南方平原圩区的治理

第二节 南方平原圩区的治理

我国南方圩区主要是指沿江滨湖的低洼易涝地区以及受潮汐影响的三角州地区，这些地区均系江湖冲积平原，土壤肥沃，水网密布，湖泊众多，水源充沛，加上一般年份雨量丰富，所以自古以来，劳动人民就在江河两岸和沿湖滩地筑堤围垦，形成了大面积的水网圩区。

这一地区的特点是地形平坦，大部分地面高程均在江、河(湖)洪枯水位之间，每逢汛期，外河(湖)水位常高于田面，圩内渍水无法自流外排，往往渍涝成灾；特别大水年份，还常决口泛滥，严重影响农业生产。湖区地下水位较高，有的农田甚至常年冷浸，对旱作和水稻生长极为不利。另外由于降雨不均，也经常出现干旱。

新中国成立后，初则大力修堤建闸，联圩并垸，保证了防洪安全；继则在巩固堤防的同时，又广泛修建排灌系统，内排外引，并实行治河撇洪，计划围垦，大大减轻了洪涝威胁和扩大了耕地面积；以后在确保防洪的前提下，又大力发展机电排灌，进一步提高了圩区除涝、抗旱的能力。目前，平原圩区有较大一部分土地能够旱涝保收，已成为我国农业生产的重要基地。同时在水利灭螺、消灭血吸虫病方面也取得了很大成绩，从根本上改变了这种地区的历史旧面貌。

平原圩区的治理主要包括防洪、除涝排渍和灌溉等。下面将对圩外防洪和圩内除涝灌溉两个方面介绍其规划经验和方法。至于圩区排渍与第七章介绍的农田排渍措施相同，本章从略。

一、平原圩区的防洪规划

平原圩区防洪规划，应合理安排蓄、泄、分(撇)等项综合措施，正确处理流域和地区、干流和支流、上游和下游以及洪、涝、旱等各方面的矛盾，进行统一规划和综合治理，以抗御设计洪水。主要的措施可分为整修堤防、联圩并垸、分洪蓄洪以及治河撇洪等几个方面。

1．整修堤防

(1) 拟定堤防防洪标准 堤防防洪标准的高低，取决于堤防所保护地区的重要性、历史洪水灾害情况及政治影响等条件，可参照表9-3选定。

目前，在进行堤防规划时，一般用实际年法(如长江干堤按1954年洪水位标准)和频率法两种方法确定具体的设计标准。

表9-3 防洪标准

联接对象 防洪标准[重现期(a)] 城镇 特别重要城市 重要城市 中等城市 一般城镇 工矿区 特别重要工矿区 重要工矿区 中等工矿区 一般工矿区 农田面积(万亩) 500 100～500 30～100 30 >100 50～100 20～50 10～20 注 1．对洪水泛滥后可能造成严重灾害的一些城市、工矿企业和重要粮棉基地，其防洪标准可根据上表适当提高，或由国家作出专门规定。

2．交通运输及其它部门的防洪标准可参照有关部门的规定办理。

3．防洪要求较高而一时难以达到者，可采取分期提高的办法。

滨海平原圩区的海堤，以防御台风暴潮为主，其设计标准各省均有具体规定。

(2) 堤防间距和堤顶高程确定 在确定的堤防标准中，如规定了防御某一设计洪水位，则现有堤防应有的堤顶高程可按下式计算：

z=H+h+Δ

式中 z——堤顶高程，m；

H——设计洪水位，m；

h——波浪爬高，m，可参照有关水工建筑物教材；

Δ——安全超高，一般为0.5～1.0m。有些设计把(h+Δ)统称为超高，对于千堤常取1.5～2.0m。

如果标准中规定的是要防御设计洪峰流量，则需通过河道洪水演算，推算出控制断面上的设计洪水位后，再按上式计算。

新修堤防或者扩宽堤防，都将遇到选定合理堤距及堤高的问题，对于同一洪水，采用不同的堤距及相应的堤高，都可使其通过，但却有不同的技术经济效果。正确的规划，必须拟定几个不同的堤距、堤高，经过技术经济比较，以确定合理的方案。

(3) 堤防标准断面的确定 堤防标准断面的拟定，应综合考虑堤防作用、堤高、堤基、当地材料、风浪、水流速度、交通要求等各方面的情况，选择确保安全、节省土石方量的断面型式和尺寸。

堤顶宽主要考虑堤身稳定和交通要求，一般为3～5m。堤防边坡主要决定于土壤性质、防御的水位高程及持续时间和风浪等，一般在1：2.5至1：3.0之间、具体的可参见有关设计规程。

2．联圩并垸

将面积较小、布局不规则、堤身矮小、防洪标准低、堤线很长的圩垸合并成较大的圩垸，称联圩并垸。

新中国成立后，水网圩区普遍采取联圩并垸的办法，把不影响泄洪的支流叉河，用筑堤或建闸的方法予以堵塞，将沿河两岸分散的小圩联成一个大圩。如图9-5所示，将A、B、C、D、E、F各处堵口筑堤或建涵修闸，将原来的6个小圩联成1个大圩，使原来小圩的部分外河，变成了大圩的内河。南方平原圩区建国以来的治水过程，基本上就是联圩并垸的过程，这一措施对湖区防洪除涝和农业生产的发展起着极为重要的作用，主要有：①缩短堤线，减轻防洪负担；②增加圩内水面面积，提高滞涝能力；③缩短堤线，减少透过圩堤的入渗水量，有利于控制圩内地下水位；④堵塞了支流叉河，干河可以集中水流冲刷河床，防止淤积，改善防洪和通航条件。

联圩并垸规划的主要内容，有分析原有河道泄洪能力，拟定联圩方案，计算联圩后外河泄洪能力及提出围堤加固整治计划等。联圩涉及到圩内和圩外水系的调整改造问题，如果处理不当，会带来一些不利影响。例如河道堵塞过多，会抬高洪水位，加重防洪和排涝困难；河道水流集中，将加剧河道冲刷；同时航道改变、过船等建筑物加多，可能给交通带来不便；联圩以后，对闸、站等建筑物和排涝系统，也须作适当调整，不然会产生不少矛盾。因此，联圩不应只看作是局部工程，须以流域规划为依据。

关于联圩规模的大小，要因地制宜。圩外河流洪枯水位变幅小的，其防洪任务较小，联圩规模宜小些。例如江苏太湖流域，洪枯水位变幅仅1.0～1.5m，当地认为联圩后圩垸面积以3000～5000亩为宜。而湖南、湖北、安徽、江西等省，由于外河洪枯水位变幅一般为7m以上，防洪任务重，、有些地区每年维护堤防用工按人口平均达20～30工日，占生产总用工的20%左右。因此，这些地区倾向于大联圩方案，其规模一般在几万亩至十几万亩甚至几十万亩。广东省从考虑防洪、防咸(防止海水入侵)和控制地下水位出发，也倾向于大联圩方案。另外，联圩时要处理好干、支流及上、下游左、右岸的关系。一般应先强干、后塞支，即先加强干流泄洪能力，再筑闸控制和堵塞支流，并且不要轻易堵塞主要河道和河流入海口门。

3．分洪与蓄洪垦殖

分洪蓄洪是江河中下游一项极为重要的战略性防洪措施。目前，江河中下游主要靠堤防保护着两岸农田以及城镇工矿。但现有堤防只能防御一定标准的设计洪水，一旦发生特大洪水，我们必须有计划地采取分洪蓄洪措施，牺牲部分圩区，借以增大行洪断面或蓄洪容积，确保江河沿线广大圩区的安全，把洪水灾害限制在最小范围之内。

长江中下游平原地区，沿江两岸沟通大小湖泊数以干计，面积约达3万km，这些湖泊对调节长江洪水，具有一定的作用。新中国成立后，长江中、下游先后兴建了荆江、大通湖、武湖、华阳河、白湖等一系列蓄洪垦殖工程。所谓蓄洪垦殖，就是通过建闸，对江湖分开控制，使在一般年份，江水不能入湖，湖泊水位低，有利于垦区除涝排水，扩大耕地面积；遇到大水年份，湖泊汛前水位低，调洪容积较大，可以较多地滞蓄超过江河安全泄量的洪水。这种既利于防洪又利于生产的措施，被称为蓄洪垦殖工程。

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分洪蓄洪工程的规划，应包括原有河道泄洪能力的分析，分洪蓄洪区的选择，分洪蓄洪工程(进洪、排洪闸、分洪道、蓄洪区围堤、安全区等)的布局，各项工程的联合控制运用方案，控制断面上水位流量的推求，各项具体工程规模的拟定以及方案选择所必需的技术经济论证等。

分洪蓄洪工程规划应在河流流域规划的基础上进行，同时注意以下各点。

1) 分洪区的位置应该尽量选在被保护地段的上游，以发挥最大的防护作用；

2) 尽量选择圩内地面高程低，蓄洪容积大，淹没损失和堤防费用少的地区分洪。这样，分洪效果显著；同时，蓄洪淤淀的结果，抬高了老垸的地面高程，改善了今后的垦殖条件；

3) 在工程布局上要抓住主体工程(如分洪闸、分洪道、蓄洪区等)的规划和它们之间的联合运用，使各项工程的作用充分发挥。

4．撇洪

拦截山坡或河流上游的洪水，使之直接自流泄入江河(或海洋)，不再流入平原农田或湖泊的工程措施。这是我国平原圩区防洪除涝的一项成功经验。其主要作用有：①撇洪可使河流与湖泊或圩垸分开，实现洪、涝水分家，以减少湖泊或圩垸的集水面积和相应来水，为改善沿湖农田除涝排水和计划围垦湖滩创造了条件；②撇洪可达到等高截流、高低水分排的目的，减少圩区抽排的面积、设备和费用。据南方各省经验，每撇去1km的集水面积，就相应节省20～40kW的电排设备；③有些撇洪沟可以结合通航和灌溉，还有利于消灭钉螺和血吸虫等。撇洪工程不仅效益显著，而且还具有占地少、移民少，工程(主要为土石方)需要材料较小和便于分期施工等优点。这一措施在南方各省已广为采用。图9-6为湖北省汉北河撇洪工程示意图。

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撇洪工程主要包括撇洪沟(河)及其上的溢洪、泄洪建筑物等。撇洪工程的规划设计内容有：选择撇洪沟(河)的线路，计算沟、河设计洪水，分析外河(或海洋)设计水位，确定沟道及其堤防断面尺寸和建筑物规模等，其具体规划设计方法和一般河道基本相同。

图9-6 湖北省汉北河撇洪工程示意图

撇洪沟的设计标准要与当地除涝标准和工程规模相适应。一般以抵御十年一遇洪水为宜。规模较大，位置重要的工程，标准可提高一些。撇洪沟(河)均以24小时暴雨产生的洪峰流量作为设计依据。但撇洪沟达到十年一遇标准不是指撇洪沟的设计过水断面必须通过十年一遇的洪峰流量，而是要求在发生频率为十年一遇24小时暴雨时，撇洪沟能够单独或配合其它溢洪、蓄涝和机电提排等措施保证平原圩区不成涝。通常在撇洪范围内，应按实际情况，尽可能增加一些满足滞蓄洪水的塘、库和湖泊，做到以撇为主和撇蓄结合。

撇洪沟设计流量的拟定，一般分以下两种情况：①以设计洪峰流量为撇洪沟的设计流量；②以设计洪峰流量的一部分作为撇洪沟的设计流量，而洪峰的其余部分，则通过撇洪沟上在适当地点设置的溢洪堰或泄洪闸排入湖泊或圩区，暂时滞蓄或由排水泵站抽走。

撇洪沟的设计流量一般较大，为了使设计的断面和沟道土方量不致太大，常选用较大的沟底比降和较大的设计流速，为防止沟道局部冲刷，断面要采取防冲措施。

二、圩区内部的除涝灌溉规划

圩区人民经过长期的生产实践，创造和积累了不少除涝灌溉规划方面的经验，主要有：

1．分片排涝，等高截流

圩区地面虽平坦，但还有一定的高差，尤其是面积较大的圩区。由于地形高差大，各处自流排水的机会不同，如果不做统一规划，让高地的水流入低地，再统一外排，必然增加低地排涝的负担，甚至引起高、低区之间的排水纠纷。因此，等高截流，分片排涝，高水高排，低水低排，已成为湖区治涝的一条重要经验。

图9-7中的圩区，根据地形条件和高低分排的原则，划分成二个排水区，即一个高排区和一个低排区。在高、低区之间的分界处，布置两条高排沟(又称截流沟)分别将高排区的涝水由B、C两处排水闸分散排出。低排区由低排沟在A处排水。沿堤线F-B-A-C-G画一纵剖面，如图9-7(b)，由图可见，当外河水面低于位置1时，高地的涝水即可由B、C闸自流排出，如果不实行高低分排，高地的涝水统由较低的排水闸A外排，则只有当外河水面低于位置2时才能自流排水。从而可见，外河水面在1和2之间停留的时间，便是高低分排后高地所增加的自流排水时间。

2．留湖蓄涝，排蓄结合

平原湖区在外江水位高于圩内地面高程时，排水系统及排水闸不能自流外排，此时应充分利用圩内原有的湖泊洼地，滞蓄闭闸期间的全部暴雨涝水或部分涝水以降低抽排流量，这是圩区行之有效的重要除涝措施。

但是随着农业生产的发展，许多地区的湖泊已大部围垦成农田，留下的湖泊很小，有的甚至全部垦殖。因此，在这些地区应当一方面适当退田还湖，留足蓄涝湖泊，或设置预备湖进行滞涝垦殖，即大水年滞涝，小水年垦殖；另一方面也可开挖排水河网，以分散的河网辅助或代替集中的湖泊进行滞涝。

圩区内保留部分湖泊面积用来滞涝的问题，是规划中讲究经济效益的问题，它对减少排涝装机的作用是十分显著的。这里可以引用下面的资料说明。

今以1km的排水面积为例，计算两种不同情况所需排涝站的装机和投资(见表9-4)。这两种情况是：a、无内湖滞蓄；b、有内湖滞蓄。设内湖面积占排水面积的10%(称湖泊率或水面率)，蓄水深按1.0m估计；则1km排水面积上有10万m的蓄水容积。

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从表9-4可以看出，留10%内湖比不留内湖，达到同一除涝标准，所需的排水装机相差四倍之多。

根据江苏、湖南、湖北、江西等省的经验，内湖滞涝面积以占圩区总面积的10%～15%为宜。如果圩区内部没有湖泊，需新挖河网进行滞涝时，则河网的滞涝水面面积应当小些，以占圩区总面积的5%～10%为宜(相应每平方公里的土方量为10～20万m)，否则河网土方量过大，占地太多，不易实现。

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表9-4 一平方公里排水面积所需排涝站的装机和投资比较表

电排与内湖滞蓄相结合项目 来水量(m) 3单靠电排无内湖滞蓄 (湖泊率10%) 136.5×10 3备注 136.5×10 31．设计暴雨为十年一遇一日暴雨130.5mm，三日排完； 滞蓄水量(m) 30 100×10 3排水量(m) 2136.5×10 336.5×10 32．机电日运转以24h计； 排水流量(m/s) 30.53 0.141 3．平均设计扬程按1m估算； 计算装机(kW) 57.5 15.3 4．每kW装机按752元估算； 投资(万元) 4.32 1.15 5．机电效率η为0.8 在平原圩区滞涝湖泊的规划和运用方面，各地也积累了不少经验，介绍如下：

在排涝站排水能力较小，不能同时抽排全圩区的涝水时，应采用“先排田、后排湖”的排水方法，即先由排涝站抢排低田涝水，让高田涝水先入湖存蓄；待低田排完后，再将湖中蓄水排出，腾空内湖蓄水容积，以便容纳下次暴雨涝水。排湖时间不受作物允许耐淹时间的限制，只决定于两次暴雨的间歇期(一般为7～15d)，这样可以增加全圩区一次暴雨后的总排水时间，从而降低排涝站的设计流量。为了做到“控湖排田”，滞涝内湖应当建闸控制。

3．力争自排，辅以抽排

在汛期，圩区的外江(河)水位一般高于地面，圩区自流排涝机会少，加上圩区内部的滞涝河湖有限，因此单靠自流外排与内湖滞涝，一般仍不能免除涝灾威胁，需要辅以抽排。但是，为了尽量减少抽排设备和抽排费用，在规划和管理时，必须采取一切措施尽量利用和创造自流排水的条件。

1) 在设置排涝站的同时，要修建自流排水涵闸或保留原有排水涵闸。

2) 根据圩区具体情况，分别研究采用集中建闸、分片设站或合站分闸等有利于各地自排的布置方式。

3) 为了合理规划排涝站，在尽可能创造自排条件和减少抽排面积的同时，还要处理好外排与内排的关系，对外排站和内排站进行合理的布局。外排站是直接把圩区涝水排出外江(或外湖)的抽水站，又称一级站。内排站是将农田涝水排入内河(或内湖)的抽水站，由内排站抽入内河、内湖的涝水，经河湖滞蓄后，再由外排站排出外江、外湖。内排站实际上是外排站的第二级，故又称二级站。对于面积较小的圩区，一般只设外排站，而对于面积较大的圩区，则以采取内排站与外排站相结合布置的方式为宜，即由外排站控制一

定的内水位，使大面积较高农田的涝水，能自流排入内河(湖)，少数低洼农田设内排站。对于大面积圩区，如果只设外排站，不设内排站，这时圩区的内河(或内湖)涝水位必须控制在低田的田面以下，由此就导致：①大面积排水扬程增大；②相对降低了内河(或内湖)调蓄水位，减少了调蓄容积，从而加大了抽排流量或增大了装机容量，对排水干沟来说，也将增大底宽与工程量；③内河经常处于较低的水位，缩短了自流抢排时间。相反，如果只有内排站而没有大中型集中的外排站，圩区内河、湖水位无法控制，达不到除涝目的。所以大面积圩区，应当采取内排站与外排站结合布置的方式。二级站(内排站)的排水面积和装机容量，占整个区域和一级站(外排站)的比例，应通过方案比较，选择排涝和控制地下水位效果最好和总装机容量较小的最优方案。

4) 要利用圩内河湖汛期滞涝，汛后自排。

5) 抓住汛期外江(河)水位短期回落的时机，进行自流抢排等。

6) 滨海圩区的排水，应尽量利用落潮机会，进行自流抢排。在地势特别低洼或距排水口较远的地区，则应建立抽水站排除涝水。

4．以排为主，排灌兼顾

为了达到控制地下水位的目的，圩区排水沟和灌溉渠尽可能建立两套系统做到“排灌分开”。而对于排涝站的布置，则要求尽可能做到排灌结合，以节省工程费用和发挥工程最大效益。

5．全面规划、综合治理

圩区水面积一般较大，是发展养鱼以及莲藕的良好场所，可适当考虑发展水产养殖。不少圩区还利用湖泊，人工培养珍珠。

规划和修建排灌系统，应同时考虑沿沟渠植树造林和结合布置道路系统，使沟、渠、路、林成为一个完整系统，既发展多种经营，又便利生产和生活。此外，还应考虑防治血吸虫病，注意配合灭螺工作。

滨海地区一些农田土壤含盐量较高，称之为咸田(即滨海盐碱土)。部分咸田由于缺乏淡水水源，每年遭受不同程度的咸潮为害，生产很不稳定。在这些地区，一方面防止咸害，另方面须引蓄淡水，解决农田灌溉和人畜饮水问题。

综上所述，平原圩区的除涝排水系统，一般包括撇洪沟、湖泊、河网、抽水站和排水闸(或挡潮闸)等工程措施，共同承担着规定设计标准的除涝任务，并兼顾其它综合利用的要求。而系统中每一项工程的规模和布局都和其它工程措施的规模和布局有着紧密的联系，如果能让各项工程合理配合，都处在最优的状态下工作，便可获得最大的除涝效益。因此，无论是各项措施的规模还是它们的布局甚至运行调度，都存在最优化问题，即每一项工程措施的规模如河湖水面率、抽排站最优装机容量、排水闸最优闸宽等都应在整个系统最优化基础上求得。但要解决这样一个复杂的问题，用常规的规划方法是很难完成的，而系统工程和

电子计算机的推广应用，为解决这一问题提供了条件。近年来，国内已开始应用系统工程的理论和方法研究了洞庭湖地区、江汉平原四湖地区以及沿江滨海地区等圩内除涝排水系统的规划、扩建改建以及最优水面率等问题，取得了满意的成果。实践证明，系统工程用于灌溉排水系统的规划设计和管理运行等方面具有很大的优点，有待进一步研究和推广。关于这方面的内容，可参考《灌排工程最优规划与管理》等文献。

三、圩区河道(网)水利计算

圩区治水措施基本上是天然人工河道(网)的新建、改建和整治，这些都离不开河道(网)的水利计算。例如整修堤防中堤距和堤顶高程的确定，联圩前后的河道(网)泄洪能力或水位变化的复核与拟定，新开河道(网)和修建撇洪沟，规划分洪道、减河以及除涝排水河道(网)等，都要进行河道(网)的水利计算。

(一) 河道(网)水利计算的任务和内容

圩区河道(网)水利计算的任务是根据规划要求，拟定治理措施和方案，选定设计标准，推求设计流量和设计水位，确定河道(网)及有关排水闸、抽排站的工程尺寸，为方案比较等提供依据。

前已述及，圩垸是指围有河道并建有堤防保护的区域。圩垸以外的河道(网)称外河(网)，圩垸内的河道(网)称内河(网)，不同的河道(网)，其任务和水利计算内容是有区别的。一般地说，外河网主要承担防洪、排涝、航运和灌溉等任务。河道过水能力由防洪要求确定，其水利计算通常包括：根据上游和区间来水进行河道洪水演算，以推求各河段设计洪水，并计算相应的设计水面线，确定堤顶高程和堤距等，其中主河槽断面尺寸还要考虑航运和排渍等要求；内河网主要承担排涝滞涝和控制地下水位任务，兼顾通航、养殖、灌排两用的河网还起引水灌溉作用。河网布置和纵横断面设计要满足上述要求。一般骨干河道的断面大小，主要由排涝滞涝任务确定，而深度主要由控制地下水位和通航要求确定。另外，圩内常有一定湖泊滞蓄涝水，内河网与外河连接处建排水闸和抽排站，因而内河网计算应考虑河网、湖泊、排水闸和抽排站的联合运行。

(二) 河道(网)水利计算的方法

圩区河道(网)水利计算方法与河道水流特性有关。感潮圩区的河网，其水流为非恒定流，其流速随时间和沿程的变化都较大，因而须按明渠非恒定流计算；而一般圩区，即非感潮圩区的河道(网)水流，有恒定流和非恒定流二种情况，但这类河道(网)非恒定流的流速，随时间和沿程变化都较小，可以近似地看作恒定流，因而这些圩区的河网，常按恒定均匀流或恒定非均匀流计算。

1．一般圩区河道网水利计算

主要指沿江滨湖的非感潮圩区。这类圩垸内地面高程常低于汛期外河水位，圩内要有一定河网或湖泊容积蓄水，涝水经滞蓄后再由抽排站排出；或利用外河水位短期回落，由排水闸抢排。根据河道(网)所承担的主要任务，确定其水利计算方法。

(1) 以排除涝水为主的河道(网) 对于河道河底有一定比降，流向基本稳定，主要起输水作用的骨干河道(网)，其各河段的设计流量一般可根据设计排涝模数乘以排水面积确定。而当河道与湖泊相连时，则须通过水文计算确定由斗(农)沟进入骨干河道(网)的设计入流过程，然后进行河道洪水演算，推求各河段设计洪水过程，以其洪峰流量作为河道设计流量；并且在求得入湖径流过程后，进行湖泊调节计算，确定湖泊下游泄流河道的设计流量。当河道出口处需建排水闸和抽排站时，该河道的排水能力要与闸、站的设计流量相适应。

(2) 以滞蓄涝水为主的河道(网) 当圩区地形很平直，河道(网)中骨干河道河底比降很小(甚至为零)，水流流向不定，河道(网)滞蓄能力较大时，可将河道(网)概化为一个等容积的湖泊。通过水文计算，确定进入河道(网)的设计洪水过程，并对湖泊进行蓄涝、排涝演算，求得在设计标准下不同河网尺寸的滞蓄水量和相应的闸、站设计流量与工程规模。

不论采取哪种算法，都要组合若干种布置方案，通过技术经济比较择优选取。

2．滨海圩区河道(网)水利计算

滨海感潮地区的河道水流为不恒定流，可采用法国科学家圣·维南于1871年提出的明渠不恒定流偏微分方程组进行计算：

(9-4)

式中 Q——流量；

z——水位；

u——断面平均流速； R——水力半径； g——重力加速度； B——水面宽； x——流程坐标；

t——时间坐标。

此方程反映了一个河段中各水力要素之间的关系，是明渠不恒定流的基本方程。利用这一方程，可以在一定边界条件下求解河道(网)各指定断面的水位、流量(或水深、流速)等。由于河网是由许多直河段通过汉口连结而成的，汉口的水流状态由汉口连结方程表示，故感潮河网的水力计算主要是求解由直河段的圣·维南方程，汉口连结方程和已知边值的边界方程所组成的联立方程组。当河道上设有挡潮闸时，方程组还包括过闸流量方程。求解圣·维南方程的方法有特征线法、差分法等，由于电子计算机的应用，求解河网不恒定流方程组的方法正在不断发展。

感潮河网的水力计算，是在已知河道尺寸条件下进行的，一般是针对各种河网布置方案，假定不同河道断面尺寸进行计算。由于河网中河道众多，不可能针对每条河道进行计算，必须对实际河网进行概化。概化的方法有两类，一是区间径流的概化，二是计算模型的概化。

(1) 区间径流概化 只对河网中较大的骨干河道进行计算，而对那些调节容积不大的河网，可将其参加计算的水流，概化为一旁侧入流过程，分别注入不同的计算河道，作为区间径流修正。

(2) 计算模型的概化 当河网调蓄容积较大，而水系紊乱，并夹有分散小湖时，可将整个河网根据地形、河道分布、堤防和道路等情况，概化为一个个小湖泊，中间由河道相连接。假设每个小湖只有水位变化，没有水流流动；而连接河道只有流量变化，无调节作用，故称分片平湖法。由概化湖泊的连续方程和概化河道的动量方程组成基本方程组。

河网布局和尺寸与圩区其他各项工程措施，如排水闸、抽排站、湖泊等的布局和规模有关，除少数情况外不宜单独加以确定。随着系统分析和电算技术在圩区规划中的应用，河网水利计算可与湖泊、排水闸、抽排站等其他措施的水利计算结合进行，并在总体最优基础上选择河网的布局与规模。

以上介绍的是圩区河道(网)水利计算。实际上，无论是圩区或山丘区，南方或北方，进行农田水利规划全都离不开河道(网)整治及其水利计算，以上内容同样适用于其它地区。

四、排水闸的规划计算

排水闸的规划计算任务是确定排水闸闸底高程、闸孔宽度和闸顶高程等。排水闸闸孔尺寸的大小与闸底高程有关，为了阐述方便，先从确定闸底板高程开始。

1．闸底板高程的确定

闸底板高程主要根帮排水闸的任务来确定。从满足排空内湖涝水或满足远处低洼农田降低地下水位的要求而言，闸底板高程可以与闸前排水干沟的沟底高程齐平。而闸前沟底高程可由最远处低洼农田田面高程并考虑降低地下水深度、各级沟道比降(i)和局部水头损失(Δz)等逐级推算而得，如图9-8所示。

图9-8 排水闸底板高程推算示意图

在最后选定闸底板高程时，还需结合闸孔宽度一并考虑。这是因为在排涝流量一定的情况下，如果底板高程定得低一些，闸前的水深H就大，过水能力也大，因此闸孔宽度就可以减小；反之，底板高程定得高一些，闸孔宽度就要大些。此外，还要注意闸基地质情况，避免由于闸底开挖过深而导致施工上的困难。

2．闸孔宽度的确定

平原地区排水闸有以下两方面的排涝任务：一是抢排汛期涝水，即当汛期外江(河)水位短期回落、区内涝水有可能自流外排时，应尽量抓紧时机将涝水抢排出去；二是在汛后排除涝水，在有蓄涝内湖的情况下，应使内湖水位在一定时间内降低到规定高程。闸孔宽度应根据上述两项排涝流量设计。但在实际上，由于汛期抢排任务比较紧迫，时间性强，抢排任务总是大于汛后排涝任务，所以排水闸的闸孔宽度主要是按汛期抢排流量确定的。

根据有无蓄涝湖泊(或洼地)，计算闸孔宽度的途径可分以下两种：

(1) 无湖泊(或洼地)蓄涝的情况 有些平原地区缺乏蓄涝内湖(或洼地)或者虽有蓄涝内湖，但容积较小，滞蓄作用不大。在这种情况下，由于暴雨所产生的全部涝水要求在规定时间内(即作物允许耐淹时间内)及时地排走，故当外江水位高于内河水位时，应采取提水排水；而当汛期外江水位短期回落，内涝积水有可能自流外排时，则应尽量争取抢排。排水闸的闸孔宽度，应根据一次暴雨所产生的设计排涝流量(抢排流量)和相应的闸上、下游水位计算确定。在抢排情况下，闸上、下游水位差较小，过闸水流状态一般为宽顶堰淹没出流，故闸孔净宽度B可按下式计算，

(9-5)

或

(9-5’)

式中 ——宽顶堰淹没系数；

——侧收缩系数；

m——宽顶堰流量系数；

——流速系数；

Z0——闸上、下游水头差(H0－h)。

必须指出，按水利计算求得的闸孔宽度，还必须根据水工建筑物的要求(结构及闸下消能等)对其单宽流量进行校核，以便最后确定闸孔尺寸。

(2) 有湖泊滞蓄的情况 长江中下游有些地区湖泊容积较大，在确定这些地区的排水闸设计流量和相应的闸孔尺寸时，就需要考虑湖泊的滞蓄作用，进行蓄涝、排涝演算。通过蓄涝、排涝演算，并可同时确定或校核湖泊的最高蓄涝水位。

关闸期内湖蓄水过程可按下列水量平衡方程式计算：

(9-6)

式中 Vt，Vt+1——分别表示任一时段初及时段末内湖蓄水量(万m)；

3

——在时段内，入湖水量(自农田排入湖中的水量及降落在湖面上的雨量)与出湖水量(湖泊水面蒸

发量和自湖泊取用的灌溉水量以及提排水量等)之差；

——计算时段；

Qt——时段初排水闸的排水流量； Qt+1——时段末排水闸的排水流量；

R——时段内湖泊集水面积(包括湖泊本身)上由降雨产生的径流量。

如果按式(9-6)逐时段进行计算，即可得出湖泊蓄水量的变化过程，再根据湖泊水位～容积关系曲线，可以得出相应的湖水位过程线。这样一直计算到湖水位与外江水位相平为止，此时湖泊水位亦即最高蓄水位。此后外江水位将低于湖泊水位，即可开闸排水。以上就是湖泊蓄涝演算的过程。

开闸排水过程的计算，属于排涝演算的内容。它的目的是确定排水闸闸孔的尺寸或校核已建排水闸是否能满足排涝要求。通过排涝演算确定排水闸闸孔宽度，一般总是首先初步选定某一闸孔宽度，然后进行排涝演算，如果选定的尺寸不能满足排涝要求，就需再行选定，直至满足排涝要求为止。

3．闸顶高程的确定

排水闸闸顶高程应根据排水闸所在河段的防洪标准确定：

闸顶高程＝设计洪水位+风浪高+安全超高

一般不得低于两侧原有堤防的堤顶高程，有时还应考虑河道洪水位的可能抬高值(如淤积、联圩等)。至于挡潮排水闸的规划计算，其任务要求基本上与一般排水闸相同，只是它位于感潮地区，受潮汐影响很大，因此水利计算应按不恒定流理论进行，并应考虑潮汐对于关闸壅高的影响等。

五、电排站的规划

电排站规划包括电排站站址选定和设计装机容量的确定等。

电排站站址要服从圩区治理规划的需要，根据圩区自然条件(地形、地质、水系等)和社会经济状况(行政区划、水利、输电、交通等)拟定各种方案，择优选定。

电排站设计装机容量的确定，包括确定排涝设计流量和设计扬程两部分。

(一) 机电排涝设计流量的确定

根据圩垸内具体条件应分别采用不同的方法。

1．全面抢排(即排田)情况

这种情况是圩垸内一般只有分散的湖泊、河网和沟港。一遇暴雨，圩内全部面积上的总产水量，除田间滞蓄和沟、港、湖泊滞蓄一部分外，均需由电排站在规定的排涝时间内抢排出去，故机电排涝设计流量可按下式计算：

(9-7)

式中 Q——电排设计流量，m/s；

3

A1——圩内水稻田面积，km2；

A2——圩内旱地、道路、村庄等面积，km2； A3——圩内河、港、湖泊水面面积，km2；

P——设计暴雨量，mm；

T——排水天数(d)，根据电排设计标准确定；

t——每天开机小时数，一般电排为20～24h，机排为18～20h；

C——旱荒地次暴雨径流系数，随地区而异，各省水文站均有观测总结资料可供选用；

h1——排水临界期内稻田允许滞蓄水深，mm，即该时期水稻耐淹水深减去适宜灌水深度，随作物品种和生

长期不同而异，各地区可根据试验和调查资料确定，一般取30～50mm；

h3——河网、湖泊平均滞涝水深，一般为0.6～1.0m。

2．全部自流入湖、无抢排面积的情况

这种情况是圩垸的内湖沟港容积较大，位置较低又较集中，可以调蓄来自全部排水面积上的设计暴雨径流，不存在不经湖泊调蓄、需要直接抢排的面积，此时排涝设计流量即为排湖流量。在满足一定除涝标准的条件下，排湖流量的大小取决于蓄水容积的大小和允许排湖时间的长短。

排水演算可采用图解法或列表计算法，两者计算原理是相同的，下面仅介绍当内湖蓄水容积已知的情况下，如何用图解法确定设计排水流量的大小。

图解的步骤如下；首先绘制累积产水深度曲线。各时段产水深度等于各时段降雨深度乘以暴雨径流系数。设计暴雨深度过程线一般采用排涝标准所规定的设计频率(五年一遇～十年一遇)长历时的暴雨总量(如七天～十五天～三十天)，按典型的成涝雨型进行分配求得。将各时段的产水深度逐日累积起来，即可绘出累积产水深度曲线，如图9-7中OABC线。

其次，确定起排水位和相应的起排内湖容积所能调蓄的产水深度U0(以mm计)，即

(9-8)

式中 V0——内湖死水位至起排水位间的调蓄容积，m；

3

A——总排水面积，km2。

然后在曲线OABC上找出纵坐标等于U0的地方，如图9-9得出D点(如果降雨开始就起排，抽排线应从O点开始作起)。再自D点作不同排水深度的放射线与累积线相割，取其中一条放射线与OABC线所夹的最大间

距(垂距)恰恰等于内湖容积能调蓄的产水深度U(

积，以m计)，这条射线的斜率即为设计排湖流量，从起排时间即为排湖时间。

3

，V为内湖起排水位至调蓄水位间的调蓄容

至两线的交点C对应的时间T(

)

3．控湖排田，先排田，后排湖的情况

(1) 排田装机容量大于排湖装机容量 这种情况是圩垸利用湖泊蓄积高地涝水，不能入湖的低地涝水先由电排站抢排出外河(称排田)，待低地涝水排完后，再将蓄在湖泊的高地涝水提排入外河(称排湖)。如果排田装机大于排湖装机，则排田流量就作为电排站设计流量。

计算这种情况的电排站设计流量，首先必须确定留湖(河)面积，计算出河、湖蓄涝容积和高程，并据以划分自流入湖(高排区)面积与抢排(低排区)面积。其具体方法是，根据地形资料，绘制内湖水位～容积曲线和圩田高程～面积曲线，将圩田高程～面积曲线转换为圩田高程～产水量曲线(计入湖泊本身产水量)。此线与湖泊水位～容积曲线的交点高程，即为内湖正常蓄涝水位。而交点高程(另加一定的输水水头损失)以上的面积为自流入湖面积，以下为抢排面积，如图9-10所示。

这样确定的自流入湖面积，其涝水恰好能滞蓄在内湖中。此时，电排站设计流量仍可按(9-8)式来计算，但排水面积不是全圩区的面积，而是抢排面积，式中水田、旱地、河湖、沟港面积也应按抢排区范围进行统计。

(2)排湖装机容量大于排田装机容量 当圩垸抢排面积较小，湖泊沟港容积较大，大于控制面积总产水量的80%以上时，排湖装机往往大于排田装机。此时电排站的设计排水流量则取决于经过湖泊调蓄后的排涝水量大小。

(二) 电排站设计扬程的确定

电排站的任务是将圩田(或低洼排水区)或内湖、内河存蓄的涝水按规定的排水天数排至外河(江)，因此电排站的上、下水位也称为内、外水位。电排站的内水位，一般有设计内水位、最高内水位和最低内水位(控制地下水要求的水位)；外水位则有设计外水位和设计最高外水位等。将设计外水位与设计内水位之差加上相应的管路损失(约15%～20%)作为设计扬程，即H设=h设、外―h设、内+h设、损；将设计最高外水位与设计内水位之差加上相应的管路损失，作为设计最高扬程(或称校核扬程)，即H校核=h最高、外―h设、内+h最高、损。设计扬程是选择水泵的依据，而设计最高扬程则用以校核水泵是否将发生汽蚀和电机是否超载。现将各种内、外水位的确定方法介绍如下。

(1) 设计内水位 即水泵运转期经常出现的内水位，用以作为选泵的依据。若根据排田要求确定设计内水位，则采用一般低田(90%～95%田面涝水可以自流排入排水沟)的地面高程减去排水沟沿程水头损失和建筑物水头损失等求得；若根据排湖要求确定设计内水位、则采用内湖、河允许最低水位(养鱼、植莲要求留1.0～1.5m水深)和最高蓄涝水位的平均值减排水沟沿程水头损失和建筑物水头损失等求得。

(2) 最高内水位 根据设计暴雨径流全部不能排除时所造成的涝水位高程来确定，用以决定电机层楼板高程或机房挡水高程。

(3) 最低内水位 它是确定水泵安装高程的依据。要满足以下两方面的要求：①预降蓄涝容积水位的要求，最低降至调蓄容积的死水位；②作物对降低地下水位的要求，一般按大部分耕地高程减去作物的适宜地下

水埋深(盐碱土地区为地下水临界深度)再减0.2～0.3m。上述水位考虑渠道水头损失推算至前池，取其中较低者为设计最低内水位。

(4) 设计外水位 它是选择水泵的依据。一般采用排水临界期较常出现的外河水位进行分析，即根据历年外河水位资料，选排涝期内按排涝天数平均的高水位进行频率计算，然后按设计频率确定设计外水位。在排田情况下，可采用临界期一定频率(五年一遇或十年一遇)的一日、三日或五日(与排水天数相应)的平均最高水位作为设计外水位。在排湖情况下，由于排水天数较长，可达15～20天，一般采用与设计暴雨同一典型年的外河水位作为设计外水位过程，进行排水演算。

对受潮汐影响的外水位，原则上可按上述方法确定，但应考虑潮汐影响。一般取相应于设计排涝天数的平均半潮位。

(5) 设计最高外水位 用以决定水泵的校核扬程。一般取相应设计标准的年最高水位或排涝期间外河最高水位的平均值作为设计最高外水位。

(三) 设计装机容量与机组机型的选定

一般先根据设计流量和设计扬程确定水泵型号和需要台数，然后以校核扬程检验电动机是否超载和水泵是否汽蚀。通常按下列公式计算水泵的有效功率N效和水泵的轴功率N轴以及动力机所需要的配套功率(即设计装机容量)N配。

(9-9)

(9-10)

(9-11)

上三式中 Q——排涝设计流量，m/s；

3

H——设计扬程，m；

3

——水的容重，=1000kg/m。

——水泵的效率，标记在水泵的性能曲线上，也可按表格的数据取值。

——机械传动效率，％；

K——动力机备用系数。