工程布局和規模的重要依據,開展排澇流量研究對于合理確定除澇工程規模,進行除澇系統調度進而減少澇災損失具有十分重要的意義。排澇流量主要與暴雨歷時、強度和頻率、排澇面積的大小和形狀、地形坡度、土壤性質、植被條件、地面覆蓋和作物組成、地下水埋深、河網和湖泊的調蓄能力、排水溝網配套情況及溝道比降等因素有關[41。而對于平原湖區,排澇流量還常受外江水位的影響。目前,有關排澇流量影收稿日期:2015—12—01修訂日期:2016—05—13基金項目:國家自然科學基金項目(51509010、51379153、51309016);中央級公益性科研院所基本科研業務費資助項目(CKSF2016028/Ns);“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAD08803)作者簡介:羅文兵(1986一),男,湖北荊門人,工程師,博士,主要從事農田排水方面研究。武漢長江科學院農業水利研究所,430010。Email:[email protected].tom※通信作者:王修貴(1962一),男,湖北廣水人,教授,博士,主要從事農田排水及水管理方面研究。武漢武漢大學水資源與水電工程科學國家重點試驗室,430072。Email:[email protected].edu.ca響因素的研究,主要在暴雨的確定方法”,、排澇流量與水面率M、調蓄容積嗍、綜合徑流系數吲、地面硬化率盯,、水旱比和灌溉方式”川之間的定量關系等方面取得了一定的成果,但較少涉及外江水位對排澇流量影響的研究。由于平原湖內排澇受外江水位的影響嚴重,因此有必要建立模型模擬外江水位變化對排澇流量的定量影響。外江水位對排澇的影響為u11:①閘門自排受外江水位頂托;②當外江水位較高時,泵站揚程增加,甚至被迫停機,抽排效率降低??梢?,在排澇計算中應考慮外江水位變化對排澇的影響。但現有的排澇模型大多假設排澇能力固定不變,如王臘春等n21建立的太湖流域洪澇災害模型中假設排澇能力為定值,全區域按排澇能力均勻向外排澇;盧少為等”加以洞庭湖腹地大通湖垸為例,建立了平面二維水流數學模型,分析了不同外洪條件和不同降雨組合下平原湖區的淹水情況,模擬中考慮了不同外河水位下泵站的工作狀況,但對于外河水位較高時,各主要外排泵站按照設計流量的80%進行抽排,未能按照泵站的性能曲線進行抽排??梢?,相關研究均未定量考慮外江水位變化對排澇的動態影響。針對以上不足,選用SCS和MIKEl1耦合模型來定量模擬外江水位變化對排澇的動態影響。其中,產流模擬選用的是美國農業部水土保持局(SoilConservationService)研制的小流域設計洪水模型——sCs模型””,該模型具有結構簡單、所需資料容易獲取、輸入參數少、適應性廣、可操作性好以及模擬結果準確度較高等優點u5?!?,并能夠描述不同植被覆蓋、土壤和前期土壤濕潤程度條件下的降雨
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