呂常亮，段 璆

（長沙市水利水電勘測設計院，湖南 長沙 410008）

1 項目背景

梅溪湖片區(qū)位于長沙湘江新區(qū)的核心區(qū)域。梅溪湖背靠長沙市岳麓山國家重點風景名勝區(qū)，坐擁龍王港水系，擁有優(yōu)美的景觀與完整的自然生態(tài)體系。

防洪、排澇等基礎設施建設是城市安全的保障。梅溪湖片區(qū)洪澇災害往往是外河洪水與本地暴雨遭遇時所致，洪水多發(fā)生在5～9 月份，其中6～7 月份最集中。梅溪湖片區(qū)的雨水均需流入湖泊后再排入龍王港，當龍王港水位較低時，湖泊水可通過自排箱涵排入龍王港，而閉閘期，當龍王港水位較高時，則需要通過泵站抽排的方式進行排澇。因此梅溪湖綜合泵站不但具有維護恒定水位功能，同時具有片區(qū)的排澇功能作用。

2017 年6 月25～7 月1 日，長沙市區(qū)連降暴雨，梅溪湖湖泊水位快速上漲。2017 年7 月2 日實測梅溪湖最高水位35.76 m，超過湖泊百年一遇設計洪水位（35.40 m）0.36 m，對湖泊周邊城市建筑物產(chǎn)生不同程度的影響。為準確掌握其水位上漲的原因，通過復核其基礎資料并進行水文分析及泵站運行等多方面進行分析計算。

2 基本資料

1）梅溪湖湖泊設計集雨面積10.93 km2，汛限水位為34.80 m，相應庫容490.28 m3，設計洪水位（P=1%）為35.40m，相應庫容為609.44m3。梅溪湖綜合泵站布置在湖泊東北角靠近龍王港處，泵站設計排水流量為8.0m3/s。

2）本文對湖泊集雨面積進行了復核，復核為12.3 km2，較原設計增加1.37 km2。

其中：①三環(huán)線撇洪渠匯水區(qū)原設計以三環(huán)線路網(wǎng)為界，僅三環(huán)線以東部分面積進入梅溪湖，經(jīng)復核本次設計按照雨水排出口匯水面積計算，增加1.48 km2；②二環(huán)以東撇洪渠匯水面積原計算匯水面積1.47 km2，經(jīng)復核匯水面積為1.85 km2，較原設計增加0.38 km2。③原設計根據(jù)分水嶺二環(huán)以西部分區(qū)域全部匯入梅溪湖，經(jīng)本次復核管道直排部分僅2.62 km2，較原設計減少0.49 km2。見圖1。

圖1 梅溪湖匯水范圍示意圖

3）梅溪湖湖泊庫容曲線采用實測水下地形圖進行計算，汛限水位34.80 m 時相應庫容467.40 m3，設計洪水位（P=1%）35.40 m 時相應庫容為575.75 m3。湖泊調蓄庫容較原設計減少10.8 萬m3。具體數(shù)據(jù)見表1。

4）梅溪湖在東、西湖分界處（西二環(huán)）設置了一座臨時溢流壩，壩頂高程為34.50 m，寬度為10.0 m（2×5.0 m）。在堰頂設置有閘墩及插板門，閘墩頂高程約為35.00 m，閘墩厚度約為0.35 m，每孔共5 個閘墩。因此35.0 m 以下的凈寬度為6.5 m。

5）根據(jù)長沙市氣象臺提供的降雨資料，2017 年6 月30 日14 時至7 月1日14 時，梅溪湖實測最大6 h 降雨量H6=79.0 mm，最大24 h 降雨量H24=218.8 mm。2017 年7 月2 日實測梅溪湖最高水位為35.76 m。

3 湖泊水文分析計算

3.1 調洪演算

1）洪水計算方法：因為梅溪湖區(qū)域沒有實測水文資料，故本次計算采用2015 年5 月湖南省水利廳編制的《湖南省暴雨洪水查算手冊》及河流地理特征資料進行分析計算。

表1 梅溪湖湖泊水位～面積～庫容表

根據(jù)梅溪湖的地理位置，屬湖南省暴雨一致區(qū)第七區(qū)，產(chǎn)流分區(qū)第Ⅱ區(qū)，利用《查算手冊》查得有關參數(shù)。河道多年平均最大24 h 點暴雨H24點=100 mm。

統(tǒng)計參數(shù)Cv=0.46，Cs=3.5Cv，點面關系折算系數(shù)α=0.992。根據(jù)龍王港流域特性參數(shù)，利用《湖南省暴雨洪水查算手冊》的概化雨型，將計算出的24 h 各頻率暴雨進行時程分配，利用推理公式法標準化程序，該流域屬產(chǎn)流分區(qū)第Ⅱ區(qū)，前期扣損I0=32 mm，得各時段凈雨深R總，根據(jù)公式R上t=ψ·R總，ψ 查表得：ψ=0.80，求得設計凈雨過程R上t～t。采用試算法推求設計洪水，從而繪制出設計洪水過程線，見圖2。

2）調洪計算原則：調洪起始水位為Z限=34.8 m，當洪水來臨時，泵站開機，開始抽排，來水流量大于泵站排水流量，水位持續(xù)上漲，當來水流量等于泵站排水流量，水位不再繼續(xù)上漲，此時水位達到最高值。此后來水流量漸漸變小，小于泵站流量，水位逐漸回落至34.8 m，泵站關機，不再排水。

圖2 梅溪湖洪水及湖泊水位過程線

3）計算結果：調洪起始水位為Z限=34.8 m，排水泵站流量為8.0 m3/s，洪水標準為100 年一遇，計算得出最高水位為35.55 m。見表2。

表2 梅溪湖調洪演算成果表

3.2 臨時壩過流能力計算

臨時溢流壩按照蓄水情況存在兩種運行工況：

工況一：西湖蓄水，東湖未蓄水，臨時壩為寬頂堰自由出流。

工況二：東西湖均蓄滿水，臨時壩為寬頂堰淹沒出流。

根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》（SL 253-2000）寬頂堰的泄流能力按下列公式計算：

Q=εσmB（2g）1/2H03/2

式中 Q——流量（m3/s）；

ε——側收縮系數(shù)，取值為0.95；

σ——淹沒系數(shù)，查表取值；

m——流量系數(shù)，查表取值；

B——寬度（m）；

g——重力加速度；

H0——包括行進流速在內的進口水深。計算結果見表3、表4。

表3 梅溪湖臨時壩過流能力計算（工況一）

表4 梅溪湖臨時壩過流能力計算（工況二）

4 結 論

1）相比較原設計參數(shù)，梅溪湖集雨面積增加了1.37 km2，湖泊調蓄庫容減少了10.8 萬m3，從而導致湖泊100年一遇洪水位（35.55 m）高于原設計洪水位（35.40m）。

2）根據(jù)長沙市氣象臺提供的降雨資料2017 年6月30 日14 時至7 月1 日14 時，梅溪湖實測最大6 h降雨量H6=79.0 mm，最大24 h 降雨量H24=218.8 mm，而100 年一遇設計最大24 h 暴雨量H24=250 mm，即表示該次的洪水重現(xiàn)期未達到100 年一遇，但2017 年7月2 日實測梅溪湖最高水位為35.76 m，超過了100 年一遇設計洪水位35.55 m。

經(jīng)本文分析論證，其原因主要是由于臨時溢流壩的設置，使得西湖的水需通過溢流壩調蓄后進入東湖再由泵站抽排入龍王港。由于溢流壩的過流能力在低水位時小于泵站的設計排水流量8.0 m3/s，使得調洪初期泵站無法按照設計流量排水。即臨時溢流壩的設置改變了湖泊調洪，無法按照設計工況運行，從而導致西湖水位上升。